电动机低电压保护研究

杨利民 贾懿会

摘 要：就PT柜二次线路保护空气断路器跳闸导致线路电动机低电压保护动作跳闸，进而引起整段线路跳闸失电的故障，简要说明了电动机低电压保护的作用、原理，并提出了改进措施。

关键词：低电压保护;电动机;CT;PT

0    引言

大多数电动机（尤其是大型高压电动机）均配有低电压保护装置，低电压保护作为电动机的后备保护起着保护设备、保障重要电机正常启动等重要作用。但是炼铁、炼钢、热轧、冷轧等重要生产部门中，生产装置多为一级负荷。生产一线的设备，电压波动，电机不能被切断;停电故障，电机必须尽快投入运行，把故障影响范围缩到最小。10 kV供电系统操作频繁、振动大，很容易受接地、短路、断路等因素影响发生电压波动、电压信号丢失等故障，切断电机，进而扰乱正常的生产秩序，造成巨大经济损失。

本文基于实际运行中发生的一起故障案例，结合某炼钢厂大负荷生产过程中的影响因素，分析产生问题的原因，并制订具有针对性的规避措施，简单介绍措施执行后的效果。

1    低电压保护故障动作现象

某日16：31：19，某厂供配电操控中心后台报警，水处理变电所10 kV Ⅰ段发生低电压故障报警。16：31：40，水系统配电室10 kV Ⅱ段进线开关过流保护动作跳闸。至此，10 kV Ⅰ段母线所带5台水泵电机因电压低跳闸;10 kV Ⅱ段母线所带7台水泵电机和2#、4#、6#及8#变压器失电，影响终端设备的正常运行。

故障发生后，检查现场设备情况。发现Ⅰ段母线电容器柜（+WIMPV101）至水处理补偿室PT电压线路电缆发生相间短路放炮，水处理10 kV配电室Ⅰ段母线电压互感器手车上二次线路保护用空气断路器（以下简称“空开”，空开额定电流为3 A）跳闸。立即组织更换短路电缆。

故障处理完毕后，16：52，水处理变电所10 kV Ⅰ段母线所带水泵电机及Ⅱ段36个馈出线开始陆续恢复送电;17：40，水处理变电所全部恢复正常。

2    故障原因分析

Ⅰ段母线电容器柜（+WIMPV101）至水处理补偿室PT电压线路电缆发生相间短路放炮，水处理10 kV配电室Ⅰ段母线电压互感器手车上二次线路保护用空开跳闸，影响水泵综保采集到的系统电压。综保认为系统电压降低，低至整定值时，触发保护启动，进而10 kV Ⅰ段母线所带水泵负荷全部失电。

由于系统控制原因，10 kV Ⅰ段母线所带水泵失电后，10 kV Ⅱ段母线所带水泵大量启动，致使瞬间启动电流过大，进而10 kV Ⅱ段进线开关瞬间电流过大，保护动作跳闸，10 kVⅡ段所带负荷全部失电。

3    低电压保护的作用

3.1    保护电动机

电网电压降低时，电网所带异步电动机转速下降，电流上升。为保护电动机设备不被烧损，当电网电压低于电动机额定电压时，低电压保护动作跳闸。

3.2    保持电网电压平衡

电网电压降低时，电网所带异步电动机转速下降，而当电网电压恢复时，大量电动机同时恢复转速，使母线电压恢复时间延长。

3.3    切断不自启电动机

根据生产工艺流程或者所带设备特点，切断不允许自启动电机，如风机电动机、棒磨机电动机等软启电机。

4    低电压保护的实现

低电压保护的实现方法有失压线圈、失压脱扣器、晶闸管结合电容电路、电压测量回路结合单片机等。通常失压线圈、失压脱扣器、晶闸管结合电容电路投用于低压电力系统甚至民用充电装置中，电压测量回路结合单片机通常投用于中高压回路中。

4.1    失压线圈

系统电压波动、出现低电压时（低电压来临，低于一定值时），其吸持线圈自动释放，不需要安装专门的低电压保护装置。它的优点是接线简单、维护方便;缺点是动作电压和时间不能根据需求整定，抗电网波动能力差[1-2]。

4.2    失压脱扣器

失壓脱扣器是电子脱扣器的一种，通常并联在断路器的电源测，可起到欠压及零压保护的作用。电源电压正常时扳动操作手柄，断路器的常开辅助触头闭合，电磁铁得电，衔铁被电磁铁吸住，自由脱扣机构才能将主触头锁定在合闸位置，断路器投入运行。当电源侧停电或电源电压过低时，电磁铁所产生的电磁力不足以克服反作用力弹簧的拉力，衔铁被向上拉，通过传动机构推动自由脱扣机构使断路器掉闸，起到欠压及零压保护作用。

4.3    电压测量回路结合单片机

通过电压测量回路将取样电压与单片机中设定值进行比较，欠压、过压等保护均可实现。该方法的电压动作值和动作时限可根据生产特点整定。

5    低电压保护的整定

电网电压波动、出现低电压时，系统中所带电动机的转速下降，而当电压恢复时，大量电动机同时自启动，拉低母线电压，瞬间电流增大，延长母线电压恢复时间，甚至会使母线进线开关跳闸，自启动失败。为保证重要电动机（或设备）的自启动，在不重要电动机上（或根据生产工艺需求）加装低电压保护。通常动作电压整定为0.6～0.7倍的额定电压，0.5 s延时动作，跳开电动机。

6    原低电压保护逻辑分析

如图1所示，当测量线电压Uab、Ubc、Uac都低于整定值Udz，开关或接触器处于合位，且有下降沿时，低电压保护动作。为防止PT断线误使保护启动，保护设置了当单相、两相或三相PT断线时闭锁低电压保护。PT断线出现低电压现象时，取低电压“非”信号，闭锁保护不动作[3]。