高壓電動機微機保護裝置與軸溫測控系統的介紹及應用

[摘要]? 本文著重介紹高壓電動機微機綜合保護裝置的原理及其保護功能，對高壓電動機軸溫測控系統的設計做了深入解析。

關鍵詞? 電動機 微機綜合保護 功能 原理 軸溫測控 傳感器

中圖分類號 TP29

0 引言

目前，10KV以上高壓電機基本已經在煤炭、鋼鐵、化工、電力、礦山、機床等各個領域廣泛應用，已經成為完成生產、輔助生產的最主要的基礎設備。然而，由于各種原因造成電動機非正常運行或停止、損壞，生產設備停止運轉，其生產損失和停機時間內產生的費用非常巨大。因此，對電動機的綜合保護顯得極為重要，本文通過對高壓電動機綜合保護裝置功能及電動機軸溫測控系統的介紹與分析，實現高壓電動機更加安全可靠的運行策略。

1 基本配置

高壓電動機綜合保護測控裝置，保護方面的主要功能有：? 1）兩段定時限過電流保護;2） 過負荷保護;3）反時限過電流保護（4種反時限方程）;4） 堵轉保護;5） 過熱保護;6） 兩段零流保護;7） 負序定時限過電流保護;8） 低壓保護等。

測控方面的主要功能有： 1）16路遙信開入采集、事故遙信;2） 遙測功能：裝置采集三相電壓（Ua、Ub、Uc）三相測量電流（CIa、CIb、CIc）和三相保護電流（BIa、BIb、BIc）以及一個零序電流（I0）;3）本側路斷路器遙控分合;4）遙控事件記錄及事件SOE等。

2 裝置原理

2.1裝置控制回路原理圖如下：

2.2 模擬輸入

外部電流及電壓輸入經隔離互感器隔離變換后，由低通濾波器輸入至模數變換器，CPU經采樣數字處理后，構成各種保護繼電器，并計算各種遙測量。BIa、BIb、BIc、I0、為保護用電流模擬量輸入，I0為中性線零序電流，CIa、CIb、CIc為測量專用測量CT輸入。

2.3 軟件說明

2.3.1 電流速斷保護

當A、B、C相任一相電流大于速斷保護整定值時，達到整定延時保護動作。電機的啟動過程由裝置自動判斷。在電機啟動期間，轉速關斷電流的設定值自動上升到設定電流值（菜單設定）的設定倍數，以避免電機啟動電流。啟動結束后，保護整定值恢復到原整定電流值。2.3.2 過電流保護

當A、B、C相中的任一相的電流大于過電流保護整定值并達到整定延時后保護動作。若在整定時間內電流返回終止定時器，過電流保護在電動機啟動時間內自動閉鎖。

2.3.3過負荷保護

當A、B、C三相中任何一相電流大于過負荷的整定值時，相應定時器啟動，若持續時間到整定時限，則出口動作。若在整定時限內電流返回方終止定時器，過負荷保護的動作方式只為告警、不跳閘，過負荷保護在電動機啟動時間內自動閉鎖。

2.3.4反時限過流保護

在電動機啟動過程中，反時限過流整定自動提高到電流整定值（菜單整定）的整定倍數，以避免電動機啟動電流;啟動結束后，保護整定值恢復到原來的整定電流值，可有效地防止由于啟動過程中電流過大而導致的誤操作。Ip為啟動電流，tp為時間常數，I為輸入的故障電流值。

2.3.5堵轉保護

當A、B、C三相中的任何一相電流幅值大于整定值時，相應定時器啟動，若持續到整定時限，則出口動作。若在整定時限內電流返回終止定時器，為躲開電動機的啟動電流，堵轉保護在電動機啟動過程中自動閉鎖，啟動完成后自動投入。

2.3.6過熱保護

加熱是造成電機損壞的重要原因，特別是轉子中的負序電流會引起電機嚴重發熱。該裝置充分考慮了負序電流的影響，同時也考慮了電動機起動過程中起動電流的影響，建立了較完善的發熱模型，其動作判據如下：

上式中：t - 保護動作時間（S）; Tf - 電動機的發熱時間常數（S），對應于電動機的過負荷能力;I1 - 電動機實際運行電流的正序分量（A）;I2 - 電動機實際運行電流的負序分量（A）; K1 - 正序電流發熱系數，啟動時間內可在0-1范圍內整定，啟動過程結束后自動變為1;K2-負序電流發熱系數，可在0-10范圍內整定;Is - 裝置的設定電流;

過熱保護具有熱告警信號輸出和跳閘出口輸出功能。

2.3.7 零流保護

裝置設兩段零流保護，各段電流定值、時間定值可獨立整定，分別設置整定控制字控制這兩段保護的投退。

2.3.8 負序定時限過電流保護

當電機三相電流不對稱時，會出現較大的負序電流，負序電流會在轉子中產生兩倍的工頻電流，這將大大增加轉子的附加發熱，危及電機的安全運行。該裝置設有負序過流保護，分別對電機的倒相、斷相、匝間短路、電壓不對稱等異常運行情況提供保護。

2.3.9 低壓保護

當電壓的降低發動機扭矩，該指數將下降，導致在嚴重超載的引擎。當電壓下降到一定程度，該設備提供了單獨的低電壓保護。當總線電壓是降低到設定值設置低電壓保護及保護動作延時是一個高峰，是延遲。其動作判據為：MAX{ Ua、 Ub、 Uc }Tset

3軸溫測控系統

高壓電機軸溫測控系統是電動機綜合保護裝置保護功能上的一種完善和補充。由于電動機綜合保護裝置不能監測電動機的實際軸承溫度，無法起到保護作用。當電動機在運轉過程中，兩側軸承出現問題時，會瞬間發熱，如果不能及時發現會導致電動機更深一步的損壞，為此設計電動機軸溫測控系統。軸溫監測主要是通過溫度傳感器來實現的。溫度傳感器有四種主要類型： 熱電偶、熱敏電阻、電阻溫度檢測器（RTD）和IC溫度傳感器。熱阻是中低溫地區最常用的溫度探測器之一。其主要特點是測量精度高、性能穩定、典型的銅熱電阻、鉑熱電阻等。其中鉑熱電阻測量精度最高。它不僅廣泛應用于工業溫度測量，而且成為標準基準。其電阻值隨溫度的變化而變化，通常用Pt100表示。Pt后100表示其電阻值在0時為100歐姆，在100時約為138.5歐姆。

常用的鉑電阻連接方式有三線制和兩線制。三線制的優點是在橋臂兩側增加相同長度的PT100兩側，從而消除導線的電阻。常見的采樣電路有兩種：一種是電橋溫度測量電路，另一種是恒流源溫度測量電路。此設計采用的就是三線制接線。

由于鉑熱電阻測量溫度變化，在將信號輸入PLC之前，需要一個溫度傳感器將溫度信號轉換成電流信號。本系統采用的溫度變送器是菲尼克斯的MCR-SL-PT100-I，在使用過程中應增加24伏電源，可直接從PLC獲得。在該控制系統中，高壓電機的軸溫（溫度傳感器）將檢測到的溫度信號轉換成4-20mA的電流信號。系統需要配置模擬量輸入模塊，將電流信號轉換成數字信號，送PLC處理。模擬量經過PLC內部的A/D轉換后被轉換成了范圍0～27648的數字量并存儲在特定地址的寄存器中，最后經過CPU的處理顯示在畫面上以供操作人員監視與操控。

4總結

本文通過介紹高壓電動機綜合保護裝置的原理及其功能，詳細闡述了各項保護功能的具體實現方法。提出電動機綜合保護裝置在實際應用中存在的不完善點，并給出了電動機軸溫測控系統的控制策略。 電動機軸溫測控系統作為電動機綜合保護裝置保護功能上的一種完善和補充，在實際應用中相互配合，使得高壓電動機更加安全可靠的運行。

參考文獻

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作者簡介：郭志偉（1984-），學士，工程師，從事電氣自動化工作。