异步电动机微机保护装置的原理及应用

微机保护装置微机保护装置的数字核心一般由CPU、存储器、定时器/计数器、Watchdog等组成。目前数字核心的主流为嵌入式微控制器〔MCU〕，即通常所说的单片机;输入输出通道包括模拟量输入通道{模拟量输入变换回路〔将CT、PT输出的二次侧量转换成适合A/D转换的输入电压，电压区间在±2.5V、±5V或±10V内〕、低通滤波器及采样、A/D转换}和数字量输入输出通道〔人机接口和各种告警信号、跳闸信号及电度脉冲等〕。国外知名品牌有ABB\GE\SWEL\SEL\西门子\阿海法\施耐德等,国内知名品牌有许继南瑞\南自\四方\等MMP－M1异步电动机微机保护装置的原理及应用

收藏此信息打印该信息添加：用户发布来源：未知Abstract：DiscussesthePCprotectorforMMP－M1electromotortoanalyzethefrequentlyoccurredmalfunctionsofhighvoltageasynchronouselectromotorandrelativemethodstroubleshorting,andalsotellsofitsprinciple,formationandspecialty.

Keywords：MMP－M1asynchronouselectromotor；Negativesequencefilter；Modulateprinciple；Overloadingprotection摘要：分析MMP－M1高压异步电动机保护装置的常见故障及故障判据，并介绍其原理、构造及特点。图2参4

关键词：MMP－M1异步电动机；负序过滤；整定原那么；过载保护

1前言

我国目前高压电动机的保护方式仍以继电器式和集成电路式为主，虽然起到了一定的保护作用，但都存在一定的缺陷。异步电机的电磁式继电器保护，主要以电流增大为故障判据，缺点在于：对于断相等严重不对称故障，由于一般不出现显著的电流幅值增大，从而使保护装置不能及时动作；对于供电电源电压不对称等原因产生的负序电流导致电机发热损坏，不能进行有效保护。集成电路式保护虽然在保护原理上有所改良，但其保护特性一般无法和电动机实际发热曲线很好配合，使用过程中经常出现拒动或误动，使其工作时有一定缺陷。

针对传统继电器和集成电路式电机保护装置的缺点，国内外一些厂家及科研单位近年来相继开发了以微处理机为核心的新一代电动机微机保护装置。其中，天水长城开关厂的MMP－M1异步电机保护装置就具有一定的代表性，该保护装置以16位微处理器为核心，具有强大的数据处理能力，实现了异步电动机常见故障的智能诊断，集成了多种保护功能，较好地实现了保护特性与电动机热曲线的配合。现对其功能原理加以论述，希望有助于微机保护装置在电气工程设计中得到越来越广泛的应用。

2电动机常见故障特征分析及故障判据

电动机的故障形式可分为对称和不对称两类。

(1)对称故障包括过载、堵转和三相短路等。该类故障对电动机的损坏主要是热效应和机械应力，使绕组发热甚至损坏，其主要特征是三相正序电流幅值同时增大并根本对称，不产生负序电流和零序电流分量，电流幅值增大的程度根本反映故障严重的程度，因此，微机保护出口动作时间直接取决于电动机过电流幅值。

(2)不对称故障又可进一步分为非接地性和接地性两类。

1非接地性不对称故障，主要包括三相电源严重不对称、断相、相间短路、匝间短路等。该类故障会引起三相电流不对称，由于我国电动机的中性点不接地，故定子电流可分解为正序和负序分量，而零序分量为零。非接地性不对称故障在电机负荷率较小时，不会产生电流幅值的显著增大，但由于负序电流的存在产生负序旋转磁场，使电动机转子槽的集肤效应显著增加，使电动机损耗加剧，发热变得严重，同时还会带来转子振动及启动力矩降低等一系列问题。该类故障的保护应采用短时限或速断跳闸。

电动机在正常运行时负序电流分量根本没有，所以采用负序电流分量作为该类故障的判据。负序电流的检测，可由负序过滤的原理加以说明，具体电路如图1所示。图1中，CTa，CTc是两个电流互感器。为使过滤器的输出只与负序电流有关，电阻Ra，Rc及容抗Xa应满足以下关系式：

负序电流过滤器的矢量见图2。从图2中不难看出：对正序分量，Ua滞后Ia60°，Uc与Ic同相，过滤器的输出电压：

上式说明此过滤器的输出电压只与负序电流有关，正常时过滤器输出为零，故障时，过滤器有输出。

2.接地性不对称故障，主要是单相接地短路。由于电动机外壳必须平安接地，因此绕组端部碰壳、绝缘破坏等都可能导致接地故障，特别是处在尘埃重或湿度大的环境下，故障率就更高。标准规定，当接地电流大于5A时应装设单相接地保护。发生接地性不对称故障时，会出现零序电流分量，这是区别其它任何非接地性故障的根本特征，可作为接地性故障的主要判据。该类故障通常采用零序互感器加以检测。

3MMP－M1电动机保护装置保护功能工作原理及其整定原那么

MMP－M1电动机保护装置由于采用16位微机作为核心处理部件，将多种测量及保护功能集成为一体，因此，其保护原理与传统电磁继电保护有较大差异，需要整定参数较多，整定原那么较复杂。以下对其中几种主要保护功能的工作原理及主要参数的整定原那么分别加以介绍。

3.1带时限电流速断保护

当电动机在启动过程中时(启动过程由所设定的启动时间决定)，针对A，C相电流基波最大值，当任一相电流大于K倍的整定值时(K为整定的启动系数，通常取2～3)，那么定时器启动，假设在整定时限内电流恢复正常，那么终止计时器；假设持续到整定时限，那么保护出口动作。

当电动机启动过程完成后，针对A，C相电流基波最大值，当任一相电流大于或等于整定值时，那么计时器启动，假设在整定时限内电流恢复正常那么终止计时器，假设持续到整定时限那么保护出口动作。

3.2电动机过热保护

过热是电动机损坏的重要原因。微机保护装置通过电流幅值模拟电动机的发热，该装置充分考虑了热的积累过程，采用热积分的方法，考虑了发热与散热的动态过程：当发热大于散热时，热进行积累；当发热小于散热时，热量散失。考虑正序电流I1与三相电源电压不平衡等原因产生的负序电流I2的综合发热效应，该装置采用了英国GEC公司提出的一个粗略反映I1和I2发热效应的“等效电流〞Ieq：

式中，K1：正序电流系数，取1；K2：负序电流系数，用于模拟I2的增强发热效应，对于大多数电机，一般可取为6。过热保护出口动作时间：

式中，T为保护出口动作时间；Ie为电机额定电流；τ为热效应时间常数，整定范围为0～999s。

τ值的整定原那么：

假设电动机在K倍过负荷情况下允许运行Ts〔秒〕，那么可根据上述公式计算出τ；假设制造厂已提供电动机的定子绕组的额定温升θN，极限温升θM，以及电流密度In，那么可根据τ=150θN(θM/θN－1)/1.05In2，求出τ，加以整定；假设无上述参数，可根据电动机运行规程，按保守的连续启动两次考虑，由为电机实测启动电流倍数和启动时间)求出τ，取整后整定。

3.3零序过流保护

取零序电流的最大值，当零序电流大于设定值并持续到整定时限，保护出口动作。零序保护的定值，按照躲过电动机支路的对地电容电流整定，即：

I0dz≥KI0

式中：K=4～5，为可靠系数；I0为电动机支路的对地电容电流。

3.4负序过流保护

对于三相电源严重不对称、断相、反相、局部匝间短路等故障产生的负序电流I2，过热保护中虽已能提供一定的保护，但对于严重的不平衡故障，I2很大(例如反相、断相、堵转等)，要求提供单独的快速保护。

由于实际供电电源总存在一定的不对称，电机正常运行实际也会存在一定的负序电流。电机负序保护整定值应躲过这一不平衡电流，该不平衡电流为：

I2=αKstIe

式中：Kst为电机启动电流倍数；α=U2/U1，为电压不对称系数，其中U1，U2分别表示正、负序电压分量，一般要求α<5％，因此可取α=0.05。

3.5欠压保护

欠压保护的判别依据是母线电压，电压信号取自电压互感器柜。当母线电压小于或等于整定值时，那么定时器启动；假设在整定实限内母线电压恢复正常那么终止计时；假设持续到整定时限，断路器处于合闸状态且保护出口处于投入状态，那么出口动作。

欠压保护的整定原那么：

(1)当电源电压短时降低或短时中断后又恢复时，为了保证重要电机自启动而需要断开的次要电机，保护装置的电压整定值一般为电动机额定电压的60％～70％，时限一般约为0.5s。

(2)当电源电压短时降低或短时中断后，根据生产过程不允许或不需要自启动的电动机，保护装置的电压整定值一般为电动机额定电压的40％～50％或略高；时限比上一级主保护大一时限阶段，必要时保护可无选择地动作。

(3)需要自启动，为保证人身和设备平安，在电源电压长时间消失后需从配电网自动断开的电动机，保护装置的整定值一般为电动机额定电压的40％～50％，时限一般为5～10s。

3.6纵联差动保护

根据标准要求，容量大于2000kW电动机应设纵联差动保护。该装置采用比率制动原理，能可靠而有效地对大型电动机绕组内及引出线上的相间短路故障提供灵敏的保护。

4结束语

与传统方式的继电保护相比拟，微机保护装置提供了较为完善的保护方式，但其保护参数整定原那么较为复杂，需要整定的参数较多，结果在试车过程中出现误动作的情况较多，较典型的情况是