簡婷 

　　安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801 

　　摘要：以電動機過負荷保護動作造成機組停運事件為例，分析現場普遍存在的電動機過負荷保護偏重保護電動機安全，未充分釋放電動機過負荷能力，對系統造成的危害。研究電動機過負荷保護配置及過負荷保護定值設置，提出改進建議及有效措施，在保證電動機安全的基礎上，防止重要電動機過早切除導致經濟損失。 

　　關鍵詞：電動機；過負荷；保護配置及定值設置 

　　導致三相異步電動機定子繞組過負荷的原因是多方面的：一是電動機實際負載增加，如過度加載導致電動機超額定電流運行，或軸承損壞等設備異常導致負載增加；二是電源異常導致電動機超額定電流運行，電壓、頻率降低等。長時間的定子繞組過負荷，主要的危害是導致定子繞組線圈過熱、絕緣受損、電動機損壞。定子線圈的溫升與過電流倍數及過電流持續時間有關，過電流倍數越大則溫升速率越大，過電流持續時間越長則線圈溫升越高。電動機的過負荷保護定值應根據這一特性設定。 

2 常規三相異步電動機定子繞組過負荷的保護配置及定值選取 

　　GB/T14285-2006《繼電保護和安全自動裝置技術規程》及DL/T5153-2014《火力發電廠廠用電設計技術規程》對高壓電動機過負荷保護的配置要求：對于運行過程中易發生過負荷的電動機，保護應根據負荷特性，帶時限動作于信號或跳閘；對于啟動或自啟動困難，需要防止啟動或自啟動時間過長的電動機，保護動作于跳閘。 

　　目前，針對電動機定子繞組過負荷，微機型電動機綜合保護通常配置長啟動保護、堵轉保護、過負荷保護。其中長啟動保護用于保護電動機啟動困難，或啟動時間過長工況，采用定時限，電流動作定值取1.5-~2.0倍電動機額定電流，動作時間按躲過電動機正常啟動時間整定，動作于跳閘。堵轉保護用于保護電動機運行中堵轉工況，采用定時限，電流動作定值取1.3~2.0倍電動機額定電流，動作時間按躲過電動機啟動或自啟動時間整定，動作于跳閘。過負荷保護定值按躲過電動機額定電流計算，動作時間按躲過啟動時間整定，動作于信號或跳閘。 

3 定子繞組過負荷保護動作案例分析 

　　下面介紹3起電動機過負荷保護動作引起的機組非計劃停運事件，事件造成直接、間接經濟損失超過100萬元。 

　　(1)案例1：某600MW火電機組增壓風機過負荷跳閘導致機組非停。2017年2月21日，某600MW火電機組按調度曲線加載負荷。當日9：19，機組負荷達到489.7MW，增壓風機電流為568.2A，指令為86%；當日9：45:41，機組負荷達到500MW，增壓風機電流指令為99%，過負荷保護動作，動作電流為696A，增壓風機跳閘，鍋爐MFT動作。 

　　(2)案例2：某600MW火電機組凝結水泵變頻器過負荷跳閘導致機組非停。2016年12月17日，某600MW火電機組A凝結水泵變頻器運行，B凝結水泵備用，機組負荷為463.07MW。當日12：30，運行操作A凝結水泵變頻器增負荷；當日12:31:11，變頻器輸出指令為93.41%，輸出電流為178.23A，21s后，變頻器輸出指令為99.71%，輸出電流為207.22AA并維持穩定；當日12:33:15，變頻器過載保護動作跳閘，B泵聯啟不成功，機組因凝結水失去而被迫停運。 

　　(3)案例3：某300MW火電機組引風機跳閘導致機組非停。2013年9月25日，某300MW火電機組電負荷為260.9MW。當日4:28:42，B引風機因軸承溫度高而跳閘，機組RB動作，4A引風機動葉指令由55.4%上升到99%，4A引風機電流由165.2A升高到482，過流保護動作，2臺引風機全停，觸發鍋爐MFT。對案例中電動機過負荷情況、電動機定子線圈溫升情況、電動機過負荷保護定值整定情況進行統計分析，見表1。 

　　表1 電動機過負荷及定子線圈溫度統計 

　　案例1、案例2均為電動機加載過程導致電動機過負荷，案例3為B引風機跳閘導致4A引風機過載。現場所用電動機的絕緣耐熱等級為F級，溫升按B級考核，即電動機的允許溫度為130℃，繞組溫升限值為80K。由表1可知，3臺電動機跳閘時的定子線圈溫度都遠未達到電動機線圈溫度限值。案例中，電動機過負荷保護定值的取值原則均符合DL/T 1502-2016《廠用電繼電保護整定計算導則》的要求，跳閘時電動機的定子線圈溫度均在電動機正常允許范圍內，定子線圈的溫升也在安全范圍內，遠未達到電動機的過負荷能力限值。 

4 三相異步電動機定子繞組過負荷的保護配置及定值設置建議 

　　現有規程在電動機過負荷保護定值選取中，多考慮保護電動機安全，未充分考慮負荷特性和釋放電動機本身的過負荷能力。為此，應合理設置電動機加載速率，在控制系統中設置適當的限制值，這是防止電動機過流、過載的根本措施。但是，系統需求或系統工況復雜，導致的電動機過負荷情況不一定能*避免，因此在電動機保護配置及定值計算時，除需考慮軸承損壞導致過負荷等電動機自身原因外，還要考慮系統或負載原因導致的電動機過負荷。系統中某些重要電動機，一旦跳閘將直接導致機組非停，經濟損失巨大，因此針對重要電動機的過負荷保護配置及定值選取，提出以下改進建議。 

　　4.1應充分考慮電動機負荷特性及在系統中的地位，按二段原則配置電動機過負荷保護應充分考慮電動機負荷特性及其在系統中的地位，重要電動機的過負荷保護按二段配置，一段保護動作于信號，提醒運行人員注意，另一段保護出口跳閘。在保證電動機安全的前提下，盡量放開電動機的過負荷能力，延遲另一段保護出口跳閘的時間，給運行人員爭取調整的時間，避免機組非停，減少損失。 

　　定子繞組過負荷一段保護定值可取1.05倍電動機額定電流，動作時間可適當取短，按躲過電源波動整定，可取3~5s，保護動作于信號。信號應上傳至主控室，提醒運行人員注意并及時做出調整。 

　　定子繞組過負荷另一斷保護可采用定時限或反時限動作曲線，按躲過定子繞組過負荷能力整定，動作于跳閘。反時限動作曲線貼近電動機定子繞組的過負荷能力，簡單的電動機運行期間過載保護動作模型： 

　　式中，t為保護動作時間；τ為電動機定子線圈熱容量系數；I*為以電動機額定電流為基準的標幺值；Ksr為散熱系數，可取1.05~1.1。 

　　動作曲線的啟動門檻可取1.05~1.1倍電動機額定電流，熱容量系數τ的取值應由電動機廠提供，或參照導則，根據電動機的熱限曲線、過負荷能力、允許堵轉電流及時間或啟動電流下的定子溫升進行估算。 

　　定子繞組過負荷若按定時限保護配置，則保護電流動作值可按1.5~2.2倍電動機額定電流整定，動作時間按躲過電動機廠家提供的電動機過負荷能力整定，保護動作于跳閘。 

　　4.2 優化電動機過負荷保護邏輯，增設定子繞組溫度輔助判據 

　　為保證電動機的安全，可在電流型電動機過負荷保護的基礎上，引入電動機定子線圈的溫度作為輔助判據。當電動機過負荷保護動作，且電動機定子線圈溫度超過限值時，保護出口跳閘。 

　　4.3配置電動機熱過載保護并合理設置保護定值 

　　微機電動機綜合保護通常配置電動機熱過載保護。熱過載保護的模型，綜合考慮了電動機正序電流及負序電流對電動機發熱的不同影響，以及電機冷態、熱態、散熱等工況。應根據電動機廠家提供的電動機熱限曲線或過負荷能力，合理設置電動機熱過載保護定值并投入運行，是對電動機過負荷的有效保護手段。 

5 安科瑞智能電動機保護器介紹 

　　5.1產品介紹 

　　智能電動機保護器(以下簡稱保護器)，采用單片機技術，具有抗干擾能力強、工作穩定可靠、數字化、智能化、網絡化等特點。保護器能對電動機運行過程中出現的過載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、堵轉、阻塞、外部故障等多種情況進行保護，并設有SOE故障事件記錄功能，方便現場維護人員查找故障原因。適用于煤礦、石化、冶煉、電力、以及民用建筑等領域。本保護器具有RS485遠程通訊接口，DC4-20mA模擬量輸出，方便與PLC、PC等控制機組成網絡系統。實現電動機運行的遠程監控。 

　　5.2技術參數 

　　5.2.1數字式電動機保護器 

        5.2.2模塊式電動機保護器 

        5.3產品選型 

說明：“√”表示具備，“■”表示可選。 

　　重要電動機的過負荷保護應充分考慮電動機負荷特性，充分釋放電動機過負荷能力，按躲過電動機過負荷能力整定，不宜太靈敏。電動機的過負荷保護按二段配置，一段發信號，信號應發至主控室提醒運行人員及時調整；另一段動作于跳閘，跳閘段定值按躲過電動機過負荷能力整定。反時限動作曲線貼近電動機定子繞組的過負荷能力，采用反時限動作曲線可為電動機提供合理的保護，同時可將電動機定子繞組溫度作為電動機過負荷的輔助判據，兩者均滿足條件時啟動跳閘。投入并合理設置電動機熱過載保護是保護電動機過負荷的有效手段。
 

參考文獻 

　　[1] DL/T 684-2012大型發電機變壓器繼電保護整定計算導則[S]. 

　　[2] 于愛民，宋　巖.三相異步電動機過負荷保護的配置及定值設置分析 

　　[3] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.06版 

作者簡介：簡婷，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網供配電