高压电动机微机保护装置与轴温测控系统的介绍及应用

[摘要]  本文着重介绍高压电动机微机综合保护装置的原理及其保护功能，对高压电动机轴温测控系统的设计做了深入解析。

关键词  电动机 微机综合保护 功能 原理 轴温测控 传感器

中图分类号 TP29

0 引言

目前，10KV以上高压电机基本已经在煤炭、钢铁、化工、电力、矿山、机床等各个领域广泛应用，已经成为完成生产、辅助生产的最主要的基础设备。然而，由于各种原因造成电动机非正常运行或停止、损坏，生产设备停止运转，其生产损失和停机时间内产生的费用非常巨大。因此，对电动机的综合保护显得极为重要，本文通过对高压电动机综合保护装置功能及电动机轴温测控系统的介绍与分析，实现高压电动机更加安全可靠的运行策略。

1 基本配置

高压电动机综合保护测控装置，保护方面的主要功能有：  1）两段定时限过电流保护;2） 过负荷保护;3）反时限过电流保护（4种反时限方程）;4） 堵转保护;5） 过热保护;6） 两段零流保护;7） 负序定时限过电流保护;8） 低压保护等。

测控方面的主要功能有： 1）16路遥信開入采集、事故遥信;2） 遥测功能：装置采集三相电压（Ua、Ub、Uc）三相测量电流（CIa、CIb、CIc）和三相保护电流（BIa、BIb、BIc）以及一个零序电流（I0）;3）本侧路断路器遥控分合;4）遥控事件记录及事件SOE等。

2 装置原理

2.1装置控制回路原理图如下：

2.2 模拟输入

外部电流及电压输入经隔离互感器隔离变换后，由低通滤波器输入至模数变换器，CPU经采样数字处理后，构成各种保护继电器，并计算各种遥测量。BIa、BIb、BIc、I0、为保护用电流模拟量输入，I0为中性线零序电流，CIa、CIb、CIc为测量专用测量CT输入。

2.3 软件说明

2.3.1 电流速断保护

当A、B、C相任一相电流大于速断保护整定值时，达到整定延时保护动作。电机的启动过程由装置自动判断。在电机启动期间，转速关断电流的设定值自动上升到设定电流值（菜单设定）的设定倍数，以避免电机启动电流。启动结束后，保护整定值恢复到原整定电流值。2.3.2 过电流保护

当A、B、C相中的任一相的电流大于过电流保护整定值并达到整定延时后保护动作。若在整定时间内电流返回终止定时器，过电流保护在电动机启动时间内自动闭锁。

2.3.3过负荷保护

当A、B、C三相中任何一相电流大于过负荷的整定值时，相应定时器启动，若持续时间到整定时限，则出口动作。若在整定时限内电流返回方终止定时器，过负荷保护的动作方式只为告警、不跳闸，过负荷保护在电动机启动时间内自动闭锁。

2.3.4反时限过流保护

在电动机启动过程中，反时限过流整定自动提高到电流整定值（菜单整定）的整定倍数，以避免电动机启动电流;启动结束后，保护整定值恢复到原来的整定电流值，可有效地防止由于启动过程中电流过大而导致的误操作。Ip为启动电流，tp为时间常数，I为输入的故障电流值。

2.3.5堵转保护

当A、B、C三相中的任何一相电流幅值大于整定值时，相应定时器启动，若持续到整定时限，则出口动作。若在整定时限内电流返回终止定时器，为躲开电动机的启动电流，堵转保护在电动机启动过程中自动闭锁，启动完成后自动投入。

2.3.6过热保护

加热是造成电机损坏的重要原因，特别是转子中的负序电流会引起电机严重发热。该装置充分考虑了负序电流的影响，同时也考虑了电动机起动过程中起动电流的影响，建立了较完善的发热模型，其动作判据如下：

上式中：t - 保护动作时间（S）; Tf - 电动机的发热时间常数（S），对应于电动机的过负荷能力;I1 - 电动机实际运行电流的正序分量（A）;I2 - 电动机实际运行电流的负序分量（A）; K1 - 正序电流发热系数，启动时间内可在0-1范围内整定，启动过程结束后自动变为1;K2-负序电流发热系数，可在0-10范围内整定;Is - 装置的设定电流;

过热保护具有热告警信号输出和跳闸出口输出功能。

2.3.7 零流保护

装置设两段零流保护，各段电流定值、时间定值可独立整定，分别设置整定控制字控制这两段保护的投退。

2.3.8 负序定时限过电流保护

当电机三相电流不对称时，会出现较大的负序电流，负序电流会在转子中产生两倍的工频电流，这将大大增加转子的附加发热，危及电机的安全运行。该装置设有负序过流保护，分别对电机的倒相、断相、匝间短路、电压不对称等异常运行情况提供保护。

2.3.9 低压保护

当电压的降低发动机扭矩，该指数将下降，导致在严重超载的引擎。当电压下降到一定程度，该设备提供了单独的低电压保护。当总线电压是降低到设定值设置低电压保护及保护动作延时是一个高峰，是延迟。其动作判据为：MAX{ Ua、 Ub、 Uc }Tset

3轴温测控系统

高压电机轴温测控系统是电动机综合保护装置保护功能上的一种完善和补充。由于电动机综合保护装置不能监测电动机的实际轴承温度，无法起到保护作用。当电动机在运转过程中，两侧轴承出现问题时，会瞬间发热，如果不能及时发现会导致电动机更深一步的损坏，为此设计电动机轴温测控系统。轴温监测主要是通过温度传感器来实现的。温度传感器有四种主要类型： 热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器（RTD）和IC温度传感器。热阻是中低温地区最常用的温度探测器之一。其主要特点是测量精度高、性能稳定、典型的铜热电阻、铂热电阻等。其中铂热电阻测量精度最高。它不仅广泛应用于工业温度测量，而且成为标准基准。其电阻值随温度的变化而变化，通常用Pt100表示。Pt后100表示其电阻值在0时为100欧姆，在100时约为138.5欧姆。

常用的铂电阻连接方式有三线制和两线制。三线制的优点是在桥臂两侧增加相同长度的PT100两侧，从而消除导线的电阻。常见的采样电路有两种：一种是电桥温度测量电路，另一种是恒流源温度测量电路。此设计采用的就是三线制接线。

由于铂热电阻测量温度变化，在将信号输入PLC之前，需要一个温度传感器将温度信号转换成电流信号。本系统采用的温度变送器是菲尼克斯的MCR-SL-PT100-I，在使用过程中应增加24伏电源，可直接从PLC获得。在该控制系统中，高压电机的轴温（温度传感器）将检测到的温度信号转换成4-20mA的电流信号。系统需要配置模拟量输入模块，将电流信号转换成数字信号，送PLC处理。模拟量经过PLC内部的A/D转换后被转换成了范围0～27648的数字量并存储在特定地址的寄存器中，最后经过CPU的处理显示在画面上以供操作人员监视与操控。

4总结

本文通过介绍高压电动机综合保护装置的原理及其功能，详细阐述了各项保护功能的具体实现方法。提出电动机综合保护装置在实际应用中存在的不完善点，并给出了电动机轴温测控系统的控制策略。 电动机轴温测控系统作为电动机综合保护装置保护功能上的一种完善和补充，在实际应用中相互配合，使得高压电动机更加安全可靠的运行。

参考文献

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[3]韩啸，何昱玮。电力系统继电保护新技术的发展与分析[J].黑龙江科技信息，2017，09：2

作者简介：郭志伟（1984-），学士，工程师，从事电气自动化工作。