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微机电动机保护装置新技术探讨
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随着微机在继电保护的应用，其快速的计算性、良好的存储及强大的网络功能，为电动机的综合保护提供许多常规继电保护无法完成的技术和功能。本文将介绍目前国内外微机电动机保护装置（以下简称保护装置）最新的，以及常规继电保护所不具备的技术和功能及应用，为全面了解微机电动机保护提供参考。2 过负荷保护新功能
与常规机电式单曲线过负荷保护不同，保护装置通常提供标准、I2t、防爆电动机及自定义等多种过负荷曲线供用户选择，而且自定义过负荷保护曲线还可以随着电动机启动时机端电压的不同，在最小允许启动电压和额定电压之间动态变化，而目前多数保护装置主要采用的是热映像和温度传感器过负荷保护[1>。
3 接地故障保护新功能
3.1 启动与运行保护功能分别设置
保护装置可将接地保护的启动与运行保护功能分别设置。例如，启动时设为跳闸，运行时设为发信号。
3.2 间歇性接地故障保护
对于最初绝缘损坏由电弧作用引起的瞬时间歇性接地故障，保护装置也可将故障保护设置为延时复归，如在设定的复归时间内再次发生故障，接地保护将继续维持启动状态，这样就加宽了瞬时间歇性接地故障的脉冲宽度，可使此类故障在崩烧前得到保护。
3.3 零序方向接地保护
保护装置中的零序方向接地保护可以设定至0.2%IN，能满足其继电特征角整定为0，且整定值在小范围内可调的要求，所以在实际应用中是很成功的。
3.4 零序功率方向保护
由于零序功率测量是基于VO和IO检测得到的结果，因而其抗误动作的安全性大大提高，而一些铁芯平衡式电流互感器却常会在无接地故障时产生误动作输出。这也是为什么零序方向接地故障保护装置中需要设计可调极化整定值VO的原因。零序方向功率保护继电特征角的整定与零序方向接地保护相同[11>。
4 低/过电压保护新功能
保护装置的低电压和过电压保护均可具有两段，通常I段具有反时限或定时限跳闸特性，Ⅱ段具有定时限跳闸特性，根据电压变化的严重程度动作时间亦不同。
低电压保护反时限特性计算公式如下：
过电压保护反时限特性计算公式如下：
式中：
t—动作时间，秒；
K—时间常数整定值；
U—保护装置输入电压标幺值。
5 整定值自动加倍功能
保护装置是对电动机进行综合性保护的装置，设有许多常规继电保护无法完成的保护技术，自动加倍功能就是其中之一。
5.1 电流速断保护自动加倍功能
该功能是将电动机电流速断保护的整定值，设定的低于电动机的启动电流，可提高电流速断保护的灵敏系数，电动机启动时整定值自动加倍，可躲过Ist及其非周期分量。通常为：
式中：
Iset.db—电流速断保护自动加倍功能整定值；
Ist—电动机起动电流[2>。
5.2 差动保护自动加倍功能
与电流速断保护自动加倍功能相适，该功能是在电动机启动过程中将差动保护最小动作电流和比率制动系数自动加倍，以防止在电动机较大的启动电流下，由于始末端TA不平衡电流引起差动保护误动作。
在应用时应当注意，当距被保护电动机较近的供配电系统发生短路时，电动机将向短路点馈出短路电流，馈出电流的幅值和维持时间与短路的形式及电动机至短路点的电气距离以及电动机的负荷率有关。如果发生的是近距离金属性短路，电动机的馈出短路电流约为Ist，并伴有非周期分量，因此，将导致保护误动。另外，如果电动机参加再起动，当供配电系统发生瞬时失压[3>，如果不采用闭锁，自动加倍功能的使用也会使保护误动。因此，在满足保护灵敏系数时不宜使用自动加倍功能。
6 不平衡保护
保护装置具有不平衡保护，其监测不平衡电流的方法分为负序分量法与差流法。
6.1 负序分量法
利用负序电流完成的不平衡保护有以下优点：
反时限特性能够忽略轻微的瞬时不平衡，但能快速检出严重的不平衡状态，还可选择性地清除系统中出现的外部两相故障；
可以避免由于启动电流造成电流互感器饱和而引起的不必要的跳闸发生；
可以保证快速切除故障，而且在使用熔断器保护电动机时仍可与熔断器相配合。
负序保护的反时限特性公式为：
式中：
τ一负序反时限时间常数；
I2一负序测量值；
IN一电动机额定电流。
6.2 差流法
通过相差流完成不平衡的方法简单。
6.2.1平均差流法
平均差流法不平衡保护的计算公式如下：
当；
当
；
（6）
式中：
Iav－平均相电流；
Imax－最大相电流；
6.2.2最大差流法
最大差流法不平衡保护的计算公式如下：
当
；
（7）
当
；
（8）
式中：
Imin一最小相电流[4>。
7 低电流保护
保护装置设有低电流保护，对电动机与驱动设备突然丢失负荷及传动带或轴断裂进行保护。只有当电动机有功功率大于5%IN且断路器接通时保护装置才投入。在启动过程中及空载情况下，有时功率也达不到保护整定值，这时有必要在一定时间内闭锁该保护。
8 电动机过热禁止再启动保护
当电动机因过热保护切除后，保护装置检查电动机的过热比是否降低到整定的过热闭锁值以下，如否,则保护出口继电器不返回，禁止电动机再启动，避免由启动电流引起过高温升损坏电动机。紧急情况下，如在过热比较高时，需启动电动机，可以按装置面板上的“复归”键，人为清除装置记忆的过热比值为零。
9 堵转保护
9.1 启动期间堵转保护
该保护仅在电动机启动期间投入，但需在电动机上装设转速检测装置，输出数字信号作为保护装置的输入。在电动机起动期间，如果在该保护延迟时间结束时转速输入仍为零，则表明电动机堵转。
9.2 正常运行期间堵转保护
该功能是在启动及再起动期间以外投入，通常整定方式与超时起动保护相同。另外，整定时间也可以小于电动机正常启动时间，但必须在再起动期间闭锁该保护[5>。
9.3 异步电动机自适应堵转保护
自适应堵转保护是根据异步电动机堵转与正常运行状态时转差率的差别，以视在阻抗的相角作为判据实现的。利用该方法能对起动与正常运行过程中发生的堵转实现快速保护，解决了常规保护不能保护堵转时间小于起动时间的难题[6>。
10 超时起动保护
该保护是仅在电动机启动时投入的定时限保护，作为过负荷及启动期间堵转保护的补充。通常电流整定值为过负荷电流整定值的两倍，整定时间为电动机正常启动时间的1.2倍，但应小于电动机的耐受时间。
11 磁平衡差动保护
磁平衡差动保护是在电动机出线盒内配有专用磁平衡互感器,无论电动机容量如何互感器的变比均为50/5A，同相线圈的始端和末端共同穿过互感器，主要用于相间短路或匝间短路的主保护。在电动机起动过程中，保护增设短延时以躲过电动机起动过程中瞬时暂态峰值电流。磁平衡差动保护是与其他保护、控制、测量及通讯共同装设在同一保护装置中[8>。
12 同步电动机保护
同步电动机除了一些常规的保护功能外还需要一些特殊的保护功能。
12.1 失步保护
同步电动机失步会出现过电流、功率因素极低和转矩脉动，导致最终停机。保护装置检测电动机的功率因素低于整定值时，经过一段延迟时间发出跳闸信号。
12.2 失磁保护
该保护以电动机机端视在阻抗反映低励或失磁故障，由两个阻抗圆构成，一个为静稳边界阻抗圆，另一个为稳态异步边界阻抗圆。电动机发生低励或失磁故障后，总是先通过静稳边界进入稳态异步运行。根据失磁过程中机端阻抗的变化轨迹，采用阻抗原理作为电动机的低励或失磁故障保护。
12.3 逆功率保护
当馈线断电时，由于负载的惯性，同步电机变成了发电机，感应电机开始以发电机的形式工作。逆功率保护的目的是检测逆向的能量流，避免电机把出现的故障馈送到电网上。
12.4 低频率保护
保护装置的低频率保护的整定取决定于实际的系统，因为即便是在正常运行状态下，系统频率也是可能存在偏差的。为了使电动机在电源频率发生波动时不会产生不必要的跳闸，应确定最低电源频率并将保护整定到该值以下。
12.5 转子一点接地保护
该保护采用乒乓式开关切换原理，由微机控制的电子开关闭合或断开时，测得的测量电阻上电压差，通过求解两个不同的接地回路方程，实时计算转子接地电阻和接地位置。当接地电阻小于或等于整定值时，经延时发出信号或动作于跳闸。
13 可编程方案逻辑
保护装置可以实现丰富的可编程方案逻辑功能，用户可以根据需要自己编程电动机起动次数限制、工艺联锁控制、紧急起动、跳闸输出接点自保持、接点输入、输出参数、LED指示灯等定义保护和控制的逻辑功能，满足独特需要的特殊功能的保护。
14 多套整定值的切换
保护装置可设有多套整定值，通过输入接点或远程控制可在各套整定值之间切换，可完成降压启动及双速电动机等精确保护。
15 负荷终端保护
将电动机、变压器及线路等的各种保护综合为统一的负荷终端保护是保护装置方向的发展。利用模块化技术，负荷终端保护装置不但可完成上述各种电动机保护，而且可作为各种变压器、线路及其他电器设备的保护。
16 报警及控制功能
保护装置除保护功能外还具有报警及控制功能等其它功能。
16.1 过热预报警
当热状态达到过热预报整定值时保护装置将发出报警信号，通常，过热预报整定值用电动机热状态的百分比表示。
16.2 控制回路异常报警
保护装置采集断路器的跳位和合位，当控制电源正常、断路器位置辅助接点正常时，必有一个跳位或合位，否则，经延时控制回路发出异常报警信号。
16.3 启动时闭锁过热跳闸
当电动机的启动条件较为恶劣时，如较长的启动时间或很大的启动电流，这种情况下，有可能需要闭锁保护装置的热过负荷功能。当投入该功能后，如果在电动机启动结束前，计算得出的热状态达到90%，那么在剩余的启动时间内，该值将被一直保持为90%。直到启动结束后，保护装置才解除闭锁。需要注意的是，该禁止功能不影响过热报警动作。
16.4 短时重复启动闭锁
该项功能用于防止运行人员在较短的时间内频繁地起动电动机。闭锁热状态整定值宜根据电动机的热再启动承受能力而定。当热状态回落至整定值以下时，将解除启动闭锁功能。
16.5 低电压启动闭锁
该功能用于防止电动机在低电压时启动。典型整定是为80% - 90%Vn。
16.6 逆相序闭锁
保护装置可检测电动机输入电压的相序及幅值。在正常情况下，电动机正序电压应大于负序电压，且三相电压应大于整定值，如果不满足将发出报警，并闭锁控制回路。只有当供电相序正确，电压幅值符合要求时才能启动电动机。
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