高压电动机的保护基础知识

高压电动机的保护基础知识
（机修电气检修班张键烽2015.10.27）
电动机是电力系统等重要主产过程的关键辅助设备，电动机内部故障的诊断与检测是实现电动机有效保护的关键问题。

自电动机出现以来，电动机保护经历了从以熔断器、接触器和热继电器构成的组合保护到微机式保护的发展历程。

一、相间短路保护
电动机内部常见的故障是：
1.定子绕组的相间短路；
2.定子绕组的单相接地；
3.定子绕组匝间短路.
电动机相间短路会引起严重的损坏，并使供电网络电压降低，影响其他用户的正常工作，所以电动机相间短路保护是必不可少的。

相间短路保护的形式一般有速断保护（过流I段）；过流保护（过流II段），差动保护，这些类保护均直接作用于跳闸，其中速断保护一般为零时限，过流和差动保护根据电网和负荷性质进行计算确认。

二、单相接地（零序保护）
6—10KV电动机的供电系统中性点是不扫地的，所以定子绕组单相接地的危险性较小，只有接地电流在10A以上时，短路电流对其铁芯有危险时，才装设单相接地保护。

保护是利用零序电流互感器，当发生单相接地故障时，线路（电机）三相电流不平衡，会产生较大的零序电流，通过设定保护装置的零序保护动作电流值和动作时限，
作用于开关跳闸回路。

定子绕组单相匝间短路保护，因为现在还没有一种简单的保护方式，所以都不装设。

三、常见保护
电动机常见的不正常运行状态是：
1.过负荷；
2.电压短时消失或短路时电压降低；
3.同步电动机的异步状态。

一）过负荷保护
电动机长期过负荷是危险的，当高压电机在长期过负荷情况下，长时间超过其额定电流运行时，会导致电动机过热，绝缘降低而烧毁，因此凡有可能过负荷的电动机都装设过负荷保护，保护器根据电动机的发热特性，计算电动机的热容量，模拟电动机发热特性对电动机进行保护。

过负荷保护可作用于信号，减去所带动的机械负荷或直接作用于跳闸。

过负荷保护电流一般为电机额定电流的1-1.2倍，保护动作时间根据电机的负载特性进行确定。

二）失压（欠压）保护
电压短时消失或电网内短路会引起电压降低，电压过低会引起高压电机转速降低，甚至停止运行，为了保证重要负载的电动机自走动，在其余不重要的电动机上，或者当电压恢复时按照安全技术条件及工
艺过程的特点，不容许自起动的电动机上都要装设低电压保护。

当主回路电压低于设定的欠电压保护值时，保护器按设定的要求进行保护，在动作设定时间内跳闸动作或报警，以避免重要的生产工艺造成混乱，严重影响生产。

失压保护动作值一般设定为系统额定电压的60%，时限一般设定为0.5-1.5S，可根据负荷情况进行核定调整。

三）过压保护
系统电压过高会引起高压电机绝缘性能损伤，当主回路电压超过设定的保护电压时，保护器按设定的要求进行保护，在动作设定时间内动作或在报警，以保证电动机设备安全。

过压保护一般设定为系统电压的110~115%，同失压保护其保护动作时间根据负荷情况进行核定调整，一般直接作用于跳闸，对电机运行由严格规定的，可作用于报警。

（四）失步保护
一般异步电机无此要求，同步电机在过负荷和失压（电压波动较大）情况下，其工作稳定性降低，失去同步，引起机械共振和电气共振。

这些会使电动机发热和受到疲劳的损伤，多次失步振荡和积累，可逐步发展到使电动机损坏。

因此同步电动机一般需要装设失步保护。

失步保护应使电动机实现再同步或将其断开（再同步是从失步的电动上取消劢磁，经过一定时间后再加上劢磁，使电动机重新拉入同步）。

采取自动再同步装置进行同步保护时，只有在生产工艺允许短时运行时方可采用。

四、其他保护
一）断相/不平衡保护
断相/不平衡故障运行时对高压电机的危害很大，当电动机发生断相或三相电流严重不平衡时，如不平衡率达到保护设定值时，保护器按照设定的要求保护，发出停车或报警，确保电动机的安全运行。

二）堵转保护
高压电机在起动过程中，由于负荷过大或自身机械原因，造成电动机轴被卡住，而未及时解除故障，将造成电机过热，绝缘降低而烧毁电机，堵转保护适用于电动机起动发生此类故障时进行保护，当电流达到动作设定电流时，保护器及时在动作（延时）设定时间内动作或报警，避免电机烧毁。

有些保护装置上同时设置有阻塞保护，阻塞保护适用于高压运行过程中发生卡死。

当电流达到动作设定电流时，保护器及时在动作（延时）设定时间内动作或报警，避免电机烧毁。

三）欠载（欠流）保护
当高压电机所带负载为泵式负载时，电动机空载或欠载运转会产生危害，保护器提供欠载保护，三相的平均电流与额定电流的百分比低于欠载设定值时，保护器应在动作（延时）设定时间内动作或报警。

四）欠功率保护
高压电机由于传动装置损坏，失去机械输出能力，欠载运行，电动机功率因数较低，但电动机电流很大，大量消耗系统的无功，当负载功率与额定功率的百分比低于设定动作值时，保护器在动作设定时间内
动作或报警。

五）温度保护
保护器通过检测预埋在电动机绕组上的PTC热敏电阻的阻值变化，来实现温度保护功能。

温度保护可作为长时间过负荷、变负荷和反复短时运行过负荷、断相、三相不平衡、电源频率变化、通风不良、环境温度过高等引起的电机温度过高的保护。

六）起动超时保护
高压电机起动时间到后，若保护器检测到电动机回路电流仍未下降到110%Ie以下，启动该保护。

针对增安电机，起动时间整定不得超过1.7倍tE 时间。

七）相序保护
当保护器检测到高压电机的电压相序错误时，闭锁电动机起动，保护电动机安全。

八）外部故障保护
当保护器检测到外部故障出现，外部故障开关量有故障信号输入时，保护器按照设定的要求保护，确保电动机设备安全。

附录：电线电缆载流量计算
一、口诀
二点五下乘以九，往上减一顺号走。

三十五乘三点五，双双成组减点五。

条件有变加折算，高温九折铜升级。

穿管根数二三四，八七六折满载流。

二、释义
“二点五下乘以九，往上减一顺号走”说的是2.5mm’及以下的各种截面铝芯绝缘线，其载流量约为截面数的9倍。

如2.5mm’导线，载流量为2．5×9=22.5(A)。

从4mm’及以上导线的载流量和截面数的倍数关系是顺着线号往上排，倍数逐次减l，即4×8、6×7、10×6、16×5、25×4。

“三十五乘三点五，双双成组减点五”，说的是35mm”的导线载流量为截面数的3.5倍，即35×3.5=122．5(A)。

从50mm’及以上的导线，其载流量与截面数之间的倍数关系变为两个两个线号成一组，倍数依次减0．5。

即50、70mm’导线的载流量为截面数的3倍；95、120mm”导线载流量是其截面积数的2.5倍，依次类推。

“条件有变加折算，高温九折铜升级”。

上述口诀是铝芯绝缘线、明敷在环境温度25℃的条件下而定的。

若铝芯绝缘线明敷在环境温度长期高于25℃的地区，导线载流量可按上述口诀计算方法算出，然后再打九折即可；当使用的不是铝线而是铜芯绝缘线，它的载流量要比同规格铝线略大一些，可按上述口诀方法算出比铝线加大一个线号的载流量。

如16mm’铜线的载流量，可按25mm2铝线计算。

"穿管根数二三四，八七六折满载流。

意思是在穿管敷设两根、三根、四根电线的情况下，其载流量分别是电工口诀计算载流量（单根敷设）的80%、70%、60%。