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1、异步电动机热模型保护应用卢庆港1 解中秀2（1.上海宝钢安大电能质量有限公司 201901；2.广东广州工程技术职业学院 510925 ）摘 要 常规电动机保护采用放大定值倍数躲开启动过程，在启动完成后，定值恢复正常，此时配合反时限保护功能，继电器能够快速的动作于故障，但对于电机频繁过载后的过热保护问题，常规反时限继电器无法实现该保护功能。根据在宝钢的应用实践,本文通过分析热过负荷的数学模型和实现原理，结合仿真对比，给出了相关时间参数的计算以及过载保护的解决方法。 关键词 电动机 热模型 过载保护一、 电动机的热模型分析 电动机绕组发生过热时温度的变化规律如下： （1） :当前温度:初始温度:
2、电流为时对应的等效温度:电动机的发热时间常数:模拟发热过程:模拟散热过程考虑到负序的发热效应，电机发热是由产生的总铜损引起，公式(1)变换后可以得出： （2）:当前热状态:过程转换之前的上次过程的热态终值:等效电流与热保护定值比值由于电机的实际运行电流变化复杂，上述过程在微机保护中定时计算更新。等效电流以及动作时间计算公式如下： （3）:测试时加入的相电流值:热保护电流整定值:电动机的初时热状态: I2*启动时的过负荷时间常数:断路器断开时的冷却时间常数K:负序发热系数图1为电机的启动过程、稳定运行、堵转故障、保护跳闸各过程的电流和热状态曲线：图1 电流和热状态曲线二、热模型保护应用图2 电动
3、机常规电流保护配合曲线由于电动机参数差异较大，许多国产电机无法提供热临界曲线，只能提供启动时间、启动电流、额定功率、额定电流等常规参数，导致热过负荷保护整定工作困难，具体热保护的配置方法如下：热初始状态=0%，按照躲开启动过程进行整定，此时得出的/偏大，同等条件下的动作时间较长。并且电机的实际启动时间与厂家提供参数经常存在差异，终端负载的变化也会导致启动时间出现偏差，往往需要根据微机保护提供的启动时间数据进行修正，避免启动过程中的误动。考虑到电机的热初始状态，按照躲开堵转可承受时间整定，启动过程中大于90%时闭锁热保护，直至启动结束继续进行热状态积累。这种方式更接近电机实际状态，故障动作时间明
4、显缩短，可以避免电机设备的故障扩大化，但热初始状态往往无法获得准确数据。如正常运行电流=0.8*，=14m时，根据公式（2），稳定运行时的热初始状态为A=0.8*0.8=0.64，上述两种整定方式在后期堵转时的精确动作时间以及对应曲线如下：表1 不同热态堵转时的动作时间表电流1.5234567A=0493241.698.954.234.223.717.3A=0.64212.695.236.919.912.58.66.3图3不同热态堵转时的动作时间曲线从表1可以得出，热保护能够跟踪真实的电机热积累的变化过程，在启动时段由于A=0，动作时间长，稳定运行后再次发生过负荷时，结合当前最新的热状态A,动
5、作时间大大缩短，快速动作于故障，严格保护电机的安全可靠运行。图4为matlab的仿真波形：图4 过载时仿真曲线三、热模型保护时间参数整定方法根据电机厂家提供的热临界曲线整定、的取值一般通过计算，进行参数拟合，通过选择合适的/数值来实现电动机的热过负荷的整定，选择的原则为使绘制出的时间电流曲线近似的与电机的热态曲线相匹配，小于2倍时为正常运行中过载，此段参考热状态时间计算，大于两倍为启动或者堵转时刻的过载，此刻推荐参考热状态曲线进行时间整定，并且整定的原则为、取相同值，使热曲线为连续曲线。上述为能够获得热曲线情况时的逆向整定方法，如果无法获得热曲线，则按照冷状态进行整定。图5为宝钢某除尘风机外方
6、提供的热临界曲线，功率560kW,启动电流6倍，启动时间22s，实际记录分别为6.5倍，23.5s。图5 除尘风机热临界曲线查询曲线可得热态时不同电流情况下的承受时间，根据前面讲述的公式（3），通过不断的调整、的数值，可计算得表2：表2 不同电流下的动作时间表负序系数K3T1=11分钟T2=11分钟Tr=44分钟电流倍数动作时间(s)1.5317.4 2155.3 363.6 434.8522.0615.2比照表2和图5可以发现，二者数据比较吻合，但表2中6倍时动作时间小于启动时间，无法躲开启动过程，因此，在启动过程中需要闭锁热模型保护，直到启动超时才继续进行热积累。根据电机其他参数进行整定1
7、 电机厂家提供6倍额定电流跳闸时间，电机为直接起动方式则：=32*，单位为秒，转换为分钟后取整数。=4*=3一般都可以取该值，用于计算电机不平衡时，负序对发热的影响。 2 电动机厂家提供的不是6倍跳闸时间，能够提供额定电流、启动电流、启动时间，则按照如下原则整定：1）调整、，使其满足在启动电流数值持续时，热过负荷能够稍大于启动时间跳闸。2）冷却时间按照4倍考虑。 3）如果电机串连电抗器或者其他非全压方式启动，则按照厂家的曲线合理选择/数值即可。3 如能够提供反时限电流保护曲线，如2倍20S动作，则配合该时间进行整定。按照上述原则整定的/可以使用整定方法中的表2方式进行校验，使其能够最优逼近实际
8、工况。四、与普通反时限电流保护比较1、 根据电动机的物理模型进行设计，考虑到负序的发热效应，能够在不平衡时快速动作。2、 启动期间可以根据需要进行闭锁，避免热保护误动，如果出现启动超时，则利用原有的热积累，加速保护跳闸。3、 有效利用热模型的发热散热计算，在故障出现时可以大大缩短动作时间，有效控制故障范围。4、 对于负荷波动大的电机，热模型能够跟踪记录每次变换过程中的热状态并且进行累计，从而更加有效的反映于电动机的过热而动作，常规反时限保护在电流波动大情况下，虽然每次都能启动，但可能在反时限动作时间之前电流已经返回，导致保护功能返回，无法可靠动作。五、结束语与变压器等静态电气设备相比，电动机启
9、动期间电流大且持续时间长，运行中容易过载，针对电机过载后的过热保护问题，常规继电器无法实现该保护功能，热模型保护能够实时跟踪电机运行中的热积累状态，有效避免过热运行。相对于反时限过流保护而言，热模型原理复杂，整定参数较多，整定参考资料缺乏，导致微机保护调试往往根据经验值估算而整定，无法完全吻合电机的热特性。根据本文的分析，合理设置相关参数，热模型保护能够精确吻合电动机的运转特性，灵敏反映设备故障，保障电动机的运行安全，减小和避免由于误动拒动造成的经济损失，实现电动机的高效节能运行。参考文献1 潘飞，微机电动机过负荷保护，电气&智能建筑，2006（1）2 袁甄，高压异步电动机的微机式过热保护，电
10、气应用，2005（9）3 贺家李，宋从矩，电力系统继电保护原理（增订版），中国电力出版社，2004年9月4 王维俭，电气主设备继电保护原理与应用（第二版），中国电力出版社，2002年1月5 许正亚，变压器及中低压网络数字式保护（第一版），中国电力出版社，2004年1月 6 陈皓，微机保护原理及算法仿真（第一版），中国电力出版社，2007年1月7 AREVA，MiCOM P241 技术说明书(v1.B)， 2005年10月高压异步电动机热模型保护应用卢庆港1 解中秀2（1.上海宝钢安大电能质量有限公司 201901；2.广东广州工程技术职业学院 510925 ）常规电动机保护采用放大定值倍数躲开
11、启动过程，在启动完成后，定值恢复正常，此时配合反时限保护功能，继电器能够快速的动作于故障，但对于电机频繁过载后的过热保护问题，常规反时限继电器无法实现该保护功能。结合在宝钢的实践应用,本文通过分析热过负荷的数学模型和实现原理，结合仿真对比，给出了相关时间参数的计算以及过载保护的解决方法。 关键词 电动机 热模型 过载保护Application of Thermal Model in H.V. Asynchronous Motor ProtectionLu Qinggang1 Xie Zhongxiu2（1. Shanghai ISSON Power Quality Co. ; 2. Guang
12、zhou Institute of Technology）Abstract:Motor protection commonly enlarge the value of current set to stand the process of start, after the completion of start, the value of current set return to normal. This time with inverse time-current characteristic protection, relay can trip on the fault rapidly
13、. But if the motor overload frequently, inverse time-current characteristic commonly unable to protect motor. Based on the application in ShangHai Baosteel, through analyzing the model of thermal overload and the principle of implement, and contrast to simulation, this paper gives a method of comput
14、ing relevant time parameters and overload protection solution.Keywords: motor thermal model overload protection卢庆港：男，1978.72001年本科毕业于东北电力大学，就职于上海宝钢安大电能质量有限公司，从事厂矿企业的供配电自动化系统集成项目管理工作。通讯地址：上海市宝山区共悦路18# 上海宝钢安大电能质量有限公司 邮编：201901手机：13795458860 办公电话：021-56391025 传真：021-56390818Email：luqinggang解中秀：男 ，1942.8广州工程技术职业学院，教授，从事专业研究方向：电力电子技术应用及FACTS技术通讯地址： 广州市从化街口镇海朗开发区 广州工程技术职业学院 邮编：510925手机：13926179476 办公电话：020-87963524 Email：xiezhongxiu