微机型电动机过热保护的整定计算

李玉

摘要：微机保护中过热保护功能是在各种运行工况下建立电机的发热模型，为电机提供准确的过热保护。过热保护进行整定计算时一般需要整定发热时间常数The。本文通过常用的两种方法计算其整定值。

关键词：过热保护  发热时间常数  整定值

电动机是发电厂和工矿企业最重要的动力设备，使用频繁，故障率高。三相电动机在一相断线情况下运行时，定子中的电流负序分量在回路中感生接近100Hz的电流，较高频率的电流产生集肤效应使转子回路电阻增大，从而可能产生严重的过热引起转子损坏。如果能及时检测和排除这种异常情况，防止电机长时间过热运行，就可以降低电机的故障率。传统电机一般只配备电流速断和过流（过负荷）保护，其中过流（过负荷）保护对电机过热运行有一定的保护作用，但动作时间较长，保护灵敏度较低。

随着电动机微机保护装置的广泛应用，微机电动机保护功能较原电磁型电动机保护增强。微机保护装置中的过热保护综合考虑电动机电流的正序分量、负序分量所产生的综合热效应、热积累过程和散热效应。利用计算机的数据处理能力，通过建立电动机的发热模型，模拟电动机的温升过程实现，从而使实现较理想的过热保护成为可能。

1 电机过热保护动作判据

微机保护中过热保护功能是在各种运行工况下建立电机的发热模型，为电机提供准确的过热保护。国内一般微机保护装置过热保护中充分考虑了电动机电流的正序分量、负序分量所产生的综合热效应、热积累过程和散热效应，可模拟不同的反时限特性曲线。其动作方程：

t=（1）

I=（2）

T电动机发热时间常数;I1电动机实际运行电流的正序分量;I2电动机实际运行电流的负序分量;Ie电动机二次额定电流;Ieq电动机实际运行电流的等效电流;K1电流的正序分量发热系数;K2电流的负序分量发热系数。

K1和K2的值分别设定为电机启动过程中和电机运行中不同的值，不同装置厂家取值不同。当热累加量达到过热跳闸值的70%-75%时发过热报警信号，达到过热跳闸值的100%时过热跳闸。过热为电流的正序分量和负序分量的综合热效应，并能根据电动机启动或运行状态自动调整发热系数。

当电动机实际运行的等效电流小于1.05倍的电动机二次额定电流时，装置进入散热过程。散热方程为：

t=3）

2 電机过热保护整定计算

2.1 过热保护进行整定计算时一般需要整定发热时间常数和散热倍数。散热倍数一般取4倍。发热时间常数The应由电动机厂家提供，但由于国内电机厂家对电动机研究水平的限制，此参数一般很难提供。常用的计算方法有以下两种：

2.1.1 当电机制造厂家提供了电机过负荷能力数据时：

The=（Xi2-1.052）t

Xi允许的过负荷倍数;t过负荷允许运行时间。

2.1.2 根据电机的运行规程的相关要求计算

电动机的运行规程规定：若每次启动时间小于15s，电动机允许在冷态下连续起动两次（两次起动之间应自然停机），若启动时间大于15s，允许冷态起动一次（且再次起动必须间隔30min）。热态停用后允许再起动1次。

由此对一些起动时间较长的电动机，如电动给水泵、一次风机、送风机、吸风机、循环水泵、磨煤机等可按起动时间tst=15s，冷态时起动2次或热态时起动1次估算，起动电流按实测起动过程中的平均值计算。

①按冷态起动2次计算。即The=2（K1I*2st-1.052）tst

式中：I*2st——电动机实测起动电流倍数;K1——正序电流在发热模型中的热效应系数，起动时间内K1=0.5;tst——电动机起动时间（s）。

②按热态允许起动1次计算。即The=（K1I*2st-1.052）tst

式中：K1=1（起动结束后）;其他符号含义同前。

2.2 电动机起动时间整定值tst.set计算

为保证电动机可靠起动，取tst.set=（1.2～1.5）tst.max

式中：tst.max——电动机正常最长起动时间（s）。

表1  常用电机的启动时间

3 整定计算实例

某电厂电动机额定输出功率为630kW，效率η=0.83，电压为6.3kV，功率因数为0.86，TA变比为150A/1A。由于额定输出功率P= cosφ×η，则一次电流为：

I1===80.8A

二次额定电流为：I2==0.53A，故按I2=0.53A整定。

①参考额定输出315kW及以下和额定电压1kV及以下的多相电动机应承受1.5倍额定电流，历时不少于2min的相关规定要求，当负荷电流达到0.79A时允许运行120s，故按照方法（1）可得：

The=（Xi2-1.052）t=-1.05×120=134.3s

②电动机的运行规程规定从冷态启动到满转速的连续启动次数不超过两次，实测启动电流倍数为5，启动时间为15s，按照方法（2）计算，则：

The=2（K1I*2st-1.052）tst=2（0.5×52-1.052）×15=342s

按热态允许起动1次计算。即

The=（K1I*2st-1.052）tst=（1×52-1.052）×15=358s

通过以上计算发现，按冷、热态启动方式计算，发热时间常数The较大。为保证电动机在负荷电流较大时长时间运行，减少对电机造成的损害，当厂家不能提供相关的技术参数时，宜采用第一种方式进行整定计算。如果实际运行中，发生电机启动过程报警或跳闸，可适当提高The值，直到报警消除。

电动机过热保护跳闸后，保护装置的热记忆功能起动，禁止电动机再启动。跳闸接点和过热动作信号接点保护动作状态，直到热积累衰减到过热跳闸值的50%以下，才能再启动，以避免电动机的频繁启动。紧急情况下需要起动，可通过装置复归键按下信号复归，强制将热模型恢复到“冷态”，即清除热累积量值重新开始热累计。（电动机热量衰减的速度，通过散热常数决定。）

经过实际实验来验证装置是否正确动作的试验结果与现场传统反时限器负荷保护定值基本相符，并且在实际运行时，没有出现过保护装置误动现象。说明按照本文的电动机过热保护整定方法是可靠的。

参考文献：

[1]刘荣华.电动机的过热保护及测温元件[J].电机与控制应用，2008（03）.

[2]苏世杰.电动机过热保护及常用测温元件[J].青海教育，2012（11）.

[3]李郭民，李巍，张立增.高压电动机过热保护整定方法探讨[J].山西电力技术，2000（02）.