電動機的智能保護及處理
摘 要通過檢測電動機負序的零序電流及過電流程度來判別故障類型及程度并使故障得到及時處理
關鍵詞電動機保護故障診斷
1 前言
當電動機發生各種不對稱故障時應用對稱分量法可將定子電流分解為正序負序和零序分量電動機在正常運行時負序和零序分量沒有或很小一旦出現則表示電動機發生了故障因此可利用負序和零序分量的有無來鑒別各類不對稱故障電動機的對稱過載短路等以過電流為特征的故障可通過檢測電流幅值來檢測其過流程度這樣以檢測過流負序和零序電流分量為基礎的故障判據將具有很高的靈敏度和可靠性
2 關于過流負序和零序電流的故障判據
電動機的故障形式可分為對稱和不對稱兩類
對稱故障包括過載堵轉和三相短路等這類故障對電動機的損壞主要是熱效應和機械應力使繞組發熱甚至損壞其主要特征是三相仍基本對稱但同時出現過電流故障嚴重程度基本反映在過電流的程度因此仍然以過流程度作為這類故障的判據對于嚴重的三相短路的保護應采用速斷跳閘堵轉故障的保護應采用短時限跳閘而對于對稱過載應采用及時限跳閘反時限特性應與電動機的溫升指數特性相配合
不對稱故障又可進一步分為非接地性和接地性兩類
非接地性不對稱故障主要包括斷相相間短路匝間短路及不平衡運行等這類故障會引起三相電流不對稱由于我國電動機的中心點不接地故定子電流可分解為正序和負序分量（零序分量為零）而電動機在正常運行時負序電流分量基本沒有所以采用負序電流分量作為這類故障的判據這類故障對電動機的損害主要是負序電流引起的負序效應可能造成電動機端部發熱轉子振動及起動力矩降低等一系列問題如果有過電流出現還會使繞組發熱這類故障的保護應采用短時限跳閘或速斷
接地性不對稱故障包括單相接地短路和兩相接地短路由于電動機外殼必須安全接地因此繞組端部碰殼絕緣破壞等都可能導致接地故障特別是處在塵埃重或濕度大的環境下故障率就更高發生接地性不對稱故障時會出現零序電流分量這是區別其它任何非接地性故障的根本特征可作為接地性故障的主要判據這類故障應采用速斷或短時限跳閘加以保護
由以上分析和實驗表明過電流負序和零序三個分量的不同分布組合與各故障類型之間具有很好的對應關系表1列出了這樣的對應關系即故障診斷表
表1 電動機常見故障診斷表
| 故 障 類 型 | 零 序 | 負 序 | 過 電 流 | 其它故障特征 | 保 護 特 性 | ||
|
對稱 故障 |
過 載 | 無 | 無 | 1.2～5）Ie | Ia≈Ib ≈Ic | 反時限 | |
| 堵 轉 | 無 | 無 | 5～7）Ie | Ia≈Ib≈Ic | 短時限 | ||
| 短 路 | 無 | 無 | 8～10）Ie | Ia≈Ib ≈Ic | 速 斷 | ||
| 不對稱故障 | 非接地 | 斷 相 | 無 | Ia=0, Ib=-Ic | 短時限 | ||
| 逆 相 | 無 | Ia | 無 | Ia≈Ib≈Ic | 速 斷 | ||
| 不平衡 | 無 | 有 | 無 | Ia≠Ib≠Ic | 短時限 | ||
| 相間短路 | 無 |
有 其值取決于位置 |
Ib≈Ic＞Ia | 速 斷 | |||
| 接地 | 單相接地 | 有 | 取決于位置 | Ia＞Ib≈Ic | 速 斷 | ||
| 二相接地 | 有 | 取決于位置 | Ib,Ic＞Ia≈Io | 速 斷 | |||
注1．單相故障設A相為故障相兩相故障設BC相為故障相
2．Io表示故障前電流幅值Ie表示額定電流ΣI＝Ia+Ib+Ic
3 故障判據的實現及裝置功能框圖
電動機故障實現智能化診斷及綜合保護的核心是故障判據即對過電流負序和零序電流的檢測根據檢測的信息并應用電子線路或微機實現故障自動診斷及保護
3.1 故障判據的實現
由對稱分量法知道三相電流可分解為正序負序和零序三個分量而負序和零序分量可由下式求出
式中 α =ej120°
將式2代入式（3）
根據（4）式可用硬件構成負序濾過器如圖1所示它由兩只電流互感器組成LHA原邊通過和3副邊接電阻RLHBC原邊通過和- 副邊接電容C實現90°移相 當B相斷相故障時 負序濾過器向量圖如圖2（此時=-=0）
圖1 負序濾過器
圖1 負序濾過器
圖1負序濾過器中各參數要滿足（5）式
圖2 B相斷相時負序濾過器相量圖
圖2 B相斷相時負序濾過器相量圖
根據（4）式負序電流也可通過微機的軟件算法求出 第K步的負序電流的瞬時值i2K計算如下
式中 n─一個交流周期內的采樣點數
i0K─零序電流在第K步時的值
式（7）實際是用軟件計算零序電流的遞推公式同負序電流一樣也可用硬件檢測零序電流即通過常規的零序電流互感器來檢測
過電流的檢測首先檢測電流幅值然后與額定值比較即得到過流程度無論是用硬件還是用軟件都很容易實現
3.2 保護裝置原理框圖
圖3是智能化電動機綜合保護框圖電動機三相電流通過檢測環節得到過流負序和零序分量的信息根據電動機故障診斷表判別故障類型及程度將故障診斷結果輸出向運行檢修人員發出報警和提示然后根據各故障要求的保護特性啟動跳閘執行機構實行保護
圖3 智能化電動機綜合保護框圖
圖3 智能化電動機綜合保護框圖
