微機(jī)型電動(dòng)機(jī)過熱保護(hù)的整定計(jì)算

李玉

摘要：微機(jī)保護(hù)中過熱保護(hù)功能是在各種運(yùn)行工況下建立電機(jī)的發(fā)熱模型，為電機(jī)提供準(zhǔn)確的過熱保護(hù)。過熱保護(hù)進(jìn)行整定計(jì)算時(shí)一般需要整定發(fā)熱時(shí)間常數(shù)The。本文通過常用的兩種方法計(jì)算其整定值。

關(guān)鍵詞：過熱保護(hù) ?發(fā)熱時(shí)間常數(shù) ?整定值

電動(dòng)機(jī)是發(fā)電廠和工礦企業(yè)最重要的動(dòng)力設(shè)備，使用頻繁，故障率高。三相電動(dòng)機(jī)在一相斷線情況下運(yùn)行時(shí)，定子中的電流負(fù)序分量在回路中感生接近100Hz的電流，較高頻率的電流產(chǎn)生集膚效應(yīng)使轉(zhuǎn)子回路電阻增大，從而可能產(chǎn)生嚴(yán)重的過熱引起轉(zhuǎn)子損壞。如果能及時(shí)檢測(cè)和排除這種異常情況，防止電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間過熱運(yùn)行，就可以降低電機(jī)的故障率。傳統(tǒng)電機(jī)一般只配備電流速斷和過流（過負(fù)荷）保護(hù)，其中過流（過負(fù)荷）保護(hù)對(duì)電機(jī)過熱運(yùn)行有一定的保護(hù)作用，但動(dòng)作時(shí)間較長(zhǎng)，保護(hù)靈敏度較低。

隨著電動(dòng)機(jī)微機(jī)保護(hù)裝置的廣泛應(yīng)用，微機(jī)電動(dòng)機(jī)保護(hù)功能較原電磁型電動(dòng)機(jī)保護(hù)增強(qiáng)。微機(jī)保護(hù)裝置中的過熱保護(hù)綜合考慮電動(dòng)機(jī)電流的正序分量、負(fù)序分量所產(chǎn)生的綜合熱效應(yīng)、熱積累過程和散熱效應(yīng)。利用計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理能力，通過建立電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱模型，模擬電動(dòng)機(jī)的溫升過程實(shí)現(xiàn)，從而使實(shí)現(xiàn)較理想的過熱保護(hù)成為可能。

1 電機(jī)過熱保護(hù)動(dòng)作判據(jù)

微機(jī)保護(hù)中過熱保護(hù)功能是在各種運(yùn)行工況下建立電機(jī)的發(fā)熱模型，為電機(jī)提供準(zhǔn)確的過熱保護(hù)。國(guó)內(nèi)一般微機(jī)保護(hù)裝置過熱保護(hù)中充分考慮了電動(dòng)機(jī)電流的正序分量、負(fù)序分量所產(chǎn)生的綜合熱效應(yīng)、熱積累過程和散熱效應(yīng)，可模擬不同的反時(shí)限特性曲線。其動(dòng)作方程：

t=（1）

I=（2）

T電動(dòng)機(jī)發(fā)熱時(shí)間常數(shù);I1電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行電流的正序分量;I2電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行電流的負(fù)序分量;Ie電動(dòng)機(jī)二次額定電流;Ieq電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行電流的等效電流;K1電流的正序分量發(fā)熱系數(shù);K2電流的負(fù)序分量發(fā)熱系數(shù)。

K1和K2的值分別設(shè)定為電機(jī)啟動(dòng)過程中和電機(jī)運(yùn)行中不同的值，不同裝置廠家取值不同。當(dāng)熱累加量達(dá)到過熱跳閘值的70%-75%時(shí)發(fā)過熱報(bào)警信號(hào)，達(dá)到過熱跳閘值的100%時(shí)過熱跳閘。過熱為電流的正序分量和負(fù)序分量的綜合熱效應(yīng)，并能根據(jù)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)或運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)調(diào)整發(fā)熱系數(shù)。

當(dāng)電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行的等效電流小于1.05倍的電動(dòng)機(jī)二次額定電流時(shí)，裝置進(jìn)入散熱過程。散熱方程為：

t=3）

2 電機(jī)過熱保護(hù)整定計(jì)算

2.1 過熱保護(hù)進(jìn)行整定計(jì)算時(shí)一般需要整定發(fā)熱時(shí)間常數(shù)和散熱倍數(shù)。散熱倍數(shù)一般取4倍。發(fā)熱時(shí)間常數(shù)The應(yīng)由電動(dòng)機(jī)廠家提供，但由于國(guó)內(nèi)電機(jī)廠家對(duì)電動(dòng)機(jī)研究水平的限制，此參數(shù)一般很難提供。常用的計(jì)算方法有以下兩種：

2.1.1 當(dāng)電機(jī)制造廠家提供了電機(jī)過負(fù)荷能力數(shù)據(jù)時(shí)：

The=（Xi2-1.052）t

Xi允許的過負(fù)荷倍數(shù);t過負(fù)荷允許運(yùn)行時(shí)間。

2.1.2 根據(jù)電機(jī)的運(yùn)行規(guī)程的相關(guān)要求計(jì)算

電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行規(guī)程規(guī)定：若每次啟動(dòng)時(shí)間小于15s，電動(dòng)機(jī)允許在冷態(tài)下連續(xù)起動(dòng)兩次（兩次起動(dòng)之間應(yīng)自然停機(jī)），若啟動(dòng)時(shí)間大于15s，允許冷態(tài)起動(dòng)一次（且再次起動(dòng)必須間隔30min）。熱態(tài)停用后允許再起動(dòng)1次。

由此對(duì)一些起動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)的電動(dòng)機(jī)，如電動(dòng)給水泵、一次風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、吸風(fēng)機(jī)、循環(huán)水泵、磨煤機(jī)等可按起動(dòng)時(shí)間tst=15s，冷態(tài)時(shí)起動(dòng)2次或熱態(tài)時(shí)起動(dòng)1次估算，起動(dòng)電流按實(shí)測(cè)起動(dòng)過程中的平均值計(jì)算。

①按冷態(tài)起動(dòng)2次計(jì)算。即The=2（K1I*2st-1.052）tst

式中：I*2st——電動(dòng)機(jī)實(shí)測(cè)起動(dòng)電流倍數(shù);K1——正序電流在發(fā)熱模型中的熱效應(yīng)系數(shù)，起動(dòng)時(shí)間內(nèi)K1=0.5;tst——電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間（s）。

②按熱態(tài)允許起動(dòng)1次計(jì)算。即The=（K1I*2st-1.052）tst

式中：K1=1（起動(dòng)結(jié)束后）;其他符號(hào)含義同前。

2.2 電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間整定值tst.set計(jì)算

為保證電動(dòng)機(jī)可靠起動(dòng)，取tst.set=（1.2～1.5）tst.max

式中：tst.max——電動(dòng)機(jī)正常最長(zhǎng)起動(dòng)時(shí)間（s）。

表1 ?常用電機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間

3 整定計(jì)算實(shí)例

某電廠電動(dòng)機(jī)額定輸出功率為630kW，效率η=0.83，電壓為6.3kV，功率因數(shù)為0.86，TA變比為150A/1A。由于額定輸出功率P= cosφ×η，則一次電流為：

I1===80.8A

二次額定電流為：I2==0.53A，故按I2=0.53A整定。

①參考額定輸出315kW及以下和額定電壓1kV及以下的多相電動(dòng)機(jī)應(yīng)承受1.5倍額定電流，歷時(shí)不少于2min的相關(guān)規(guī)定要求，當(dāng)負(fù)荷電流達(dá)到0.79A時(shí)允許運(yùn)行120s，故按照方法（1）可得：

The=（Xi2-1.052）t=-1.05×120=134.3s

②電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行規(guī)程規(guī)定從冷態(tài)啟動(dòng)到滿轉(zhuǎn)速的連續(xù)啟動(dòng)次數(shù)不超過兩次，實(shí)測(cè)啟動(dòng)電流倍數(shù)為5，啟動(dòng)時(shí)間為15s，按照方法（2）計(jì)算，則：

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

按熱態(tài)允許起動(dòng)1次計(jì)算。即

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

通過以上計(jì)算發(fā)現(xiàn)，按冷、熱態(tài)啟動(dòng)方式計(jì)算，發(fā)熱時(shí)間常數(shù)The較大。為保證電動(dòng)機(jī)在負(fù)荷電流較大時(shí)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，減少對(duì)電機(jī)造成的損害，當(dāng)廠家不能提供相關(guān)的技術(shù)參數(shù)時(shí)，宜采用第一種方式進(jìn)行整定計(jì)算。如果實(shí)際運(yùn)行中，發(fā)生電機(jī)啟動(dòng)過程報(bào)警或跳閘，可適當(dāng)提高The值，直到報(bào)警消除。

電動(dòng)機(jī)過熱保護(hù)跳閘后，保護(hù)裝置的熱記憶功能起動(dòng)，禁止電動(dòng)機(jī)再啟動(dòng)。跳閘接點(diǎn)和過熱動(dòng)作信號(hào)接點(diǎn)保護(hù)動(dòng)作狀態(tài)，直到熱積累衰減到過熱跳閘值的50%以下，才能再啟動(dòng)，以避免電動(dòng)機(jī)的頻繁啟動(dòng)。緊急情況下需要起動(dòng)，可通過裝置復(fù)歸鍵按下信號(hào)復(fù)歸，強(qiáng)制將熱模型恢復(fù)到“冷態(tài)”，即清除熱累積量值重新開始熱累計(jì)。（電動(dòng)機(jī)熱量衰減的速度，通過散熱常數(shù)決定。）

經(jīng)過實(shí)際實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證裝置是否正確動(dòng)作的試驗(yàn)結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)傳統(tǒng)反時(shí)限器負(fù)荷保護(hù)定值基本相符，并且在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，沒有出現(xiàn)過保護(hù)裝置誤動(dòng)現(xiàn)象。說明按照本文的電動(dòng)機(jī)過熱保護(hù)整定方法是可靠的。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉榮華.電動(dòng)機(jī)的過熱保護(hù)及測(cè)溫元件[J].電機(jī)與控制應(yīng)用，2008（03）.

[2]蘇世杰.電動(dòng)機(jī)過熱保護(hù)及常用測(cè)溫元件[J].青海教育，2012（11）.

[3]李郭民，李巍，張立增.高壓電動(dòng)機(jī)過熱保護(hù)整定方法探討[J].山西電力技術(shù)，2000（02）.