安徽電氣工程職業技術學院成人高等教育畢業論文摘要合理選擇保護功能和保護方式，才能達到良好的保護效果，達到提高設備運行可靠性，減少非計劃停車，減少事故損失的目的。本設計主要包括以下內容：根據電機保護常識，電機保護器的常見類型等內容，探討電動機保護，用綜合保護裝置在即確保平穩生產操作又要維護設備安全的基礎上，對電動機的電氣及機械部分進行全面地保護是電氣技術人員需要認真解決的問題。。關鍵詞：電動機；保護；技術目錄緒論3電動機的啟動42.1電動機啟動分類42.2電動機各類啟動概述42.2.1全壓直接啟動42.2.2自耦減壓啟動42.2.3Y-Δ啟動42.2.4軟啟動器啟動52.2.5變頻器啟動5電動機的保護73.1電動機的故障73.2電動機保護綜述73.2.1電動機運用73.2.2電動機故障形式73.2.3電動機保護分類73.3電動機保護83.3.1電動機溫度保護83.3.2電動機熱保護83.3.3電動機溫度-電流保護93.3.4電動機電流保護93.3.5電動機電壓保護113.4電動機保護非正常動作原因124電動機的保護與控制的關系145結論156參考文獻161緒論電動機的保護是個復雜的問題。在實際使用中，應按照電動機的容量、型式、控制方式和配電設備等不同來選擇相適應的保護裝置及啟動設備。本文闡述了異步電動機的的各種啟動方式及保護分類。電動機啟動方式包括：全壓直接啟動、自耦減壓啟動、Y-Δ啟動、軟啟動器、變頻器。其中軟啟動器和變頻器啟動為潮流。電動機保護主要分為：繞組保護：供電系統保護及軸承保護。并對不同保護進行簡要介紹分析。最后談到了電動機的保護與控制方式的關系，即保護中有控制，控制中有保護。2電動機的啟動2.1電動機啟動分類電動機啟動方式包括：全壓直接啟動、自耦減壓啟動、Y-Δ啟動、軟啟動器、變頻器。其中軟啟動器和變頻器啟動為潮流。當然也不是一定要使用軟啟動器和變頻器啟動，在運用的時候根據實際情況，從經濟和適用性自行考慮選擇。2.2電動機各類啟動概述2.2.1全壓直接啟動在電網容量和負載兩方面都允許全壓直接啟動的情況下，可以考慮采用全壓直接啟動。優點是操縱控制方便，維護簡單，而且比較經濟。主要用于小功率電動機的啟動，從節約電能的角度考慮，大于11kw的電動機不宜用此方法。2.2.2自耦減壓啟動利用自耦變壓器的多抽頭減壓，既能適應不同負載啟動的需要，又能得到更大的啟動轉矩，是一種經常被用來啟動較大容量電動機的減壓啟動方式。它的最大優點是啟動轉矩較大，當其繞組抽頭在80%處時，啟動轉矩可達直接啟動時的64%。并且可以通過抽頭調節啟動轉矩。至今仍被廣泛應用。2.2.3Y-Δ啟動對于正常運行的定子繞組為三角形接法的鼠籠式異步電動機來說，如果在啟動時將定子繞組接成星形，待啟動完畢后再接成三角形，就可以降低啟動電流，減輕它對電網的沖擊。這樣的啟動方式稱為星三角減壓啟動，或簡稱為星三角啟動（Y-Δ啟動）。采用星三角啟動時，啟動電流只是原來按三角形接法直接啟動時的1/3。如果直接啟動時的啟動電流以6～7Ie計，則在星三角啟動時，啟動電流才2～2.3倍。這就是說采用星三角啟動時，啟動轉矩也降為原來按三角形接法直接啟動時的1/3。適用于無載或者輕載啟動的場合。并且同任何別的減壓啟動器相比較，其結構最簡單，價格也最便宜。除此之外，星三角啟動方式還有一個優點，即當負載較輕時，可以讓電動機在星形接法下運行。此時，額定轉矩與負載可以匹配，這樣能使電動機的效率有所提高，并因之節約了電力消耗。2.2.4軟啟動器啟動這是利用了可控硅的移相調壓原理來實現電動機的調壓啟動，主要用于電動機的啟動控制，啟動效果好但成本較高。因使用了可控硅元件，可控硅工作時諧波干擾較大，對電網有一定的影響。另外電網的波動也會影響可控硅元件的導通，特別是同一電網中有多臺可控硅設備時。因此可控硅元件的故障率較高，因為涉及到電力電子技術，因此對維護技術人員的要求也較高。運用串接于電源與被控電機之間的軟啟動器，控制其內部晶閘管的導通角，使電機輸入電壓從零以預設函數關系逐漸上升，直至啟動結束，賦予電機全電壓，即為軟啟動，在軟啟動過程中，電機啟動轉矩逐漸增加，轉速也逐漸增加。軟啟動一般有下面幾種啟動方式：（1）斜坡升壓軟啟動：這種啟動方式最簡單，不具備電流閉環控制，僅調整晶閘管導通角，使之與時間成一定函數關系增加。其缺點是，由于不限流，在電機啟動過程中，有時要產生較大的沖擊電流使晶閘管損壞，對電網影響較大，實際很少應用。（2）斜坡恒流軟啟動：這種啟動方式是在電動機啟動的初始階段啟動電流逐漸增加，當電流達到預先所設定的值后保持恒定(t1至t2階段)，直至啟動完畢。啟動過程中，電流上升變化的速率是可以根據電動機負載調整設定。電流上升速率大，則啟動轉矩大，啟動時間短。該啟動方式是應用最多的啟動方式，尤其適用于風機、泵類負載的啟動。（3）階躍啟動：開機，即以最短時間，使啟動電流迅速達到設定值，即為階躍啟動。通過調節啟動電流設定值，可以達到快速啟動效果。（4）脈沖沖擊啟動：在啟動開始階段，讓晶閘管在級短時間內，以較大電流導通一段時間后回落，再按原設定值線性上升，連入恒流啟動。該啟動方法，在一般負載中較少應用，適用于重載并需克服較大靜摩擦的啟動場合。軟啟動與傳統減壓啟動方式的不同，籠型電機傳統的減壓啟動方式有Y-q啟動、自耦減壓啟動、電抗器啟動等。這些啟動方式都屬于有級減壓啟動，存在明顯缺點，即啟動過程中出現二次沖擊電流。（5）電壓雙斜坡啟動：在啟動過程中，電機的輸出力矩隨電壓增加，在啟動時提供一個初始的啟動電壓Us，Us根據負載可調，將Us調到大于負載靜磨擦力矩，使負載能立即開始轉動。這時輸出電壓從Us開始按一定的斜率上升(斜率可調)，電機不斷加速。當輸出電壓達到達速電壓Ur時，電機也基本達到額定轉速。軟啟動器在啟動過程中自動檢測達速電壓，當電機達到額定轉速時，使輸出電壓達到額定電壓。（6）限流啟動：就是電機的啟動過程中限制其啟動電流不超過某一設定值(Im)的軟啟動方式。其輸出電壓從零開始迅速增長，直到輸出電流達到預先設定的電流限值Im，然后保持輸出電流I這種啟動方式的優點是啟動電流小，且可按需要調整。對電網影響小，其缺點是在啟動時難以知道啟動壓降，不能充分利用壓降空間。（7）突跳啟動：在啟動開始階段，讓晶閘管在極短的時間內全導通后回落，再按原設定的值線性上升，進入恒流啟動，該啟動方法適用于重載并需克服較大靜摩擦的啟動場合。2.2.5變頻器啟動變頻器室現代電動機控制領域技術含量最高，控制功能最全、控制效果最好的電機控制裝置，它通過改變電網的頻率來調節電動機的轉速和轉矩。因為涉及到電力電子技術，微機技術，因此成本高，對維護技術人員的要求也高，因此主要用在需要調速并且對速度控制要求高的領域。在以上幾種啟動控制方式中，星三角啟動，自藕減壓啟動因其成本低，維護相對軟啟動和變頻控制容易，目前在實際運用中還占有很大的比重。但因其采用分立電氣元件組裝，控制線路接點較多，在其運行中，故障率相對還是比較高。從事過電氣維護的技術人員都知道，很多故障都是電氣元件的觸點和連線接點接觸不良引起的，在工況環境惡劣(如粉塵，潮濕)的地方，這類故障更多，但檢查起來確頗費時間。另外有時根據生產需要，要更改電機的運行方式，如原來電機是連續運行的，需要改成定時運行，這時就需要增加元件，更改線路才能實現。有時因為負載或電機變動，要更改電動機的啟動方式，如原來是自藕啟動，要改為星三角啟動，也要更改控制線路才能實現。3電動機的保護3.1、電動機的故障電動機的故障大體分為兩部分：一部分是機械的原因。例如軸承和風機的磨損或損壞：另一部分是電磁故障，二者互有關聯，如軸承損壞，引起電動機的過載，甚至堵轉，而風葉損壞，使電動機繞組散熱困難，溫升提高，絕緣物老化。而電磁故障的原因很多，如電動機的過載、斷相、欠電壓和短路都足以使電動機受損和毀壞。過載、斷相、欠電壓運行都會使繞組內的電流增大，發熱量增加(導體的發熱量是和電流的平方成正比的)，而短路造成的危害就更大。短路的原因是電動機本身的絕緣材料質量差或電動機受潮(在農村是經常發生的，例如受雨淋或落水)，以致于繞組的相間擊穿，引起短路。此外，還有電動機置于有酸堿物的場所，因受腐蝕而損壞絕緣。3.2、電動機保護綜述3.2.1、電動機運用（1）異步電動機結構簡單、成本低廉、維護方便、其機械性能能夠滿足絕大部分生產工藝的要求，因此被廣泛采用。（2）如果電動機保護設置不合理，拒動而使電機燒毀，誤動而影響生產，電動機及其保護的是否正常運行，對于連續生產的大型鋼鐵企業來說，尤為重要，不可等閑視之。（3）本文主要討論異步電動機保護，其電壓等級在3kV～10kV，對于同步電動機保護，還必須配置：失步保護、失磁保護、非同步沖擊保護等。3.2.2、電動機故障形式繞組損壞：低壓長時間不能啟動，頻繁啟動，長時間過負荷，絕緣損壞和老化，由于缺相或三相不平衡引起負序電流長時間運行，高溫等。軸承損壞：負荷過重，振動過大，腐蝕，高溫等。3.2.3、電動機保護種類繞組保護：熱保護，溫度保護，過電流保護，電流速斷保護，縱聯差動保護，單相接地零序電流保護。供電系統保護：低電壓保護，斷相或三相不平衡保護。軸承保護：溫度，油位，振動保護等。3.3、電動機保護3.3.1、電動機溫度保護溫度保護是利用安裝在電動機內部的溫度繼電器或變換器來實現的。當電動機達到一定溫度時繼電器動作，通過控制電路斷開電動機的主電路。對于單相小容量電動機，可以用繼電器直接斷開動力電路。根據溫度傳感器的不同可以分為：（1）雙金屬盤式溫度繼電器：優點是簡單、便宜、方便；缺點：動作溫度不能調整，動作特性不穩定；（2）PTC熱敏電阻：主要用在400V小容量電動機（400kW以下），優點體積小，放置靈活（定子或轉子），缺點動作時間滯后。3.3.2、電動機熱保護熱保護是利用熱繼電器，按照電機定子電流的大小規定允許過負荷時間的長短來對電動機進行保護。（1）根據過負荷種類可分為：長時間過負荷（小電流）和短時間過負荷（大電流）。從額定負荷狀態下，發生短時間過負荷的允許時間（基于同樣的絕緣老化程度）在一定負荷條件下，允許過負荷時間由過負荷的倍數來決定。如，＝1.5時，允許過負荷t＝3min即有（基于超過額定工況的溫升相等）（2）不管是基于同樣的絕緣老化程度，還是基于超過額定工況的溫升相等，均有I－t反時限特性（極端反時限）。究竟什么樣的電動機及其保護的過負荷特性是合理的，至今尚無一致意見。不同工況下的反時限特性千變萬化，很難統一表達。（3）幾種常用反時限特性曲線：極端反時限非常反時限一般反時限電動機熱保護的優缺點：1）熱保護能很好的保護短時間大電流的過負荷；2）過負荷保護電流應反映各次諧波的均方根。3）電動機的發熱由損耗決定，其中一部分損耗與電流無關；4）除定子電流外，轉子電流，通風，堵轉等都與發熱有關；5）熱保護特性與電動機的散熱特性很難一致。3.3.3、電動機溫度-電流保護熱保護在短時間大電流過負荷時效果較好（由定子繞組的發熱時間常數決定），溫度保護在長時間小電流過負荷時效果較好（由電動機的綜合發熱時間常數決定）。將溫度保護和熱保護兩者結合，組成溫度-電流保護，是一種理想的電動機過負荷保護。3.3.4、電動機電流保護將保護電器檢測的信號，經過變換或放大后去控制被保護對象，當電流達到整定值時保護電器動作，這樣的保護稱為電流保護。電動機的電流保護類型：相間短路保護（速斷保護和差動保護）、單相接地保護（帶方向和不帶方向）、堵轉保護、嚴重過負荷保護和相間電流不平衡保護（負序電流保護）。（2）電動機的相間短路保護之一：電流速斷保護條件：小于2000kW，相間短路電路遠大于啟動電流、堵轉電流和電動機外部短路時向短路點的反饋電流。優點：快速、可靠、簡單、經濟。速斷動作電流Iop應整定為(電動機引線發生三相短路時，系統側供給的短路電路)要求直接啟動的電動機容量應小于變壓器容量的一半。（變頻啟動和降壓啟動的電動機另議）（3）電動機的相間短路保護之二：差動保護條件：電動機容量在2000kW以上，或小于2000kW但電流速斷保護靈敏度不夠時，應裝設縱差保護。自啟動過程中，差動保護易誤動原因分析：大型異步電動機自啟動過程延續幾秒，而兩側電流互感器的暫態傳輸特性很難保持一致，實際動模結果也證明了這一點。解決方案：動模分析結果得知，不平衡差流中含有顯著的二次諧波成分，同時(I2/I1)并不隨著不平衡電流的衰減而減小。所以利用二次諧波制動原理可以抑制誤動，制動比可以30％～40％。或采用磁平衡式縱差保護。（4）磁平衡式縱差保護（自平衡式縱差保護）磁平衡差動保護，俗稱“小差動保護”。當電動機安裝磁平衡式電流互感器時，“磁平衡差動保護”控制字投入。磁平衡差動保護的電流從裝置中性點側電流回路輸入，電流定值取自“差動啟動電流定值”。（如圖所示原理圖）（5）單相接地保護單相接地電流大于5A時，應裝設單相接地保護。接地電流小于10A時，保護可延時報警或跳閘。接地電流大于10A時，保護應延時跳閘。如果接地電流足夠大，縱差保護可兼作單相接地保護。如果供電網很小，零序電流不足以區分內外接地故障，需增加零序功率方向保護（6）電動機堵轉保護電動機帶負荷升速啟動時間為，允許堵轉時間為。當時可以方便地使用反時限保護來實現。傳統做法，啟動時退出該保護，微機保護可以不退出，自動提高啟動電流，可以作為啟動時堵轉保護。（反時限兼做堵轉保護）當時，采用定時限過流保護。可以長時間投入，作為啟動時堵轉保護。（定時限兼做堵轉保護）嚴重過負荷保護在電路中，當回路電流超過過負荷保護裝置預設值時，過負荷保護裝置自動斷開電流回路，起到保護有效負載的作用。保護不足，多條曲線組合（8）三相電流不平衡保護：負序電流保護考慮外部供電系統不對稱短路時反饋負序電流引起不平衡保護誤動，應該延時躲開。3.3.5、電動機電壓保護低電壓保護(1)當供電網網絡電壓降低時，異步電動機的轉速都要下降，而當供電母線電壓恢復時，大量電動機自啟動，吸收較其額定電流大好幾倍的啟動電流，致使電壓恢復時間拖長。為了防止電動機自啟動時使電源電壓長時間嚴重降低，通常在次要電動機上裝設低電壓保護，當供電母線電壓降低到一定值時，延時將次要電動機切除，使供電母線有足夠的電壓，以保證重要電動機自啟動。（2）什么情況下裝設低電壓保護：1)保護重要電動機自啟動而需要斷開次要的電動機；2)根據工藝要求，不需要自啟動的電動機；3)長時間失壓后，須從電網自動斷開的電動機；4)裝有自動投入裝置的電動機。電動機低電壓保護定值應躲過沖擊負荷投入時對母線電壓的影響。負序電壓保護當三相電壓不平衡時，可以人為分解出正序、負序及零序電壓。求負序電壓分量的方法為：

A相保持不動、B相順時針轉動120度，C相逆時針轉動120度（與正序正好相反）。然后三相電壓向量相加（即A相不動，將順時針轉動120度后的B相的頭移動到A相的終端，將逆時針轉動120度后的C相的頭移動到B相的終端），然后從A相頭到C相尾的化一根線，這根線就是負序電壓了。負序電壓保護就是根據這個原理來實現保護功能的。負序電壓保護：反相保護和斷相保護。3.4、電動機保護非正常動作原因分析（1）反時限過流保護非正常動作原因分析：1）保護定值設置不合理；2）保護設置難以同時滿足啟動過程和運行過程的要求。解決辦法：1）通過分析計算選擇合理的保護定值；2）通過啟動過程的錄波分析選擇恰當的保護定值；3）設計雙反時限過流保護來滿足啟動過程和運行過程的要求。（2）差動保護非正常動作原因分析：1）一次CT配置不合理，在非故障的大電流時出現不一致的飽和現象，產生動作差流（更換合適的一次CT）；2）CT極性接錯（更正接線）；3）沒有投入諧波制動功能（投入諧波制動功能）；4）定值設置不合理（選擇合理的定值）；5）和應電流的影響（盡量避免）。（3）低電壓保護非正常動作原因分析：1）定值設置不合理（選擇合理的定值）；2）接在解列運行的發電機母線上時，由于母線電壓的波動導致電動機低電壓動作；3）大型沖擊性負荷投入時對母線的影響（適當增加動作延時）。4電動機的保護與控制關系電動機的保護