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重瑾向
7 years ago
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1 007 年 PA 应用方案文集监控与保护 Sepam 在异步电机热过载保护中的应用王立山 ( 电力监控与补偿滤波产品应用工程师 / 郑州 / ) 摘要 : 本文简要介绍了异步电动机过负荷保护的应用, 重点阐述了 Sepam 在异步电动机热过载保护中的应用, 以及 Sepam 保护定值计算实例 0 引言电动机是将电磁能转换为机械能的用电设备, 电动机的过负荷保护不仅要考虑其电磁性能, 还必须涉及其机械运动性能对于异步电动机除了短路保护之外, 过负荷保护是电动机在启动和运行期间的主要保护, 微机电动机过负荷保护出现了各种曲线式保护热过载及测温式过负荷保护等新技术, 给保护的整定校验运行及故障处理带来了很大的方便电动机机过负荷保护概述. 曲线式微机曲线式过负荷保护采用输入电动机额定电流堵转电流堵转时间及工作系数等数据, 从电动机微机保护装置的多条标准或时间 / 过负荷等曲线中, 选择一条刚好低于电动机损坏的曲线, 以便更好地与电动机的热特性相匹配, 不但考虑了电动机的启动与运行, 而且具有描述停运时冷却状态的返回曲线如果要求更为复杂的保护功能, 可以输入测试点确定曲线, 从而自定义所需要的过负荷曲线. 测温式保护由于电动机的电气与机械结构较复杂, 应用场合各异, 运行方式多样, 发生的故障各不相同, 使电动机详细的热容量关系式非常复杂, 因此, 无法建立一个能描述各种电动机实际发热特性的精确数学模型温度传感器过负荷保护是采用电阻温度探测器 (RD) 热敏电阻(hermisor) 或热电偶 (hermocouple) 直接检测电动机的实际温度而实现的, 比基于检测相电流的热容量计算法具有更高的可靠性和准确性, 并可消除环境温度变化导致的误差, 不但可用于电动机的绕组过负荷保护, 也可用于电动机轴承磨损或润滑不良引起的轴承局部过热保护, 而且还可对热容量计算法进行环境温度的补偿当电动机停转时, 温度传感器监测定子绕组温度, 可精确地跟踪冷却过程, 测出冷却时间常数微机电动机保护装置通常设有多个温度传感器输入, 可以针对性地将其放置在电动机容易过热的各部位温度传感器过负荷保护的报警和跳闸动作整定值取决于电动机温度的高低, 以及电动机所处的环境温度和海拔位置当用于检测电动机外部环境温度对热容量参数进行修 - -

2 007 年 PA 应用方案文集监控与保护正时, 温度传感器应安装在电动机的风冷入口附近根据环境温度在计算热容量检测过热报警及过热停机时对整定值做适当修正, 其计算公式如下 : se.ch 修正后的电流整定值, 并以该值取代 se; K ch 环境温度修正系数 ; K ch = 当 40 > 时 ; K ch = 当 65 > 40 时 ; K ch = 0.75 当 65 时由于温度传感器的反映速度较慢, 因此不能代替基于检测相电流的热过载电动机过负荷保护温度传感器对过压非常敏感且容易因过压而损坏, 因此它们通常成对使用, 一个作为主温度传感器, 另一个作为备用温度传感器另外, 微机电动机保护还提供了温度传感器的开路和短路检测功能如果测得的电阻值超过允许范围, 保护装置将发出温度传感器故障报警.3 热过载式保护电动机过负荷将导致电动机过热, 但其低倍过负荷又允许一定时限, 所以反时限过负荷保护特性能较好地反映电动机的过负荷另外, 电动机的过负荷保护还应具有模拟和记忆电动机热积累的功能因为以往的电动机保护在电动机多次重复短时间过负荷, 而其每次过负荷时间均小于允许时间时, 保护不动作, 但由于电动机自身热积累的结果可能会使电动机烧毁, 所以新型电动机保护具有模拟和记忆电动机热积累的功能, 还应具有根据电动机的散热条件, 正确模拟电动机热发散的功能以上几种电动机过负荷保护方式中, 曲线式和测温式保护是国内比较普遍的在使用的保护, 热过载保护在国内应用的也比较广泛,Sepam 的热过载保护与其有一定的区别我们重点介绍一下 Sepam 的热过载保护电动机的热过载保护. 常见的热过载保护.. 常用的等效电流计算综合考虑了电动机正序和负序电流所产生的热效应, 等效电流可按下式计算得出 : se. ch K K ch - 正序电流 ; - 负序电流 ; se K - -

3 007 年 PA 应用方案文集监控与保护 K - 正序电流系数 ; K - 负序电流系数 K - 正序电流发热系数, 启动时间内可在 0~ 范围内整定, 启动时间过后自动变为 K - 负序电流发热系数, 可在 0~0 的范围内整定, 一般整定为 6 K 的整定 : 由于起动时间内电动机起动电流较大, 为防止起动过程中电动机过负荷保护动作, 一般 K 整定为 0.5 K 的整定 : 由于一般情况下电动机负序阻抗与正序阻抗之比为 6, 故一般情况下设为 6 也可根据具体实例正序阻抗之比来整定 K 主要用于区分电动机启动与运行过程中正序电流分量所产生的热量 ;K 用于计算在热容量变化过程中由负序电流分量所产生的热量由于国内外各公司在建立计算热容量数学模型时所采用的标准简化的手段以及所应用的拖动设备各不相同, 得到的正负序电流系数也各有差异, 设置方式见下表 : 表各种方式正负序电流系数表.. 热积累模型 : 采用方式电流系数启动过程正常运行方式方式方式 3 方式 4 - 保护动作时间 (s) - 发热时间常数 - 装置的设定电流 s..3 热发散模型 : s K 3 K 3 5 K 0.5 K 3~0 可取 6 K K 3~6 可取 3 K 0~ K.05 0~0-3 -

4 007 年 PA 应用方案文集监控与保护 H K K. 05 s s H- 电动机的热机累值, 表示电动机的过热程度 ; - 相邻两次热机累的时间间隔过负荷动作条件 :H, 保护动作于出口当热积累值为时, 表示电动机由于过负荷运行而有一定的热积累, 但还未到达使保护动作的程度, 如此时过负荷消除, 则应考虑模拟电动机的热散发本过负荷保护是采用积累的热量按指数规律衰减的模型来模拟热散发 : 若电动机热过载保护跳闸后, 电动机积累的热量散发取决与冷却时间常数. Sepam 的热过载保护微机电动机热过载保护是基于负荷电流计算得到等效电流, 再计算定子和转子的热容量, 在其内部复制生成一个描述电动机热状态的热容量, 为各种过负荷引起的过热提供保护, 也作为短路启动时间过长堵转等保护的后备.. Sepam 的等效电流计算方法 : 施耐德保护采用下面的公式来计算 : ph K i ph - 最大的相电流 i - 电流负序分量 K- 负序电流调节系数在绕线式电动机场合,K 取值如下 : , 通常取值为 4.5 对于异步电动机,K 值用以下公式计算 : Cd K Cn d g C n, C d : 额定转矩和启动转矩 b, d : 基本电流和启动电流 - 4 -

5 007 年 PA 应用方案文集监控与保护 g: 额定滑差由于电网谐波的影响, 在计算热容量的时候要考虑到谐波的发热效应,Sepam 热保护测出的最大相电流 ph 最大考虑到 7 次的谐波电流, 最大的还原电机的热效应.. 热过载动作时间计算电动机热过载保护是基于电动机负荷电流的测量来保护电动机避免过载有两种运行曲线 : 当温升 ( 按等效电流测量值计算 ) 大于设定点 s 时, 保护装置给出跳闸命令, 保护跳闸时间是由时间常数设定的, 最大允许持续电流由设定点 s 决定 : s 有个可以设定的时间常数 : - 温升时间常数, 正在运行的设备 - 冷却时间常数, 已停止运行的设备当 = 时当 =0 时对于自通风的旋转电机, 电机运行的冷却效果要大于静止时的冷却效果设备的运行和停止状态是从电流值计算出来的如果 >0. b, 则认为电机处于运行状态, 如果 <0. b, 则认为电机处于停止状态 - 5 -

6 007 年 PA 应用方案文集监控与保护动作时间可按以下公式计算 : Log s - 时间常数 ; s0 - 初始热温升值, 用来修正冷却跳闸时间 ; s - 热过载报警或跳闸整定值通常报警热整定值 S =0.85~0.95, 跳闸热整定值 s =.0~. 冷曲线定义零温升的保护跳闸时间, 热曲线定义基于 00% 标称温升的保护跳闸时间电动机的热承受能力受到故障前电动机绕组热状态的影响当 s0 =0 即为冷态, 这时候确定的曲线为冷曲线 ; 当 so = 即为热态, 这时候确定的曲线为热曲线在正常运行方式下, 微机电动机保护将运行在两种状态之间由于电动机热保护经常是依据电机制造商所提供的冷热曲线设定的, 为了符合这些试验曲线, 用 s0 来修正冷却跳闸的时间 s0 冷态时动作时间可按以下公式计算 : Log s 热态时动作时间可按以下公式计算 :..3 热容量计算计算的热容量值取决于所消耗的电流以及先前的热容量状态, 电动机热容量可由如下公式计算 : Log 也可由如下公式计算 : s ( ) k k e k k k. b - 6 -

7 007 年 PA 应用方案文集监控与保护其中 : k- - 上一次计算得到的热容量 - 计算间隔时间 d b k d- 表示电动机正常运行中由于电流效应和本身自然冷却产生的热容量 b 是由于温升产生的热容量, k 是自然冷却的热容量, 在电动机正常运行是可以由 k k k. 来计算热容量, b 当电机停止运行后由 k k. k 来计算自然冷却的热容量..4 启动禁止时间 ( 热过载跳闸后等待时间 ) 热过载保护可使电动机的温升回落到某一个允许在启动值之前, 禁止闭合电动机回路控制装置此值考虑到电动机启动过程中所产生的温升可以有下面的公式来计算 : dem dem b dem f a dem - 电动机运行过程中任何一相的电流超过. 到 3 相电流回路到. 的时间 dem - 在 dem 时间内最大的相电流 fa - 环境温度修正参数, - 温升时间常数 : 正在运行的有关设备 - 冷却时间常数 : 已停止的有关设备 s - 跳闸设定点 k - 目前热容量值 bloc - 再启动禁止时间 bloc Log s fa k dem - 7 -

8 007 年 PA 应用方案文集监控与保护由于大多数电机设计运行的最高环境温度为 40 C. 热过载保护在计算的过程中要考虑环境温度的影响, 通过 Sepam 外接的温度传感器选件来测量环境温度当测出的温度超过 40 C 时, 提高计算温升, 计算公式如下 : f a max 40 max ambien ambien - 测量温度 max - 电机的最高温度保护装置将热容量小于 50% 定义为冷态, 大于等于 50% 定义为热态这个设定点是用来检测电动机的启动次数如果热容量大于禁止再次启动热容量 forbid sar, 电动机启动回路将被闭锁..5 热过载跳闸前运行时间可以由以下的公式计算 avan Log k Log s fa 例如 : =0min, =., k =00%, s =0%, f a = = 0x(Log(.44-)-Log(.44-.))=6.06min=6min4s..6 Sepam 热过载保护原理框图 3 Sepam 的热过载保护应用计算 Sepam 保护在设定热过载保护时需要设定以下参数 : - 8 -

9 007 年 PA 应用方案文集监控与保护报警设定点 S, 跳闸设定点 s, 温升时间常数, 冷却时间常数, 初始热温升值 s0, 负序因数 K, 共 6 个参数 K 值可以选取平均值为 4.5; 和一般由电机厂家提供, 也可以由 Sepam 连接的温度传感器根据在设备中测出的温度求出冷却时间常数, 方法是每次以足够的时间运行电机设备, 然后停机, 等到温度稳定时计算出 () 如果已经知道和最大稳态电流 max/ 时, 可以直接计算 S 和 S 例 : 已知 =5 分,=70 分,max/=.05, 则跳闸设定点 S =(max/) =0%, 报警设定点 S =90% 为经验值, K 值取 4.5 的通常值, 也可由上文提到的公式计算 () 如果已知以冷热曲线形式给出的电动机热阻冷却时间常数最大稳态电流 max/ 时, 可以直接计算 S 和 S, 利用已知的冷热曲线可以确定温升时间常数, 把 Sepam 的冷热曲线置于电动机的冷热曲线下面例 : 已知 =86 分,max/=.05, 电动机的冷热曲线, 如下图所示, 则跳闸设定点 S =(max/) =0%, 报警设定点 S =90% 为经验值, K 值由上文提到的公式计算得到对于的过载, 为了使 Sepam 在点 (=70s) 跳闸, 由上文提到的热态动作时间公式得到 :/ =0.0339, =065s 34 分利用 S 和上文提高的冷态动作时间公式 / =0.36,=665s, 与电动机的冷却时的热阻相当 - 9 -

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Microsoft Word - 工矿企业电气工程师手册P91例高压网络三相短路计算.do 工矿企业电气工程师手册 P91 例高压网络三相短路计算 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 工矿企业电气工程师手册 P91 例高压网络三相短路计算菲律宾 BANAOANG 泵站工程 91 运行方式高压网络三相短路计算审查者: 校核者: 日期: 日期: 计算者: 日期: 1.网络结构数据高压网络总数: 12 高压网络节点总数: 7 2.基本数据 2. 1 基准值基准功率: