摘要：介紹了一種集保護、測量、顯示、通信等為一體的電動(dòng)機保護測控裝置，該保護測控裝置具有對電動(dòng)機的過(guò)載、堵轉、斷相、不平衡、接地、過(guò)/欠壓等故障引起的危害予以不同的保護。同時(shí)可通過(guò)串口或以太網(wǎng)通訊與電力監控系統Acrel-2000連接，實(shí)現在線(xiàn)監測和自動(dòng)控制。

　　關(guān)鍵詞：電動(dòng)機保護裝置；電力監控系統；在線(xiàn)監測；自動(dòng)控制

　　0 引言

　　某化工企業(yè)熱電站鍋爐引、送風(fēng)機配套電機功率均為450kW的10kV的高壓電機，電機一旦損壞，將造成全線(xiàn)停車(chē)，并且維修周期長(cháng)、費用高，給生產(chǎn)造成較大的影響。鍋爐引、送風(fēng)電機長(cháng)期運行在高溫、塵多的惡劣環(huán)境中，容易發(fā)生軸承損壞，定轉子相擦故障以及機械過(guò)負荷引起電機繞組絕緣老化，定子繞組的相間短路，匝間短路及單相接地等故障。如不及時(shí)發(fā)現處理，一旦電機損壞，直接威脅著(zhù)企業(yè)的安全生產(chǎn)，給企業(yè)造成較大的損失。為保證高壓電機安全穩定運行，提高保護的靈敏性、可靠性，高壓電機均采用安科瑞AM5SE-M電動(dòng)機保護測控裝置，以達到快速切斷故障的目的。

　　1 電動(dòng)機保護裝置概述

　　AM5SE-M電動(dòng)機保護測控裝置可應用于功率為2000kW及以下的高壓電動(dòng)機。電動(dòng)機保護測控裝置具有保護、測量、顯示、通信等在線(xiàn)監測功能，通過(guò)自身完善的保護功能，對電機的軸承損壞、定轉子相擦、匝間短路等產(chǎn)生的發(fā)熱情況能起到很好的保護作用，可就地安裝于高壓開(kāi)關(guān)柜上，通過(guò)串口或以太網(wǎng)通訊與電力監控系統Acrel-2000連接，監控系統可實(shí)時(shí)監控和遙控，較容易實(shí)現自動(dòng)控制及在線(xiàn)監測。

　　2 保護配置及原理

　　AM5SE-M電動(dòng)機保護測控裝置具有電機的過(guò)流保護、過(guò)負荷保護、過(guò)熱保護、堵轉保護、啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(cháng)保護、斷相保護、電流不平衡保護、低電壓保護及過(guò)電壓保護等對電機的全套保護，并具有測量、監控、操作、故障記錄和通信等各項功能，用戶(hù)可根據需要自行選擇投入或退出。

　　2.1 過(guò)流保護

　　AM5SE-M電動(dòng)機保護測控裝置中的過(guò)流保護主要用作電機內部及進(jìn)線(xiàn)的短路保護，主要分為啟動(dòng)中/運行中過(guò)流一段保護、過(guò)流二段保護、反時(shí)限過(guò)流保護。

　　異步電動(dòng)機在啟動(dòng)過(guò)程中電流很大，通常能達到5～8倍額定電流(Ie)，啟動(dòng)時(shí)間能長(cháng)達幾十秒。裝置設兩個(gè)過(guò)流一段定值，在啟動(dòng)過(guò)程中采用“啟動(dòng)時(shí)過(guò)流一段定值"，該值按躲過(guò)電動(dòng)機啟動(dòng)電流整定，等電動(dòng)機啟動(dòng)過(guò)程結束后，自動(dòng)采用“運行時(shí)過(guò)流一段定值"，該值按電動(dòng)機自啟動(dòng)電流和區外出口短路時(shí)電動(dòng)機反饋電流考慮，取兩個(gè)電流中的大者。

　　2.2 過(guò)熱保護

　　過(guò)熱保護是通過(guò)對電動(dòng)機運行中熱容量的跟蹤計算來(lái)保護電動(dòng)機免于因過(guò)熱而縮短壽命或損壞。電動(dòng)機過(guò)負荷、啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(cháng)、堵轉等會(huì )產(chǎn)生較大的正序電流；而斷相、不對稱(chēng)短路、輸入電壓不對稱(chēng)時(shí)會(huì )同時(shí)產(chǎn)生較大的正序和負序電流，根據電動(dòng)機定子正序和負序電流引起的發(fā)熱特征，可對上述故障提供熱過(guò)載保護。

　　用正、負序綜合測量值Ieq作為等效電流來(lái)模擬電動(dòng)機的發(fā)熱效應，即：

其中：Ieq ：等效電流

　　I1：正序電流

　　I2：負序電流

　　K1：正序電流發(fā)熱系數，在電機啟動(dòng)過(guò)程中K1＝0.5，啟動(dòng)完畢K1＝1

　　根據電動(dòng)機的發(fā)熱模型反時(shí)限特性，為合理保護電動(dòng)機，保護的動(dòng)作時(shí)間t和等效電流Ieq的關(guān)系有如下兩條曲線(xiàn)可供選擇：

　　1）

其中：τ：過(guò)熱時(shí)間常數

　　I∞：允許電機長(cháng)期運行的電流值，一般可設為1.1

　　2）

其中：τ：過(guò)熱時(shí)間常數

　　I∞：允許電機長(cháng)期運行的電流值，一般可設為1.1

　　Ip：過(guò)負荷前的負載電流，若過(guò)負荷前處于冷態(tài)，則Ip=0

　　選擇上述兩曲線(xiàn)之一進(jìn)行計算，當熱積累值達到τ時(shí)，裝置發(fā)出告警信號或保護跳閘。

　　保護邏輯見(jiàn)圖1。

圖1 過(guò)熱保護邏輯

　　2.3 堵轉保護

　　堵轉保護是防止電動(dòng)機在運行時(shí)，由于轉子堵塞而發(fā)生電流突然升高，以致燒毀電動(dòng)機，這種情況可能出現在滾動(dòng)軸承碎裂、負載轉矩突然升高。在電動(dòng)機啟動(dòng)過(guò)程中堵轉保護閉鎖，電機進(jìn)入運行狀態(tài)后堵轉保護才合理。在一定意義上，堵轉保護可作為電動(dòng)機運行過(guò)程中短路保護的后備保護。當電動(dòng)機三相電流IA、IB、IC任一相超過(guò)堵轉電流定值，并有轉速低信號輸入，達到整定延時(shí)時(shí)間后保護跳閘。保護邏輯見(jiàn)圖2。

圖2 堵轉保護邏輯

　　2.4 啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(cháng)保護

　　正常的啟動(dòng)結束后電動(dòng)機的運行電流將低于額定值或在額定值附近，而啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(cháng)則是在啟動(dòng)時(shí)間過(guò)后電動(dòng)機的運行電流仍保持較大值（一般為機械原因）。AM5SE-M電動(dòng)機保護測控裝置可自動(dòng)識別當前過(guò)程是否為啟動(dòng)過(guò)程，如是則當整定的啟動(dòng)時(shí)間到達后，電動(dòng)機的三相電流仍大于啟動(dòng)電流定值時(shí)，本保護動(dòng)作于跳閘。

　　2.5 斷相保護

　　斷相保護是為了防止電動(dòng)機在運行過(guò)程中發(fā)生斷線(xiàn)而導致電動(dòng)機兩相運行產(chǎn)生過(guò)熱而燒毀，斷相保護功能通過(guò)檢測回路電壓，判斷電動(dòng)機回路斷相故障，在檢測到斷相故障后，斷相保護功能啟動(dòng)并觸發(fā)延時(shí)，在設定的延時(shí)結束后發(fā)出跳閘命令。

　　2.6 電流不平衡保護

　　電流不平衡保護是為了防止因三相電流不平衡可能引起的電動(dòng)機過(guò)熱，當電流不平衡度超過(guò)電流不平衡度設定值，電動(dòng)機處于已運行狀態(tài)時(shí)，經(jīng)延時(shí)，裝置保護跳閘或者告警。保護邏輯見(jiàn)圖3。

圖3 電流不平衡保護邏輯

　　2.7 低電壓保護

　　電動(dòng)機低壓運轉時(shí)轉矩急劇下降，會(huì )造成電動(dòng)機嚴重過(guò)載，因此設置低電壓保護。當三個(gè)線(xiàn)電壓均小于低電壓跳閘/告警定值時(shí)，經(jīng)過(guò)延時(shí)，裝置跳閘或者告警。為防止因PT斷線(xiàn)使保護誤動(dòng)，設置有PT斷線(xiàn)閉鎖。當發(fā)生PT斷線(xiàn)時(shí)，裝置將發(fā)出告警信號并閉鎖失壓保護，該閉鎖條件可選擇投入或者退出。裝置可以設置是否加入合位作為判斷失壓的條件，此外，裝置可以根據用戶(hù)使用的場(chǎng)合選擇何時(shí)解除低電壓故障信息，若投入低電壓閾值投退，則裝置電壓小于無(wú)壓定值時(shí)，保護動(dòng)作即可返回，若退出低電壓閾值投退，則裝置電壓需恢復至正常電壓，才可解除故障信息。低電壓保護開(kāi)放條件：三個(gè)線(xiàn)電壓有一個(gè)大于1.05倍低電壓定值，且延時(shí)500ms。該條件一旦成立，低電壓保護合理。

　　3 裝置存在的問(wèn)題及改造

　　AM5SE-M電動(dòng)機保護測控裝置雖具有高壓電機的全套保護功能，當出現故障保護動(dòng)作后，故障已經(jīng)形成，只能停車(chē)處理。裝置正常運行時(shí)只是監視  電機的運行電壓、電流，僅憑這些很難發(fā)現故障隱患。為盡早發(fā)現事故隱患，把事故消滅在萌芽狀態(tài)，經(jīng)充分研究論證后認為：電機的損壞多是繞組、軸承發(fā)熱，過(guò)熱保護只是綜合計算電機正序和負序電流的熱效應，軸承發(fā)熱后如果再繼續運行可能會(huì )使電機發(fā)生損壞。因此在電機內部預埋PT100電阻型溫度傳感器用來(lái)測量電機內部繞組、軸承溫度，并將PT100與ARTM-8溫度巡檢儀連接，利用ARTM-8實(shí)時(shí)監測溫度，同時(shí)通過(guò)RS485通訊接口將溫度數據也傳輸至Acrel-2000電力監控系統，便于運行維護人員實(shí)時(shí)查看溫度，為設備的安全、穩定運行提供了技術(shù)支持。

圖4 改造后電力監控網(wǎng)絡(luò )拓撲圖

　　4 結語(yǔ)

　　該化工企業(yè)擁有10kV高壓電機二十余臺，采用AM5SE-M電動(dòng)機保護測控裝置后，當發(fā)生過(guò)流、短路、接地等故障時(shí)保護均能可靠動(dòng)作，防止事故的進(jìn)一步擴大。利用Acrel-2000電力監控系統對各回路電動(dòng)機保護裝置實(shí)時(shí)監控，同時(shí)也合理地監視到軸承、繞組溫度明顯升高的事故隱患，并及時(shí)地進(jìn)行處理，確保電機運行狀況良好，避免事故的擴大，保證設備安全穩定運行，為企業(yè)的連續、穩定生產(chǎn)提供了有力的技術(shù)保障。