电机保护说明介绍

电动机故障情况分析

对于异步电动机来说,其故障形式主要分为绕组损坏和轴承损坏两方面。造成绕组损坏的主要原因有:

(1) 由于电源电压太低使得电动机不能顺利启动,或者短时间内重复启动,使得电动机因长时间的大启动电流而过热。 (2) 长期受电、热、机械或化学作用,使绕组绝缘老化和损坏,形成相间或对地短路。

(3) 因机械故障造成电动机转子堵转。

(4) 三相电源电压不平衡或波动太大,或者电动机断相运行。 (5) 冷却系统故障或环境温度过高。

低压电动机的各种保护方式：

1）低压熔断起，近年来很少采用。

2）不可调整的一次脱扣低压自动空气开关

3）可分级调整的瞬时或短延时一次脱低压自动空气开关＋单相接地保护

4）装设可分级调整的瞬时或短延时一次脱扣自动空气开关＋带电流互感器的二次型机电保护

5）带职能型保护的低压自动空气开关。

低压电动机保护

1） 电流速断保护

作为电动机短路故障的主保护。一般按躲开电动机起动电流整定,并考虑一定的可靠系数。

对于电磁型的一次脱扣器:

mn mn mn st rel I I I K K I o p 6.1278.1=??== 8.1可靠系数，取-rel K 7电动机启动倍数，取-st K －低压电动机额定电流m n I 动作时间：

s t op 0=

对于智能型保护的自动空气开关:

mn st rel I K K I o p = 5.1可靠系数，取-rel K 8~6电动机启动倍数，取-st K

－低压电动机额定电流m n I 动作时间：

s t op 0=

对于二次型保护：

TA mn st rel n I K K I o p /=

5.18.1型电流元件取，速断元件取可靠系数，反时限电流DL K rel - 8~6电动机启动倍数，取-st K －低压电动机额定电流

m n I 变比TA n TA -

灵敏度为：

电流

电动机入口处两相短路-≥=)2()2(2

k k

I Iop

I K

2） 长延时电流

（1） 电流定值：

躲过电动机额定电流或正常最大负荷电流：

电动机额定电流可靠系数，取--=MN rel MN

rel rl I K I K I 5.1~3.1 （2） 时间定值

－电动机最长启动时间

可靠系数，取st rel st

rel t K t K 5.12.1t op --?= 对于反时限特性继电器，根据曲线特性进行整定。 3） 单相接地零序过电流保护：

对于400V 单相接地电流很大，低压电动机单相接地时灵敏度足够，一般按照经验公式，取：

s

015.0~75.0;075.0~05.0;)15.005.0(3.＝动作时间）取（当电动机容量较小时）取（当电动机容量较大时流

低压电动机一次额定电st MN MN MN MN

set op t I I I I I --=

灵敏度为：

电流

电动机入口处单相短路-≥=)2(.op )

1(2

3k set

k I I I K

4） 电动机低电压保护

（1） 为保证重要电动机自起动，必要时需加装0.5延时切除的II ，III

类电动机低电压保护，其动作定值：

s

t U U op N op 5.0)7.0~6.0(==

（2） 生产工艺不允许在电动机完全停运后突然来电自起动的电动机，根

据生产工艺要求加装延时9s 的低电压保护切除这些电动机，其动作定值：

s

t U U op N op 9)45.0~4.0(==

低压馈线（MCC 电源）保护

1）相电流速断

电流定值按躲过馈线末端短路计算，一次动作电流为： 短路电流

馈线末端短路时的最大可靠系数，取--=max .max

.3

.1~2.1f K rel f K rel op I k K I K I

动作时间为0s 灵敏度为：

电缆始端两相短路电流

-≥=)2()

2(2

k k I Iop

I K

2）短延时

（1） 按与MCC 母线上所连设备最大速断电流配合计算，即：

作电流

上所连设备最大速断动可靠系数，取

MCC I k K I K I f K rel f K rel op --=max .max

.2.1

（2） 躲过MCC 上成组自起动电动机起动电流之和

上最大自启动电流

可靠系数，取MCC I k K I K I st

rel st rel op -∑

-∑

=2

.1

（3） 动作时间

取需配合动作设备的最大动作时间＋一个时间级差，时间级差一般取0.3s

3)长延时

作为过负荷保护，按电流躲过可能最大的负荷电流或电缆允许电流计算

（1） 按照躲过最大负荷电流计算

最大负荷电流

可靠系数，取--=N L rel N

L rel op I k K I K I ..3.1~2.1 （2） 按电缆允许电流计算

电缆允许安全电流

可靠系数，取

--=al al

1~09I K I K I rel rel op （3） 时间定值根据继电器特性整定，在保证电缆安全情况下尽量采用较长时间

3）单相接地零序电流保护

（1） 躲过正常最大不平衡电流

最大负荷电流

-=max .max

.25.0L L op I I I

（2） 按与下一级最大相电流速断动作电流配合

上设备最大速断电流

可靠系数，取MCC I k K I K I op rel op rel op --=max .max

.5

.1~2.1

（3）动作时间

取需配合动作设备的最大动作时间＋一个时间级差，时间级差一般取0.3s

（4）灵敏度

电缆末端单相短路电流

-≥=)2()1(2

~5.1k k

I Iop

I K

高压电动机

1）比率制动纵差保护

差动保护差动电流-d I －差动保护制动电流

res I 流－差动保护最小动作电min ..op d I 流－差动保护最小制动电min .res I

电流－差动保护的差动速断qu op d I .. 1）min ..op d I ，按照经验公式：

电动机额定电流-==N M n m TA N M op d I I n I I ...min ..)4.0~3.0(/)4.0~3.0(

2）min .res I

电动机额定电流-==N M n m TA N M op d I I n I I ...min ..8.0/8.0

3）制动斜率，根据经验公式：

5.0~4.0=res K 4）qu op d I ..

‘n m qu op d I I ...)5~4(= 2）相电流速断

保护动作判据1

I res I

..op d I min .res I

op d I ..1－比率制动差动保护的动作特性 2－差动电流速断保护动作特性 3－外部短路不平衡电流曲线

－动作时间

－动作电流低值－动作电流高值

－最大相电流定值

电动机启动结束后电动机启动过程中op .op .max op .op max .max t t t l h op l h op I I I I I I I ?

?????????≥≥≥

保护动作判据2

21t t set .op max op set .op op max set .op max ～流倍数，一般取－电动机启动时动作电－速断动作电流整定值

－速断动作电流－最大相电流定值电动机启动结束后电动机启动过程中＝K I I I I I I I K I I op op ?

????

?????≥=≥?≥

整定计算：

（1）动作电流高值h op I .的计算，按躲过电动机最大起动电流

－电动机额定二次电流

之间）

～（在－电动机启动电流倍数可靠系数取mn st rel mn

st rel h op I K K I K K I 865

.1.-= 对于st K 应按照实测数值确定，如无实测值对于直接起动的异步电动机一般取

87～＝st K ；对于串励调速或变频调速的电动机一般取54～＝st K ，一般取5 按7＝st K 计算的高值m n m n m n st rel h op I I I K K I 5.1075.1.=??=＝，取 m n h op I I )12~5.10(.=

（2）动作电流低定值l I .op 的计算

a ．躲过电动机自起动电流，指厂用电切换或母线出口短路切除后，厂用电恢复过程中电动机的电流，按经验值或实测值确定，即：

5

3.15.6.数，一般取－电动机自启动电流倍可靠系数取

ast rel mn mn ast rel l op K K I I K K I -==

b.按躲过区外出口短路时电动机的最大反馈电流计算，厂用电母线出口三相

短路时，根据以往的实测，电动机反馈电流的暂态值为5.8~6.9，考虑保护固有动作时间为0.04~0.06s ，以及反馈电流的衰减，取6=fb K 计算：

6

3.18.7.流倍数，一般取－区外故障最大反馈电可靠系数取

fb rel mn mn fb rel l op K K I I K K I -==

根据以上分析，对于电流定值取值如下：

对于直接起动的电动机：

mn

op mn h op I I I I )8~8.7()12~5.10(l ..==相电流速断低值相电流速断高值

对于串励调速或变频调速起动的电动机

m n op h op I I I )12~5.10(l ..==

c.电动机起动时电流倍数K 的取值

op.l

op.h op.l set .op I I K I I =

=

负序过电流保护

当电动机三相电流不对成时将产生负序电流I2，当电动机一次回路中的一相断线，电动机一相或两相绕组匝间短路，电动机电源相序接反等出现很大负序电流时，负序电流保护（不平衡电流保护）动作延时切除故障 1）整定计算1

（1）电流值，电动机两相运行时应可靠动作，根据运行经验：

a.电动机在70％额定有功两相运行时，电动机二次线电流约为mn I 3.1，取按负序灵敏度为1.25计算，则： mn mn

I I I 6.025

.133.12.op =?=

b.电动机在58％额定功率两相运行时，曾测得电动机二次线电流为mn I ，则：

mn mn

I I I 46.025

.132.op =?=

考虑到电动机两相运行时，负序过电流保护可靠动作，此外在较小负序电流时

候，过热保护也能动作，一般采取：

m n I I )6.0~3.0(2.op =

正常运行时电动机负荷电流接近满负荷时，取0.5；负荷较小时取0.3 c.动作时间

躲过区外故障最长切除时间

s

4.0max .max ...2－时间级差，取最长时间切除区外故障保护动作t t t

t T op op set op ?-?+= （2）整定计算2 a.负序I 段，躲过区外不对称短路电动机负序反馈电流和电动机起动时出现的暂态二次负序电流，以及保证电动机在较大负荷两相运行和电动机内部不对称短路有足够的灵敏度综合考虑

电流值，经验公式：m n I I )1~6.0(2.op = 动作时间：s T set op )1~5.0(..2=

b.负序II 段

躲过正常运行时负序电流，以及保证电动机在较小负荷两相运行有足够的灵敏度综合考虑及对电动机定子绕组匝间短路有保护功能考虑 动作电流，按经验公式m n I I )3.0~15.0(2.op =

动作时间，大于电动机起动电流，s T set op )25~10(..2=

单相接地零序电流保护

1．中性点不接地单相接地保护

1）按躲过区外单相接地时流过保护安装处单相接地电流计算

－单相电容电流

单相接地电流动作于跳闸时取～时取可靠系数，动作于信号c k rel c

k k rel set op I I K I I I K I --==)1()1()1(..03~5.2,5.2233

2）动作时间整定值与作用方式

（1）当单相接地电流>=10A 时，保护动作于跳闸，动作整定值 为0.5~1s (2) 当单相接地电流<10A 时，对于300MW 及以上机组，根据计算，如能满足选择性和灵敏性要求时，建议动作于跳闸，时间整定为0.5~1

（3）单相接地电流小于10A ，如满足第2条规定，动作于信号，时间取0s

2．中性点经小电阻接地

躲过区外单相接地以及电动机起动时零序不平衡电流，一般取经验公式：

MN set op I I )1.0~05.0(3..0=

时间整定为0s

过热保护

过热是引起电动机损坏的重要原因,特别是转子因负序电流产生的过热。一般所采用的发热模型如下：

6

15.011212

2

2211中热效应系数，一般取－负序电流在发热模型，启动后取间内取中热效应系数，启动时－正序电流在发热模型－电动机负序电流

－电动机正序电流热等效电流K K I I I I K I K I eg eg -+=

电动机积累过热量t I I dt I I mn eg mn eg ?-=-∑∑?])05.1([])05.1([22t

22＝θ

电动及允许过热量相对值

－电动机额定二次电流常数电动机允许的发热时间

*2

*

mn he he

mn T I T T I -=θ 电动机积累过热程度T θθ

θγ∑＝

过热保护动作判据：

1） 电动机无热积累。当时，即＝或＝00∑

θθγ 时05.1≤?

eg I ，表明电动机达到热平衡，无积累过热量。

2） 过热报警值a θ 时＝＝7.0a γθθ，发过热报警信号。 3） 过热保护出口动作判据，当％＝＝或＝100T

T θθ

θθθ

γ∑∑

时，电动

机达到热极限，出口。

4） 过热保护出口动作时间，当电动机热平衡被破坏，时05.1>?eg I ，

由10＝到＝γγθθ的时间为过热保护动作时间，即： 2

205.1)(

-=

mn

eg he op I I T t

5） 过热保护动作后闭锁再起动解除判据，当电动机过热保护跳闸

后，过热保护积累热量程度γθ和电动机温度以散热时间常数eh T 按指数规律同步衰减，当衰减到%50=γθ时，保护出口返回，解除再起动闭锁，允许电动机再次合闸起动，所以过热保护再起动解除判据为

%50==γθθart

整定计算

1）发热时间常数整定值set he T .，电动机发热时间常数he T 由电动机厂家提供，如果没有提供则按以下方法计算

a ．按电动机过负荷能力进行估算。由电动机厂家提供的电动机过负荷能力，如果过负荷电流倍数*I 时允许的运行时间为al t ，则：

al he t I T )05.1(22*-=

若*I ＝1.5时，允许时间t ＝420s ，则s T he 480420)05.15.1(22=?-=，如有若干过负荷能力数据，则取he T 最小值作为整定发热时间常数。 b ．根据电动机运行归程估算。

当s t st 15<时，电动机从冷态起动到满速起动连续允许2次，热态停运后允许再起动一次。

当s t st 15>时，冷态起动允许1次，再次起动必须间隔30min ，热态停运再次起动也必须间隔30min 。

由此对于一些起动时间较长的电动机，如电动给水泵，送风机，引风机，一次风机，循环水泵，磨煤机等可按起动时间s t st 15=，冷态起动2次或热态起动1次估算，起动电流按实测起动过程中的平均值计算。 按冷态起动2次计算：

－电动机启动时间

）

时间内为中的热效应系数（启动－正序电流在发热模型电动机实测启动电流

st st st

st he t K I t I K T 5.0)05.1(2122

*1--=

按热态起动一次

－电动机启动时间

）

动结束后中的热效应系数（取启－正序电流在发热模型电动机实测启动电流

st st st

st he t K I t I K T 1)05.1(122

*1--=

例：测得引风机在起动过程中平均起动电流s t I st st 1562

=，＝则：

50715)05.165.0(2)05.1(22222

*1=-?-=＝st st he t I K T

52315)05.16()05.1(2222

*1=-=-=st st he t I K T

则取he T 为500s

c ．按电动机允许起动电流和允许起动时间计算，即：

5

.0s 306)05.1( (22)

*.－系数，取）－允许启动时间（如）

允许启动电流倍数（如K t I t I K T al st al st al

st al st he --=

对于上例，计算的he T ＝508s

2）散热时间set eh T .计算，一般按以下原则： a ．一般电动机min 30.=set eh T

b ．容量超过5000kW 的电动机，如电动给水泵，min 45.=set eh T

3）电动机起动时间set st t .计算，为保证电动机可靠起动，取：

电动机最长启动时间

-=max .max

..)5.1~2.1(st st set st t t t

4）过热报警值a θ，取0.7

5）过热保护动作后闭锁再起动解除整定值，%50=art θ

6）电动机散热时间倍率系数c K ，电动机发热时间常数

电动机散热时间常数

=

c K ，一般取4

长起动及正序过电流保护：

长起动保护为起动过程中电动机堵转或重载起动时间过长。电动机起动超过允许的起动时间，电动机启动失败，长起动保护出口跳闸，如电动机启动正常则，启动结束后长启动保护转为正常正序过电流保护（一般为电动机过负荷保护）

整定计算：

1．长起动保护

1）电流定值n st I .，

7

6...～数，一般取电动机额定起动电流倍-=n st mn

n st n st K I K I

2）时间定值set st t .，max ..)5.1~2.1(st set st t t =，对于起动时间较长的电动机一般取30s

2．正序过电流保护 1）电流定值set op I ..1

负荷电流

－电动机正常可能最大可靠系数，一般取＝或max .max

...1..15.1~3.1L rel L rel set op mn rel set op I K I K I I K I -=

2）时间定值set op t ..1，按电动机允许过负荷时间内保证电动机安全运行计算，一般可取30～60s

电动机低电压保护:

1．为保证重要电动机自起动，必要时需加装0.5延时切除的II ，III 类电动机低电压保护，其动作定值：

s

t U U op N op 5.0)7.0~65.0(==

2．生产工艺不允许在电动机完全停运后突然来电自起动的电动机，根据生产工艺要求加装延时9s 的低电压保护切除这些电动机，其动作定值：

s

t U U op N op 9)45.0~4.0(==

高压厂用馈线继电保护整定计算：

对于电缆长度不超过1km 的，可采用电缆差动保护＋定时限过电流保护；超过1km 的采用两段式过流，电压保护或一段短延时定时限保护。 1．电缆纵差保护整定计算

差动保护差动电流-d I －差动保护制动电流

res I 流－差动保护最小动作电min ..op d I 流－差动保护最小制动电min .res I

电流－差动保护的差动速断qu op d I .. 1）min ..op d I ，按照经验公式：

n op d I I )1~8.0(min ..= 2）min .res I

n

res I I )1~8.0(min .=

3）制动斜率，根据经验公式：

5.0=res K 4）qu op d I .. ‘

电流二次值

电缆末端最大三相短路-=max

.)3(max .)3(..)4.0~3.0(k k qu op d I

I I

I res I

.op d I min .res I

op d I .1－比率制动差动保护的动作特性 2－差动电流速断保护动作特性

5）灵敏度二次值电缆末端最小两相短路，差动保护动作电流＋--=≥=)2(min .max .)3(min ....)2(sen

)2

1

(5.1k res k rel op d op d op

d k I I I K I I I I K

2．瞬时动作电流电压保护

1）电流速断保护op I 按躲过电缆末端三相短路电流计算

敏度

－电缆始端两相短路灵次最小电流－电缆末端三相短路二最大电流电缆末端三相短路二次可靠系数，一般取

灵敏度动作电流)2()3(.)

3(.)3(.)

2()

3(.25.1~2.12

866.0sen i K f K rel op

i K

sen

f

K rel op K I I K I I K

I K I --≥==

2）由于厂用电缆阻抗很小，很难满足灵敏度要求，则此时考虑电流闭锁电压速断保护

此时电流元件按电缆末端有足够灵敏度而电压元件按照躲过电缆末端三相短路计算

－电缆线路阻抗标么值

－电缆线路电抗标么值值高压母线系统电抗标么敏度

－电缆始端两相短路灵次最小电流－电缆末端三相短路二最大电流电缆末端三相短路二次

可靠系数，一般取电压动作标么值动作电流标么值L L S sen i K f K rel L S rel L

op sen f K op Z X X K I I K X X K Z U K I I ---+=

=?)2()3(.)3(.*)

2()2(.25

.1~2.1)

(/

3．定时限过电流保护 1）动作电流定值

a ．按躲过电动机自起动电流计算

电流

馈线所接电动机自起动可靠系数，取-∑

-∑

=st

rel st rel op I K I K I 2.1~15.1

2）与母线上所接设备的最大速断电流配合

速断电流

母线上所接设备的最大-=max .max

.op op rel op I I K I

3）

流－电缆末端两相短路电

灵敏度)2(.)2(.)

2(5.1i K op

i K

sen

I I I K

≥=

4）时间：

a ．与下一级瞬时配合取s t t op 3.00=?+=

b ．与下一级过流配合取s t t t t op 3.0max max +=?+=

4. 单相接地 1）．中性点不接地单相接地保护

（1）按躲过区外单相接地时流过保护安装处单相接地电流计算

－单相电容电流

单相接地电流动作于跳闸时取～时取可靠系数，动作于信号c k rel c

k k rel set op I I K I I I K I --==)1()1()1(..03~5.2,5.2233

（2）动作时间整定值与作用方式

a ．当单相接地电流>=10A 时，保护动作于跳闸，t t t op op ?+=max .0.0

b ． 当单相接地电流<10A 时，对于300MW 及以上机组，根据计算，如能满足选择性和灵敏性要求时，建议动作于跳闸，时间整定为t t t op op ?+=max .0.0

c ．单相接地电流小于10A ，如满足第2条规定，动作于信号，时间取0s 2）．中性点经小电阻接地 （1）电流定值

a ．躲过区外单相接地电流

－单相电容电流

单相接地电流动作于跳闸时取～时取可靠系数，动作于信号c k rel c

k k rel set op I I K I I I K I --==)1()1()1(..03~5.2,5.2233 b ．与下一级单相接地保护配合

最大动作电流

－下一级单相接地保护可靠系数，一般取

max ..0max

..0..0315.1~1.133op rel op rel set op I K I K I -=

（2）时间定值

动作时间

－下一级单相接地最长max .0max .0.0op op op t t

t t ?+=