大型电动机保护方法分析

摘要：主要针对电动机常见故障进行了分析，根据故障类型提出几种电动机保护方法，为保护电动机提供了很好的理论基础。

关键词：短路；电动机保护；过负荷

1、引言

三相异步电动机的应用几乎涵盖了工农业生产和人类生活的各个领域，在这些应用领域中电动机常常运行在环境恶劣的场合（如高温、高湿、尘埃、腐蚀等），导致电动机的过流、短路、断相、绝缘老化等事故频发，据调查全国约有20﹪的电机因故障被烧毁，近30﹪的电动机带缺陷运行，给正常生活和日常维护造成沉重的负担，特别是高压电动机，大功率电动机容量大，不仅造价高，更因为往往都是应用于大型工业设备的重要场合，一旦发生故障所造成的直接或间接经济损失更为惨重。因而对大型电动机的保护问题被人们广为高度重视。

2、电动机故障特征分析

电动机常见的故障可分为对称故障与不对称故障两大类。对称故障包括过载、堵转和三相短路等，这类故障对电动机的损害主要是热效应，使绕阻发热甚至损坏。此类故障明显特征是电流幅值的显著变化。

不对称故障有：断相、逆相、相间短路、匝间短路等。这类故障是电动机运行中最常见的一类故障，不对称故障对电动机的损害不仅仅是引起发热，更重要的是不对称引起的负序效应能造成电动机的严重损坏。此类故障明显特征是电动机电流出现负序电流和零序电流。

电动机在发生不对称故障时，应用对称分量法可将三相电流分解为正序，负序和零序分量。电动机在正常运行时负序和零序分量没有或很小，一旦发生不对称故障则将会大幅值出现，因此通过检测过流幅值、负序和零序电流分量、电流不平衡率，母线电压为基础的故障判据具有很高的灵敏度和可靠性。

3、电动机保护方法

3.1短路保护

电动机的短路故障是一种比较严重的故障，危害性很大，在进行短路保护时，即要避开起动电流，同时保护装置应是电流速断保护。当电动机定子绕阻短路时，由于短路而产生的短路电流不仅会使绕阻的绝缘破坏，导致电动机损坏，而且会导致供电电网电压下降，从而影响其它用电设备的正常运行。因此必须要装配有短路保护装置。

三相电流速断保护装置是通过检测电动机A、B、C三相工作电流的最大值，算法上能够自动判别电动机是起动时间内还是起动时间后，起动时间内和起动时间后的速断值分别整定，从而可有效地躲过电动机的起动电流，保护装置在判断电动机电流值大于速断保护的整定值后，立即动作，跳开电动机。

3.2不平衡(断相)保护

有调查表明，由缺相运行造成电动机绕阻烧毁占电动机绕阻修理总数的60﹪—70﹪，缺相故障是一种不对称故障，它是一种比较严重的故障，因此，三相异步电动机的断相保护是非常重要的。

造成断相运行原因有下面几类：

（1）电动机供电电源一线断开；

（2）供电变压器原边一线断开；

（3）一相定子绕阻断开；

（4）多台电动机公用电线断开；

其中供电电源一线直接断开是电机断相运行中最为常见的故障。

3.3接地故障保护

在电动机绝缘被破坏时，将导致绕阻对外壳短路，引起绕阻对地短路故障。在发生绕阻接地故障时，不仅故障电流通过定子铁芯引起铁芯过热，性能变坏，而且使电机外壳带电，严重威胁着操作人员的生命安全，所以要有单相接地保护措施。

电动机接地故障取决于供电系统的中性点接地方式。在直接接地或中性点经电阻接地系统中，此时发生单相接地短路故障，就如多相短路一样，接地短路故障电流将是很大数值，因此需要装配接地保护装置，对于大电流接地系统在满足足够的灵敏度的条件下，可由三相电流互感器的电流之和来取得零序电流或装设专用的零序电流互感器。此时保护装置应速断保护，断开电动机。而对变压器的中性点不接地或经消弧线圈接地的系统中故障电流仅为几安培，接地故障的动作时间可整定。对小电流接地系统应装设专用的零序电流互感器来取得零序电流。

3.4欠压保护

当供电系统出现短路故障，导致电压降低或电压消失时，电动机转矩急剧下降。在电压恢复电动机自起动时，将有数倍于额定值的大电流流过电动机，使电网电压降低，同时电动机端电压也降低，造成电动机起动困难或根本不能自起动。另外如果供电电压恢复的较慢，则电动机长期处于起动状态，此时，电动机或配电系统均受相当大的起动电流作用，这时在长时间的起动电流作用下，会导致绝缘过热甚至损坏。

由此可见为减少供电系统的电压降，保证重要电动机的自起动，保障电动机的安全，应设置欠压保护，切除不重要电动机和根据生产过程及技术保安条件要求不允许自起动的电动机。这样当供电系统恢复正常时，可保证一部份有必要自起动的电动机顺利起动，同时可人工控制各电动机的先后起动顺序，使电动机的起动电流先后错开，保持供电系统稳定。

3.5过负荷保护

由于电动机长时间处于过负荷状态会引起电动机绕阻过热，最后导致绕阻间绝缘的损坏，所以电动机长时间过负荷运行是不允许的。

过负荷保护实际上是通过电流幅值模拟电机的发热，电动机的热惯性使它具有一种短暂的过载能力，此时短时间的过载仍属于正常运行，只有到热量积累温升达到损坏电动机寿命的程度时，才给予保护。

引起电动机过负荷原因大致如下：

（1）外界原因引起的堵转。

（2）电动机本身机械故障。

（3）由于供电系统电压畸变和电压不平衡，造成三相电流不完全对称，在电流中含有一定的负序分量。因而产生电动机的制动力矩，造成电动机过热。

（4）周围环境情况恶劣，通风不畅，环境温度过高。

（5）频繁地起动、制动等。

3.6 起动保护

电动机在长时间起动状态下，起动电流可使电动机绕阻温升超过容许值，另外频繁地启停电动机也会导致电动机过热。起动时间过长保护是由电流速断保护来实现的。正常的起动完成后电机的运行电流将在额定值附近，而起动时间超过整定的起动时间后，电动机的运行电流仍保持较大的数值，则装置保护动作，跳开电动机，说明起动时间过长，起动不成功。

在起动期间如最大起动电流超出整定值，电流速断保护也动作。起动时间过长保护整定：

（1）起动保护速断电流整定值范围：2～60A，级差0.01A；

（2）起动保护速断动作时间整定范围：0.01～9.99s，级差0.01s；

（3）电动机起动时间整定范围：1～99.9s，级差0.1s。

电动机运行规程中不允许频繁地启动，由于每次起动都会有较大的起动电流而如果起动间隔较短，就能引起电动机过热，所以特别设置了启动时间间隔保护。在规定的起动间隔保护时间内，电动机不会被起动。散热时间间隔整定范围：1～99min,级差1min。

4、小结

本文在对异步电动机保护理论总结的基础上，详细分析了异步电动机的各种故障特征，产生原因及对电动机的影响，并详细介绍了相应的保护原则动作判据及实现方法。

参 考文献

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