电动机微机保护故障分析保护原理保护算法软硬件设计 第2页

地短路。

(3)三相电源电压不平衡或者断相运行，电动机长期承受负序电流而烧毁。

(4)冷却系统故障或环境温度过高。

(5)轴承损坏造成偏心、扫膛，以及因机械故障造成堵转。

造成电动机轴承损坏的原因主要是：

(1)机械负荷过大或振动太大。

(2)使用润滑剂不合适、缺少润滑油甚至无润滑油。

(3)绕组温度过高，热量传至轴承，致使轴承损坏。

由于电动机的微机保护主要通过检测电量（电流、电压以及开关状态等）来监

测电动机的运行状态，因此面对的主要问题是绕组故障。

2.2电动机常见故障特征

异步电动机的常见故障很多，大体可以分为对称故障和不对称故障两大类。

2.2.1对称故障

对称故障包括过载、堵转和三相短路等，这类故障对电动机的损坏主要是机械应力和电流增大引起的热效应，使绕组发热甚至烧毁。其主要特征是三相仍基本对称，但同时出现过电流，故障严重程度基本反映在过电流的程度，因此以过流程度作为这类故障的判定依据当电动机对称过载时，电流一般在1.2倍~5倍的额定电流;堵转情况下，电流的大小接近于电动机的起动电流，一般在5~7倍额定电流;三相短路时电流大约为8~12倍的额定电流。

对称故障可以通过常规的过流保护来实现：对于严重的三相短路的保护应采用速断跳闸；堵转故障的保护应采用短时限跳闸；而对于对称过载应采用定时限跳闸或反时限跳闸，反时限特性应与电动机的温升指数特性相配合。详细情况如表2-1所示：

表2-1高压电动机对称故障特征分析

2.2.2不对称故障

异步电动机的不对称故障主要有断相、逆相、不平衡运行、匝间短路、相间短路、接地短路等。除了严重的短路会造成故障相电流明显增大外，大多数的不对称故障一般不会出现明显的过电流。而最明显的特征是电动机电流中会出现负序电流和零序电流。因此常规保护往往不能及时反应，而不对称故障产生的负序电流也会给电动机造成很大的危害。不对称故障又可进一步分为非接地性和接地性两类。非接地性不对称故障，主要包括断相、相间短路、匝间短路及不平衡运行等，这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(零序分量为零)。而电动机在正常运行时负序电流分量基本没有，所以采用负序电流分量作为这类故障的判据，这类故障对电动机的损害主要是负序电流引起的负序效应，可能造成电动机端部发热、转子振动及起动力矩降低等一系列问题，如果有过电流出现，还会使绕组发热。这类故障的保护应采用短时限跳闸或速断。接地性不对称故障，包括单相接地短路和两相接地短路。由于电动机外壳必须安全接地，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。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。这类故障应采用速断或短时限跳闸加以保护。具体如表2-2所示。

表2-2高压电动机不对称故障特征分析

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附:单相故障时，设A相为故障相;

两相故障时，设B、C相为故障相;

I₀表示故障前电流幅值，I_n表示额定电流;

由以上分析和计算表明，过电流、负序和零序三个分量的不同分布组合与各故障类型之间具有很好的对应关系。

2.2.3电动机的起动故障

异步电动机投入电网，从静止状态转动起来，升速并达到稳定转速运行的过程，称为起动过程。电动机合闸瞬间，电流从零急剧上升至起动电流，如果电动机能顺利起动，则在经历了一段时间后，起动电流会下降到正常的工作电流，起动过程结束。起动电流的大小，常用起动电流倍数表示: 一般异步电动机在直接起动时K tst=4-7,在电动机上的大电流，使电动机受到很大的电磁力冲击，如果起动过程太长或者频繁起动，会使绕组过热，对电动机造成损害。在起动过程中，电动机出现的故障，常统称为起动故障，一般是指起动时间过长故障。也就是说，在规定的时间内，如果起动电流仍旧文持在一个很大的值，而不是降到额定电流的附近，这时就认为电动机发生了起动时间过长故障。这种故障通常都采用定时限保护。

2.3保护原理分析

根据以上故障特征分析，电动机发生对称故障时的主要特征是出现电流幅值增大，而发生不对称故障时的主要特征是出现负序和零序电流分量。根据这一结论，可将电动机的保护分解成过流保护、负序电流保护、零序电流保护三个部分，由此可覆盖电动机的所有常见故障类型。

2.3.1过流保护

电动机是故障率较高的一种电气主设备，损坏的最终表现主要是过热烧毁,原因是三相正序和负序电流过大、三相负荷太大、起动时间过长、堵转等。而定子绕组一相断线、不对称短路、不对称负荷、三相电源电压不对称等均有正序和负序电流过大的征象。幅值相同的正序电流和负序电流在电动机内部产生的热量并不相同。定子绕组的正序和负序电流产生的旋转磁场，对定子自身而言为正反同步速度。但对正常运行的转子来说（假设转差率s≈0），前者差不多相对静止，后者近似为2倍同步速度。假设对应的转子正序电阻（折合到定子侧）近似为直流电阻R1，对应的转子负序电阻（折合到定子侧）为交流电阻

R2，则对于异步电动机有：需要完整内容的请联系QQ752018766，本文免费，转发请注明源于www.751com.cn

大小相同的负序电流产生的损耗为正序电流损耗的Kr倍。所以当有负序电流出现时，转子损耗将显著增加。特别是在转子中产生倍频电流流过转子表面，导致转子局部过热而烧毁。为了反映正序和负序的不同发热效应，英国GEO公司提出了一个反映上述发热效应的“等效电流”

I eq的概念，定义为：K₂为负序电流发热等效系数，取值在3~6

I₁为电动机电流正序分量，I2为电动机电流负序分量

a．I_eq/I_n> 8时，设置电流速断保护作为电动机的主保护，用于电动机内部

定子绕组以及进线所发生的相间短路故障。

b．I_eq/I_n =5～8时，设置定时限过流保护，作为电动机运行过程中短路保护

的后备保护，主要针对各类堵转故障。

c．I_eq/I_n =1.1～5-5设置反时限过流保护，来防止电动机长时间过负荷

运行，定子部分过热而引起的损坏。

⑴电流速断保护

由于电动机在起动过程中，起动电流很大，可以达到额定电流的7倍以上。为了保证在起动过程中，速断电流保护可靠地不动作，保护动作电流的整定值在起动过程以及起动过程结束后的运行过程中，采用不同的值。

起动过程中，为了保证电动机在满载起动过程中短路保护可靠地不动作，要求

I_dz1必须大于电动机满载起动时的电流I qd，即：

式中

I _n：电动机的额定电流归算到机端电流互感器二次侧的值；

K _q：电动机起动系数，一般取4~7；

K _k：可靠系数，取1.2~1.4

在起动过程结束后的运行过程中，电流速断保护的整定可不必考虑要躲过电动

机的起动电流，可按电动机的额定电流的倍数整定，即：

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