電動機低電壓保護研究

王鑫鐸

摘要：為了減少變頻器的使用數量，變頻母線便成為了設計的新方向，而隨之在同一臺電動機啟動運行過程中出現了變頻器保護和電動機保護功能分配不清的問題，此工況下的電動機保護成為了研究的一個重點。通過分析兩種保護配置原理，有效解決變頻母線下的電動機保護問題。本文就PT柜二次線路保護空氣斷路器跳閘導致線路電動機低電壓保護動作跳閘，進而引起整段線路跳閘失電的故障，簡要說明了電動機低電壓保護的作用、原理，并提出了改進措施。

關鍵詞：電動機;低電壓;保護

引言

大多數電動機（尤其是大型高壓電動機）均配有低電壓保護裝置，低電壓保護作為電動機的后備保護起著保護設備、保障重要電機正常啟動等重要作用。但是煉鐵、煉鋼、熱軋、冷軋等重要生產部門中，生產裝置多為一級負荷。生產一線的設備，電壓波動，電機不能被切斷;停電故障，電機必須盡快投入運行，把故障影響范圍縮到最小。10kV供電系統操作頻繁、振動大，很容易受接地、短路、斷路等因素影響發生電壓波動、電壓信號丟失等故障，切斷電機，進而擾亂正常的生產秩序，造成巨大經濟損失。

1常規電動機保護配置

電動機作為供水泵站最關鍵的電氣設備，安全性非常高。現在越來越多的供水泵站為長距離、高揚程泵站，電動機也多采用6kV或10kV中壓電動機。中壓電動機保護主要配置定子繞組相間短路保護、單相接地保護、低電壓保護等，當電動機功率大于2000kW時還應配置差動保護。電動機額定電壓為10kV，容量為1600kW。電動機配置速斷保護作為主保護，直接動作于電動機出口斷路器;配置過流II段保護作為后備保護，延遲動作于電動機出口斷路器;配置低電壓保護直接動作于進線斷路器;配置定子繞組相間保護，保護電動機內部繞組;單相接地故障率較高，故配置單相保護。

2低電壓保護的作用

2.1保護電動機

電網電壓降低時，電網所帶異步電動機轉速下降，電流上升。為保護電動機設備不被燒損，當電網電壓低于電動機額定電壓時，低電壓保護動作跳閘。

2.2保持電網電壓平衡

電網電壓降低時，電網所帶異步電動機轉速下降，而當電網電壓恢復時，大量電動機同時恢復轉速，使母線電壓恢復時間延長。

2.3切斷不自啟電動機

根據生產工藝流程或者所帶設備特點，切斷不允許自啟動電機，如風機電動機、棒磨機電動機等軟啟電機。

3低電壓保護的實現

低電壓保護的實現方法有失壓線圈、失壓脫扣器、晶閘管結合電容電路、電壓測量回路結合單片機等。通常失壓線圈、失壓脫扣器、晶閘管結合電容電路投用于低壓電力系統甚至民用充電裝置中，電壓測量回路結合單片機通常投用于中高壓回路中。

3.1失壓線圈

系統電壓波動、出現低電壓時（低電壓來臨，低于一定值時），其吸持線圈自動釋放，不需要安裝專門的低電壓保護裝置。它的優點是接線簡單、維護方便;缺點是動作電壓和時間不能根據需求整定，抗電網波動能力差。

3.2失壓脫扣器

失壓脫扣器是電子脫扣器的一種，通常并聯在斷路器的電源測，可起到欠壓及零壓保護的作用。電源電壓正常時扳動操作手柄，斷路器的常開輔助觸頭閉合，電磁鐵得電，銜鐵被電磁鐵吸住，自由脫扣機構才能將主觸頭鎖定在合閘位置，斷路器投入運行。當電源側停電或電源電壓過低時，電磁鐵所產生的電磁力不足以克服反作用力彈簧的拉力，銜鐵被向上拉，通過傳動機構推動自由脫扣機構使斷路器掉閘，起到欠壓及零壓保護作用。

3.3電壓測量回路結合單片機

通過電壓測量回路將取樣電壓與單片機中設定值進行比較，欠壓、過壓等保護均可實現。該方法的電壓動作值和動作時限可根據生產特點整定。

4低電壓保護的整定

電網電壓波動、出現低電壓時，系統中所帶電動機的轉速下降，而當電壓恢復時，大量電動機同時自啟動，拉低母線電壓，瞬間電流增大，延長母線電壓恢復時間，甚至會使母線進線開關跳閘，自啟動失敗。為保證重要電動機（或設備）的自啟動，在不重要電動機上（或根據生產工藝需求）加裝低電壓保護。通常動作電壓整定為0.6～0.7倍的額定電壓，0.5s延時動作，跳開電動機。

5低電壓保護改進措施

低電壓保護是高壓供電系統的主保護單元，傳統低電壓保護方式是當電網電壓低于額定電壓30%時，繼電保護裝置動作，被保護設備開關跳閘。保護裝置更改前：電網電壓低于額定電壓30%，延時0.4s，電網電壓仍低于額定電壓30%，繼電保護裝置動作，被保護設備進線開關跳閘。保護裝置更改后：電網電壓低于額定電壓30%，如果一次電流正常，被保護設備進線開關不動作，如圖2所示;電網電壓低于額定電壓30%，如果一次電流為零，延時4s，電網電壓仍低于額定電壓30%，被保護設備進線開關動作跳閘。

6改進保護配置

常規的變頻電動機大部分采用寬頻電動機保護裝置，但此保護裝置仍存在誤動可能，為此有必要根據變頻器特點提出一種新的保護理念，讓常規保護完成對變頻電動機的保護。變頻器由隔離變、IGBT、電抗器組成。如果采用線路保護或變壓器保護，保護范圍可延伸到隔離變二次側，IGBT及電抗器的保護由變頻器本體實現，那么在保護整定計算時，所有的保護裝置均為工頻保護，對整定本身降低了很大難度。（1）在變頻器饋線回路中配置變壓器保護，保護范圍為母線到變壓器二次側。（2）變頻器保護由變頻器本體完成，保護范圍從IGBT至電動機進線。（3）電動機工頻段配置電動機保護，保護范圍為工頻下電動機。改進后的保護，解決了頻率改變下的保護問題，使保護裝置全部為工頻下的常規保護，同時解決了隔離變保護問題，在采用變頻率保護裝置時，變頻器隔離變仍處在工頻工作狀態，變頻器是無法保護隔離變的。

結束語

所有10kV供電系統低電壓保護裝置進行改造后，加裝電流監測裝置，聯系保護裝置廠家更改保護程序，同時協同相關部門調整保護定值。跳閘判斷邏輯為“無壓有流，開關不動;無壓無流，開關動作”。設備改造后取得良好效果，配電系統5段母線低電壓，由于電機設備加強防范低電壓保護動作的措施，供電系統運行正常，電網電壓波動未造成高壓電機掉電，未發生斷澆等生產問題。

參考文獻

[1]孫金伯.低電壓保護的實現方法與整定[J].中國設備工程，2005（11）：28-29.

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