一种适用于高压电动机过流保护的新判据

于剑东

(南京国电南自美卓控制系统有限公司，江苏 南京 210061)

0 引言

电动机目前已广泛应用于石油、化工、冶金、纺织等行业，已是当今社会生产活动和日常生活中最主要的原动力和驱动装置。电动机的安全运行是安全生产的前提，因此，做好电动机的保护配置对于提高节能水平、生产效率、经济效益以及保证安全生产具有重要意义。

1 电动机保护配置现状

目前，对电动机尤其是经济生产中具有重要地位的高压电动机的保护主要有速断、差动、过负荷、负序过流、热过载、低电压和堵转等。传统保护中的短延时过流保护，因整定值难以确定及逻辑判据与其他保护难以配合而被一些用户取消现场应用。JB/T 10613—2006《数字式电动机综合保护装置通用技术条件》、GB/T 14598.303—2011《数字式电动机综合保护装置通用技术条件》均取消了过流保护。

虽然GB/T 14598.303—2011《数字式电动机综合保护装置通用技术条件》取消了传统过流保护，但现场大量运行的机电式和集成电路式电动机仍将过流保护作为电动机主保护之一，很多用户为保证定值的延续性和系统稳定运行，对改造后的微机保护提出了过流保护的功能要求。微机综合保护设备厂家为满足用户要求，大多保留了过流保护功能，但逻辑判据仍依照传统保护方式。

常规过流保护逻辑为故障电流大于过流定值后经短延时出口跳闸，但电动机具有启动电流远大于正常运行电流和过流定值的特性，因此，为保证动作的准确性，微机电动机保护的过流保护逻辑不能按常规过流保护逻辑实现。现场运行的微机电动机保护过流逻辑判据大致分为2种:一是判定电动机启动时退出过流保护，待电动机启动结束后自动投入过流保护，故障时电流大于过流定值经整定的短延时动作跳闸;二是电动机过流保护一直运行，要求延时大于电动机启动时间，确保电动机启动过程中保护不误动。这2种方案在运行中均有其局限性:启动时退出过流保护的判据对电动机启动的判据要求较严格，电动机冷启动即从停运到运行的判据较易实现，但电动机热启动(即正常运行的电动机因故短时失电后恢复电源)的判据在实践中较难实现，这也是现场较多厂用工作母线失电快切动作切换后，电动机因不能准确判定热启动而误动的原因;通过长延时躲启动时间的过流保护只能算是其他功能的后备保护，现场运行时因过流延时过长，对故障几乎无灵敏性，此方式在现场无实质作用。

2 新判据的原理

高压电动机自身的特性决定其正常运行电流具有阶段性特征:启动阶段特征和正常运行阶段特征。启动过程中电流幅值较大，达6～8倍电动机额定电流，具有三相对称的特性;正常运行时电流与其他电气设备电流特性相近。

根据高压电动机故障所表现出的不同电流特性，将其分为对称故障和不对称故障2大类。

(1)对称故障:对称过载、堵转和三相短路等。这类故障最明显的特征是电流幅值显著变化，因此，可通过检测过流程度来反映这类故障。

(2)不对称故障:断相、逆相、相问短路、匝问短路、单相接地和两相接地等。此类故障最明显的特征是电动机电流中往往并不出现高倍的过电流，相对出现含量较高的负序和零序电流，因此，以检测电动机过流信号为基础的保护对这类故障往往不太有效，但以零序或负序电流分量作为鉴别不对称故障的判据，有较高的灵敏度和可靠性。

电动机运行的阶段性电流特性增加了常规过流保护设置的难度:按启动电流确定过流定值，则保护灵敏度完全不能满足运行需要;按正常运行电流确定短延时过流定值，则电动机启动中保护误动跳闸。因此，常规过流保护逻辑不能满足现场安全生产的需要。

高压电动机运行情况见表1。由表1可知，三相电动机的负序、零序电流及过流程度的不同组合关系与电动机故障之间具有很好的对应关系。通过电流幅值大小、负序分量电流大小的配合，为高压电动机过流保护提供了较完善的解决方案。

(1)三相保护电流无负序分量电流(逻辑控制按小于0.2倍电动机额定电流整定)，且保护电流三相幅值在一定区间(逻辑控制按大于过流定值且小于5.0倍电动机额定电流整定)动作出口:因现场过载保护定值多为1.2～2.5倍额定电流，过流延时多为0.2～1.5 s。此配置为电动机启动后过载提供过流保护，且电动机在启动后100 ms内电流即由小于0.1 A上升至超过5.0倍额定电流，所以，在电动机启动过程中通过幅值闭锁了过流保护，同时电流幅值的限制也防止了堵转时过流保护误动。

(2)三相保护电流含较多负序分量电流(逻辑控制按大于0.2倍电动机额定电流整定)，且故障电流大于过流定值，则经过流延时动作出口:此动作逻辑对电动机启动中和运行中过流均有较高的灵敏性和可靠性。

微机电动机保护过流新判据逻辑如图1所示。

3 试验验证

通过模拟现场实际运行电流对过流新判据进行验证:

图1 微机电动机保护过流新判据逻辑

(1)正常启动，装置不误动;

(2)运行时两相短路过流，装置正确动作，不拒动;

(3)启动时两相短路过流，装置正确动作，不拒动。过流动作录波图如图2所示。

图2 过流动作录波图(截屏图)

(4)启动时堵转，过流保护不误动，堵转保护不拒动。堵转动作录波图如图3所示。

试验证明，使用此过流判据的高压电动机保护装置能够准确判断运行工况，完全满足用户对电动机安全运行的需要。

表1 高压电动机运行情况

图3 堵转动作录波图(截屏图)

4 结束语

电动机微机保护装置已得到越来越普遍的应用，并以其可靠性强、精度高、响应速度快、灵活性大、安装调试方便等优点得到了广大用户的认可，其动作逻辑、定值整定是否合理，直接影响到装置的应用效果和电动机的安全运行。利用负序电流分量闭锁过流保护的动作逻辑，解决了现场电动机过流保护启动判据和延时难以整定的问题，为电厂电动机保护改造提供了新的思路。

［1］张兆东，翟雄翔.以序电流为判据的电动机多功能保护装置［J］.机电工程，2009，26(10):62 －64.

［2］高春如.大型发电动机组继电保护整定计算与运行技术［M］.北京:中国电力出版社，2006.