【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 生變化。根據(jù)這一結(jié)論論文對(duì)發(fā)電機(jī)常見故障的保護(hù)措施進(jìn)行了分析。 電動(dòng)機(jī)故障特征分析及保護(hù)判據(jù) 短路故障特征分析及保護(hù)判據(jù) 電動(dòng)機(jī)的短路故障是比較嚴(yán)重的一種故障，危害性很大．短路故障包括定予繞組的相間短路和一相繞組匝間短路。定子繞組的相間短路是電動(dòng)機(jī)最嚴(yán)重的故障，它會(huì)引起電動(dòng)機(jī)本身的嚴(yán)重?fù)p壞，使供電網(wǎng)絡(luò)的電壓顯著下降，影響其它用電設(shè)備的正常工作。一相匝間短路是較常見的短路故障，該故障初期僅表現(xiàn)為三相 電流不對(duì)稱，使故障相的相電流增大，嚴(yán)重的情況會(huì)導(dǎo)致匝間線圈絕緣全部燒毀，使電動(dòng)機(jī)的一相繞組全部短接．此時(shí)，負(fù)載星形聯(lián)接的非故障相將承受線電壓，負(fù)載三角形聯(lián)接的將產(chǎn)生相間短路，這會(huì)使電動(dòng)機(jī)遭受嚴(yán)重?fù)p壞． 電動(dòng)機(jī)相間短路故障最明顯的特征是三相供電線路的故障相會(huì)出現(xiàn)大電流，危害性很大，應(yīng)進(jìn)行速斷保護(hù)。短路保護(hù)的整定值應(yīng)大于電動(dòng)機(jī)最2021 屆 測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 大穩(wěn)定啟動(dòng)電流，一般取電動(dòng)機(jī)額定電流的 8～ lO倍。在進(jìn)行短路保護(hù)時(shí)，通過(guò)檢測(cè)電動(dòng)機(jī) A， B， C三相線電流來(lái)實(shí)現(xiàn)，超過(guò)整定值后，直接進(jìn)行斷電保護(hù)． 設(shè) maxI 為檢測(cè)到電動(dòng)機(jī)三相電流 cba III ， 的最大值，即 （ ） 短路保護(hù)的原則是，當(dāng)在很短的時(shí)限內(nèi)檢測(cè)到 eZD kIII ??max （ k 為短路過(guò)流倍數(shù)，一般取 8～ 10， eI 為電動(dòng)機(jī)額定線電流）時(shí)，就認(rèn)為電動(dòng)機(jī)有短路故障，應(yīng)進(jìn)行速斷保護(hù)。 堵轉(zhuǎn)故障特征分析及保護(hù)判據(jù) 電動(dòng)機(jī)因機(jī)械原因、負(fù)荷過(guò)大等轉(zhuǎn)子被卡死或低速運(yùn)轉(zhuǎn)而進(jìn)入堵轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，會(huì)造成過(guò)熱而燒壞。電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn) 是最輕的對(duì)稱短路故障，也是最嚴(yán)重的過(guò)載故障。堵轉(zhuǎn)電流一般可以達(dá)到電動(dòng)機(jī)額定電流的 4～ 7倍，這么高的故障電流極易把電動(dòng)機(jī)燒損。因此在檢測(cè)到電動(dòng)機(jī)處于堵轉(zhuǎn)故障時(shí)，保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)及時(shí)動(dòng)作，保證電動(dòng)機(jī)不因堵轉(zhuǎn)而燒壞． 堵轉(zhuǎn)保護(hù)信號(hào)可取自于電動(dòng)機(jī)線電流，當(dāng)線電流超過(guò)堵轉(zhuǎn)電流整定值，并達(dá)到整定時(shí)限時(shí)，立即進(jìn)行斷電保護(hù)。堵轉(zhuǎn)保護(hù)的電流整定值一般可取電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定啟動(dòng)電流，即額定電流的 4～ 7倍。 由于電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流也能達(dá)到額定電流的 4～ 7倍，為區(qū)分電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)故障與正常啟動(dòng)，保護(hù)算法上要能夠判別電動(dòng)機(jī)是起動(dòng)時(shí)間內(nèi)還是在起動(dòng)時(shí)間后 ，一般采用躲過(guò)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間 (8～ 16秒 )的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。從而 可有效地躲過(guò)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流，以免誤動(dòng)作，使電動(dòng)機(jī)無(wú)法正常啟動(dòng)。 斷相故障特征分析及保護(hù)判據(jù) 電動(dòng)機(jī)斷相故障是最常見、最嚴(yán)重的一種不對(duì)稱故障。電動(dòng)機(jī)對(duì)稱運(yùn)行時(shí)，其轉(zhuǎn)軸所受到的轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)， 沒(méi)有振動(dòng)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)繞組斷相，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)就會(huì)有嗡嗡聲而不能啟動(dòng)。 根據(jù)對(duì)稱分量法，電動(dòng)機(jī)斷相運(yùn)行時(shí)的），（ CIIII bam a x m a x?2021 屆 測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 三相不對(duì)稱電流可分解為正序、負(fù)序和零序電流。正 序電流產(chǎn)生正向轉(zhuǎn)矩，負(fù)序電流產(chǎn)生反向制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，零序電流增加損耗 。帶動(dòng)同樣負(fù)載的正向轉(zhuǎn)矩要克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩和由負(fù)序電流 產(chǎn)生的反向制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因此電動(dòng)機(jī)負(fù)擔(dān)加重，電流劇增，引起損耗增加，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)燒損。 根據(jù)電動(dòng)機(jī)定子繞組的不同接法，斷相故障電流表現(xiàn)也不同，詳見表 所示， 其中： SI — 電動(dòng)機(jī)正常啟動(dòng)電流； CBA III , — 電動(dòng)機(jī)線電流； eI — 電動(dòng)機(jī)額定線電流； e。I — 電動(dòng)機(jī)額定相電流； CBA III 。 , — 電動(dòng)機(jī)定予繞組相電流。 表 電動(dòng)機(jī)斷相故障電流表值 由表 ，電動(dòng)機(jī)斷相故障主要有三類情況：①當(dāng)電動(dòng)機(jī)繞組以 Y形連接時(shí)，無(wú)論斷相發(fā)生在線路上或者繞組內(nèi)部，故障相的線電流均為零；②對(duì)于△形連接的電動(dòng)機(jī)，發(fā)生外部線路斷相時(shí)，故障相的線電流為零；③若△形連接的電動(dòng)機(jī)發(fā)生繞組內(nèi)部斷相時(shí)，電動(dòng)機(jī)故障相的相電流為零，但線電流不為零。 根據(jù)以上分析，斷相故障出現(xiàn)后，電動(dòng)機(jī)的線電流不平衡，因此可以通過(guò)檢測(cè)線電流來(lái)作為斷相故障的信號(hào)源。由于斷相故障類型不同，線電2021 屆 測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 流表現(xiàn)也各異，因此保護(hù)判據(jù)也不一樣。通常有以下方法： (1)對(duì)于前兩種情況 可以通過(guò)在一定時(shí)限內(nèi)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)線電流是否為零的方法來(lái) 實(shí)現(xiàn)，即對(duì)某相電流一個(gè)周波內(nèi)連續(xù)采樣 n點(diǎn)的瞬時(shí)值均為零，或通過(guò)計(jì)算某相電流的有效值為零，則為斷相故障； (2)對(duì)于第 ③ 種斷相故障，可以通過(guò)檢測(cè)不對(duì)稱電流計(jì)算出正序、負(fù)序、零序電流 。 通過(guò)負(fù)序電流來(lái)反映斷相等不平衡故障 。 實(shí)際上對(duì)于第③類斷相故障可以通 過(guò)計(jì)算得出 A相的正、負(fù)序電流有如下關(guān)系： e2 33231 IIIII CBAA ????? ）（。 ?? （ ） e2 33131 IIIII CBAA ????? ）（。 ?? （ ） 即 2/ ??? AA II 。， 因此可以通過(guò)正、負(fù)序電流的這個(gè)比值來(lái)判斷電動(dòng)機(jī)的第③類斷相故障。 過(guò)載故障特征分析及保護(hù)判據(jù) 電動(dòng)機(jī)過(guò)載也稱過(guò)負(fù)荷，是指電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行中因負(fù)荷過(guò)大所引起的過(guò)熱現(xiàn)象 。 其突出特點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)的工作電流大于額定電流，溫升高于額定值，如果電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí) 間 過(guò)載運(yùn)行會(huì)引起電動(dòng)機(jī)繞組過(guò)熱而燒損。電動(dòng)機(jī)過(guò)載運(yùn)行主要由以下幾種原因造成： (1)負(fù)荷增加： (2)機(jī)械設(shè)備故障或未安裝好； (3)電動(dòng)機(jī)本身機(jī)械故障；(4)電動(dòng)機(jī)容量選擇偏??； (5)電動(dòng)機(jī)修理時(shí)繞組線徑選擇偏?。?(6)雙機(jī)拖動(dòng)負(fù)荷分配不均； (7)電動(dòng)機(jī)端電壓過(guò)低等 。 a．電動(dòng)機(jī)溫升特性 電動(dòng)機(jī)定子繞組溫度高出周圍環(huán)境溫度的值稱為溫升。電動(dòng)機(jī)溫升特性的數(shù)學(xué)模型是推導(dǎo)電動(dòng)機(jī)容許過(guò)載特性數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)性工作，是電動(dòng)機(jī)反時(shí)限過(guò)載保護(hù)的理論基礎(chǔ)，有利于分析電動(dòng)機(jī)定子繞組的發(fā)熱特點(diǎn) 。 電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中能量損耗主要有銅損、鐵損和機(jī)械損耗，它們會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?，一部分通過(guò)機(jī)體散失到周圍空氣中，一部分積存在機(jī)體中加2021 屆 測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 熱電動(dòng)機(jī)，使其溫度上升，最終超過(guò)環(huán)境溫度。 電動(dòng)機(jī)是由多種材料組 成的非均質(zhì)發(fā)熱體，其發(fā)熱情況比較復(fù)雜。但實(shí)際測(cè)定表 明，電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱曲線與均質(zhì)發(fā)熱體的發(fā)熱曲線只有較小的差別 。為了便于計(jì)算和分析，一般將電動(dòng)機(jī)認(rèn)為是一個(gè)均質(zhì)發(fā)熱體，且忽略電動(dòng)機(jī)的鐵損和機(jī)械損耗，即電動(dòng)機(jī)的溫升主要取決于其銅損。因此，依據(jù)均質(zhì)固體發(fā)熱理論，異步電動(dòng)機(jī)定子繞組過(guò)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的熱平衡微分方程為： dtdr d tdt 2e2 ??? SCGIIQ ???? ）（ （ ） 式中： Q—— 定子物體每秒鐘內(nèi)所產(chǎn)生的熱量 (W)； I—— 電動(dòng)機(jī)過(guò)載狀態(tài)下的定子電流 (A)； eI —— 電動(dòng)機(jī)額定定子電流 (A)； r—— 電動(dòng)機(jī)定子繞組電阻 (? )； C—— 定子物體材料的比熱，即使 lkg物體溫度升高 1C? 所需的熱量(J/Kg C? )； G—— 定子物體的質(zhì)量 (kg)； ? —— 散熱系數(shù)，即每平方米表面．每度溫差、每秒時(shí)間內(nèi)所散發(fā)的熱量焦耳數(shù) (W／ 2m C? )； S—— 散熱表面積 ( 2m )； ? —— 定子繞組溫升 (C? )。 式 ()左邊是在時(shí)間間隔 dt中，定子繞組由于過(guò)負(fù)荷而發(fā)出的熱量Qdt。 右邊 CGd? 是電動(dòng)機(jī)溫度升高 d? 度所吸收的熱量， ? S? dt是 dt時(shí)間內(nèi)散失在周圍介質(zhì)中的熱量。式 ()為一階線性微分方程，其通解為 ： tCGSASQ ??? ??? e （ ） 式中 A—— 待定常數(shù)，由初始條件 00 ??t? 確定，即認(rèn)為負(fù)荷不變化時(shí)，定子繞組溫度與周圍介質(zhì)的溫度相等，初始溫升為零。將初始條件代入式2021 屆 測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 ()得出待定常數(shù) A為 : S rIISQA e?? )( 22 ????? 將 A代入式（ ）可得 ）（ tCGSe eS rII ??? ??? 1)( 22 （ ） 這就是異步電動(dòng)機(jī)的溫升數(shù)學(xué)模型，其特性曲線如圖 。 圖 電動(dòng)機(jī)的溫升特性曲線可以用如下原理來(lái)解釋：當(dāng)時(shí)間 t=O時(shí)，電動(dòng)機(jī)的溫度與環(huán)境溫度相同，兩者之間不存在熱傳導(dǎo)，這時(shí)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的全部損耗都用來(lái)提高電機(jī)的溫度，所以電機(jī)溫度上升很快。隨著電動(dòng)機(jī)溫度上升的增加，它與周圍介質(zhì)的溫度差越來(lái)越大，散發(fā)到周 圍介質(zhì)中的熱量也逐漸增加，溫升增加變慢，直到散熱量等于發(fā)熱量時(shí)，電動(dòng)機(jī)的溫度就不再升高，它所產(chǎn)生的全部熱量散發(fā)到周圍介質(zhì)中，即達(dá)到穩(wěn)定溫升。 b．電動(dòng)機(jī)反時(shí)限過(guò)載保護(hù)特性 對(duì)式 ()中的指數(shù)項(xiàng)進(jìn)行泰勒級(jí)數(shù)展開，取前兩項(xiàng)可得 ： 2021 屆 測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 tCGSe tCGS ?? ??1 （ ） 將式（ ）代入式（ ）并整理可得 11)/(t 222e ???? ? TII T () 式中： eII/?? 稱為電動(dòng)機(jī)的過(guò)載倍數(shù) rICGT e2??為一常數(shù)，若電動(dòng)機(jī)的最大容許溫升為 max? ，則式（ ）為 111 22m a x2 ???? ??? rI CGTt e （ ） 式（ ）反應(yīng)了電動(dòng)機(jī)過(guò)載倍數(shù) ? 與電動(dòng)機(jī)容許過(guò)載時(shí)間 t的關(guān)系，即 ? ??f?t ， 我們把這種關(guān)系稱為電動(dòng)機(jī)的容許過(guò)載特性，如圖 1所示。從圖中可以看出，電動(dòng)機(jī)過(guò)載倍數(shù)越大，其容許過(guò)載時(shí)間就越短，即呈現(xiàn)反時(shí)限特性。 圖 1—— 電動(dòng)機(jī)容許過(guò)載特性； 2—— 定時(shí)限過(guò)載保護(hù)特性； 3—— 階段式定時(shí)限過(guò)載保護(hù)特性； 4—— 反時(shí)限過(guò)載保護(hù)特性； 2021 屆 測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 電動(dòng)機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)往往留有一定余量，因此電動(dòng)機(jī)可以容許有一定的短時(shí)過(guò)載能力。其實(shí)在實(shí)際生產(chǎn)中，電動(dòng)機(jī)負(fù)載往往會(huì)有 一定的波動(dòng)，這也要求電動(dòng)機(jī)具有一定短時(shí)過(guò)載能力，不會(huì)因短時(shí)過(guò)載而 停機(jī)，影響正常生產(chǎn) 。 電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)動(dòng)作時(shí)問(wèn) t與過(guò)載倍數(shù) ? 的關(guān)系稱為電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)特性。設(shè)計(jì)過(guò)載保護(hù)特性時(shí)，要充分利用電動(dòng)機(jī)本身的過(guò)載能力，不要因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)一過(guò)載就立即進(jìn)行保護(hù)，頻繁的斷電保護(hù)將影響正常生產(chǎn)，這樣的保護(hù)也就失去意義了。圖 ，定時(shí)限過(guò)載保護(hù)和階段式定時(shí)限過(guò)載保護(hù)都不能像反時(shí)限過(guò)載保護(hù)特性那樣充分利用電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力，因此在設(shè)計(jì)過(guò)載保護(hù)特性時(shí)應(yīng)具有優(yōu)良的反時(shí)限特性。 c．電動(dòng)機(jī)反時(shí)限過(guò)載保護(hù)的實(shí)現(xiàn) 對(duì)于圖 4所表示的連續(xù)的反時(shí)限過(guò)載保護(hù)特性，可以通 過(guò)取有限個(gè)有代表性的特征點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，即對(duì)電動(dòng)機(jī)過(guò)載區(qū)間劃分為若干個(gè)子過(guò)載區(qū)間，對(duì)于每一個(gè)子過(guò)載區(qū)間采用定時(shí)限的保護(hù)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，如表 示。 表 某電動(dòng)機(jī)反時(shí)限過(guò)載保護(hù)的分段式實(shí)現(xiàn) 過(guò) 流 反 時(shí) 限 保 護(hù) e/II?? 動(dòng)作時(shí)間 t/s（具體可設(shè)定為某一列） ? 60 120 180 120 300 ? 48 96 144 192 220 ? 36 72 120 168 200 ? 24 60 96 120 180 ? 8 20 30 40 60 ? 6 10 20 30 40 ? 7 14 20 25 欠壓和過(guò)壓故障特征分析及保護(hù)判據(jù) 根據(jù)三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩公式 ： 2021 屆 測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 22022212)s(s XR URKT ?? 式中 :T—— 電磁轉(zhuǎn)矩 K—— 常數(shù) 1U —— 定子電壓 202 XR， —— 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電阻和啟動(dòng)感抗 s—— 轉(zhuǎn)差率 電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與電網(wǎng)供電電壓有關(guān)。當(dāng)電網(wǎng)電壓上下波動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩相應(yīng)發(fā)生變化，進(jìn)而影響到定子電流變化，從而影響到電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行。 a．欠壓保護(hù) 在電動(dòng)機(jī)負(fù)載和轉(zhuǎn)子電阻一定的條件下，電網(wǎng)電壓降低時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩下降，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子的相對(duì)轉(zhuǎn)速增大，磁通切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的速度增大，因此 轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)和產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子電流都將增大。和變壓器的原理一樣，轉(zhuǎn)子電流增大，定子電流必然相應(yīng)增大乜”，溫升增高。如果電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間在低電壓工作會(huì)使電動(dòng)機(jī)過(guò)熱甚至燒壞，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成堵轉(zhuǎn)。低電壓也會(huì)使電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩下降，當(dāng)電壓降低到能使起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)，電動(dòng)機(jī)就無(wú)法啟動(dòng)。 電動(dòng)機(jī)要不要裝設(shè)欠壓保護(hù)有一定原則。對(duì)電源電壓短時(shí)降低或短時(shí)中斷后又恢復(fù)需要自動(dòng)起動(dòng)的重要電動(dòng)機(jī)，不裝設(shè)低壓保護(hù)。下列電動(dòng)機(jī)一般需裝設(shè)欠壓保護(hù)： (1) 當(dāng)電源電壓短時(shí)降低或短時(shí)中斷后又恢復(fù)時(shí)，為保證重要電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)而需要斷開的次 要電動(dòng)機(jī)； (2)電源電壓短時(shí)降低或短時(shí)中斷后，根據(jù)生產(chǎn)或工藝的要求，不允許或不需要自啟動(dòng)的