【文章內(nèi)容簡介】 高壓電動機(jī)故障類型及不正常運(yùn)行狀態(tài) 高壓電動機(jī)的 故障類型和不正常運(yùn)行狀態(tài)如下： 電動機(jī)故障： 電動機(jī)故障可分為 機(jī)械 故障 和 電氣故障 兩類。 （ 1） 機(jī)械 故障 機(jī)械方面的主要故障是振動、軸承過熱、運(yùn)轉(zhuǎn)聲音異常等 。 電動機(jī)振動會加速電動機(jī)軸承磨損，使軸承的正常使用壽命大大縮短，同時繞組絕緣 將下降 。 軸承發(fā)熱，輕則使?jié)櫥♂屄┏?，重則將軸承損壞 ， 引起鐵心溫度急劇上升，燒毀槽絕緣、匝間絕緣，從面造成繞組匝間短路 ， 嚴(yán)重時會使定子鐵心倒槽、錯位、 轉(zhuǎn)軸磨損、端蓋報廢等。 運(yùn)轉(zhuǎn)聲音異常 的原因可能是轉(zhuǎn)子損壞、定轉(zhuǎn)子相擦、潤滑油嚴(yán)重缺少等。這些機(jī)械故障一般是由一些 潛在危害 因素積累發(fā)展而導(dǎo)致的，所以要在故障發(fā)生前 對其 監(jiān) 測并排除。 （ 2） 電氣故障 電動機(jī)的 電氣 故障 又 可分為對稱和不對稱 兩 大類。對稱故障有對稱過載、堵轉(zhuǎn)、三相短路等 ， 這類故障對電動機(jī)的損害主要是由于電流增大引起的熱效應(yīng) ，可通過流程度來反映。 電動機(jī)的不對稱故障 有 斷相、 三相 不平衡、匝間短路、相間短路、接地短路等 。不對稱故障不僅使電流增加，引起發(fā)熱而損害電動機(jī) ， 更重要的是不對稱引起的負(fù)序效應(yīng) 會 給電動機(jī)運(yùn)行帶 來隱患 ， 這類故障易形成事故擴(kuò)大 ， 造成電動機(jī)的嚴(yán)重?fù)p壞。 不對稱故障的明顯特征是電動機(jī)電流出現(xiàn)負(fù)序電流和零序電流。 電動機(jī) 不正常 運(yùn)行 狀態(tài)： 交流電動機(jī)不正常運(yùn)行狀態(tài)主要表現(xiàn)為： （ 1） 異常聲響。 （ 2） 異常升溫。 （ 3） 異常振動。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 基于單片機(jī)的高壓電動機(jī)保護(hù) 7 第三章 高壓電動機(jī)保護(hù)原理分析 高壓電動機(jī)保護(hù)的基本要求 為保證系統(tǒng)能安全、可靠的運(yùn)行， 對繼電保護(hù) 提出了四個基本要求： 選擇性 、 速動性 、 靈敏性 、 可靠性。 除此此外，對繼電保護(hù)裝置還要求具有經(jīng)濟(jì)性 和適用性，便于調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)。 高壓電動機(jī)是工業(yè)生產(chǎn)的一個關(guān)鍵設(shè)備，它的可靠運(yùn) 行對工廠的 生產(chǎn)安全、經(jīng)濟(jì)效益具有重大意義。 為保證系統(tǒng)和 高壓電動機(jī) 安全運(yùn)行，減少事故損失，繼電保護(hù)還應(yīng)滿足如下要求： 高靈敏度 要求能靈敏動作于 過流 、短路、接地、斷相故障。 高速度 電流速斷保護(hù)要求繼電保護(hù)具有高速度。 下面就高壓電動機(jī)的各種保護(hù)進(jìn)行簡單的介紹。 高壓電動機(jī)保護(hù)原理分析 電動機(jī)保護(hù)原理的研究決定了電動機(jī)智能保護(hù)器性能的高低，在查閱大量文獻(xiàn)之并經(jīng)過認(rèn)真仔細(xì)的分析對比后發(fā)現(xiàn)對稱分量法可以對交流電動機(jī)的三相電流進(jìn)行詳細(xì)的描述，非常適用于故障診斷。 當(dāng)發(fā)生對稱故障時，電動機(jī)繞組電流大 ，電機(jī)發(fā)熱嚴(yán)重特別容易燒毀電機(jī)。這類故障的主要特征是三相基本對稱，但同時出現(xiàn)過電流，故障的嚴(yán)重程度基本反應(yīng)在過電流的程度上，因此檢測過電流的程度可作為這類故障的判斷依據(jù)。 根據(jù)對稱分量法的分析，當(dāng)發(fā)生不對稱故障時電動機(jī)電流可以分解為正序、負(fù)序和零序電流分量 。以 A 相為例，對稱分量的計算公式如下： 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 基于單片機(jī)的高壓電動機(jī)保護(hù) 8 ? ?? ?? ? ??????????????????CBAA0CB2AA2C2BAA131αα31αα31IIIIIIIIIIII???????????? （ 31） 式 （ 31） 中， A1I? ， A2I? ， A0I? 分別是 A 相電流用對稱分量法分解所得的正序電流、負(fù)序電流、零序電流； 復(fù)數(shù) 算子 α=ej120176。 各序分量獨(dú)立存在，在不同分量的作用下，系統(tǒng)的各元件呈現(xiàn)出不同的特性。 在電動機(jī)正常運(yùn)行時，三相基本對稱，負(fù)序和零序電流分量基本為零，而一旦發(fā)生不對稱故障，則出現(xiàn)很大的幅值，以此鑒定不對稱故障有很高的靈敏度和可靠性。高壓電動機(jī)常見故障的分析結(jié)果如表 1 所示： 表 1 高壓電動機(jī)故障分布 故障類型 零序 負(fù)序 過電流 其他故障特征 保護(hù)特性 對 稱 故 障 過載 無 無 (~5)Ie IA≈ IB≈ IC 反時限 堵轉(zhuǎn) 無 無 (5~7)Ie IA≈ IB≈ IC 短時限 短路 無 無 (8~10)Ie IA≈ IB≈ IC 速斷 不 對 稱 故 障 非 接 地 斷相 無 3CI 03I IA=0， IB=﹣ IC 短時限 逆相 無 IA 無 IA≈ IB≈ IC 速斷 不平衡 無 有 無 IA≠ IB≠ IC 短時限 相間 短路 無 有 有 IB≈ ﹣ IC 速斷 接 地 單相 接地 3/I? 有 取決于位置 IAIB≈ IC 速斷 兩相 接地 3/I? 有 取決于位置 IB， IC IA=I0 速斷 注：單相故障設(shè) A 相為故障相；兩相故障設(shè) B、 C 相為故障相； I0表示故障前電流幅值 ， ∑ I=IA+IB+IC 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 基于單片機(jī)的高壓電動機(jī)保護(hù) 9 過流保護(hù) 三相電流過大、三相負(fù)荷過大、啟動時間過長、堵轉(zhuǎn)以及定子繞組一相斷線、不對稱短路、不對稱負(fù)荷、三相電源電壓不對稱等均可造成電流過大 ，從而使電動機(jī)過熱燒毀。隨著過電 流倍數(shù)的變化，定子繞組導(dǎo)體的溫升具有反時限特性。過流保護(hù)所針對的故障是各類短路故障及熱過載 ， 保護(hù)特性分別為短路速斷和過載反時限。 對異步電動機(jī)，轉(zhuǎn)子對負(fù)序電流和正序電流所表現(xiàn)的電阻之比為： R1/R2=KR=~6,這就是說 數(shù)值相同的負(fù)序電流的損耗近似于正序電流的損耗的 KR 倍 ， 若不考慮負(fù)序電流的熱效應(yīng)，在某些故障情況下，可能有時定子過流不是很大，但轉(zhuǎn)子溫度卻已達(dá)到危險值 ,所以為了對電動機(jī)提供更為全面，準(zhǔn)確的保護(hù)，本 論 文采用等效電流的方法，分別求出電動機(jī)電流的正序分量和負(fù)序分量，然后把負(fù)序電流的 熱效應(yīng)擴(kuò)大 K2 倍，求得一個等效電流，用這個等效電流作為電動機(jī)過負(fù)荷保護(hù)的計算電流，等效電流計算方法為： 222211 IKIKIeq ?? （ 32） 式 （ 32） 中 ： K K2 為 正、 負(fù)序電流發(fā)熱等效系數(shù) , K1 在啟動過程內(nèi)為 ，啟動結(jié)束后為 1， K2=3~10， 一般取 6； I I2 是電動機(jī)電流正 、負(fù)序分量 。 根據(jù)等效電流將 過流保護(hù)分為 3 段 ： eeqII 大于 8 時 ， 保護(hù)特性為速斷 ， 針對的是短路故障； eeqII 在 5~8 時 ， 保護(hù)特性為 反時限 速斷 ， 針對的是堵轉(zhuǎn) 故障 ； eeqII 在 ~5 時 ， 保護(hù)特性為反時限過流 ， 針對的是 過負(fù)荷 。 負(fù)序電流保護(hù) 電源電壓不對稱、外部不對稱短路、定子一相斷線等故障均會引起負(fù)序電流 I2。 這將會使電動機(jī)運(yùn)行性能惡化，輸出轉(zhuǎn)矩、過載能力和效率降低，并且有局部過熱燒壞的危險。 本文采用兩段式定時限負(fù)序電流保護(hù) ， 作為電動機(jī)斷相、不平衡運(yùn)行、定子繞組或引出線不對稱相間短路、 定子繞組匝間廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 基于單片機(jī)的高壓電動機(jī)保護(hù) 10 短路的主保護(hù)。 兩相短路時， 兩段定時限負(fù)序電流保護(hù)： 為使負(fù)序電流保護(hù)第一段可靠地工作，整定為： 定值 ? = )2(I，延時 t1固定為 1s。 在電動機(jī)正常運(yùn)行及起動過程中，允許三相電壓之間有持續(xù)性的 5%以內(nèi)的誤差，此時會出現(xiàn)較長時間的負(fù)序電流 I2，應(yīng)保證負(fù)序電流保護(hù)第二段可靠地不動作，為此 ? =（ ~） Ie，延時 t2一般 可 整定 為 3s。 另外必須校驗(yàn) ? 的值大于 ? 的值 ， 以確保在電動機(jī)起動過程中負(fù)序電流第一段可靠地不動作。 零序電流 保護(hù) 零序保護(hù)即接地保護(hù)，當(dāng) 3 倍零序電流 大于保護(hù)的動作電流時 ， 經(jīng)短延時 保護(hù)出口動作， 發(fā)出接地信號或跳閘 。 對我國 3kV、 6kV、 10kV 電網(wǎng)大多數(shù)是變壓器中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng) ， 保護(hù)通常只需發(fā) 出 接地信號 ， 不跳閘。零序電流保護(hù)的短延時可整定為 ~。對 3kV、 6kV、10kV 電網(wǎng)中的少數(shù)變壓器中性點(diǎn)經(jīng)高阻接地的電網(wǎng) ， 保護(hù)動作 于跳閘 ， 其動作電流應(yīng)躲過電動機(jī)在起動過程中由于三相電流不完全對稱而出現(xiàn)的 3倍不平衡零序電流 ， 延時整定為 ， 以此延時來躲過相間短路對零序電流保護(hù)的影響 。 電壓保護(hù) 電壓保護(hù)主要有以下兩種情況： 過 電 壓保護(hù) 電動機(jī)繞組是用固體介質(zhì)來絕緣，沖擊絕緣水平很低，特別在電 動 機(jī)導(dǎo)線出槽處，由于電場極不均勻，在過電壓作用 下 ，會受輕微損傷，使絕緣老化，引起擊穿。 為此配置 過 電 壓保護(hù)為：輕微過壓時延時跳閘將電 動 機(jī)從電網(wǎng) 切除 ； 嚴(yán)重過 電 壓 時 應(yīng)立即跳閘以防止電動機(jī)繞組間絕緣材料擊穿，導(dǎo)致嚴(yán)重事故。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 基于單片機(jī)的高壓電動機(jī)保護(hù) 11 低電 壓保 護(hù) 電動機(jī)的 低電 壓保護(hù)是一種輔助性保護(hù)，一般用于 下列 電動機(jī)： （ 1） 當(dāng)電源電壓短時降低或中斷后，根據(jù)生產(chǎn)過程不需要自啟動的電動機(jī)或?yàn)楸ＷC重要電動機(jī)啟動而 需要斷開的次要電動機(jī)上應(yīng)裝設(shè) 低電壓 保護(hù)，其動作時限應(yīng)在滿足選擇性條件下先取最小值，一般整定為 ~,為保證重要電動機(jī)自啟動有足夠電壓，保護(hù)裝置的動作電壓多整定為額定電壓的60%~70%。 （ 2）需要自啟動，但為保證人身和設(shè)備安全或由生產(chǎn)工藝等要求，在電源電壓長時間消失后不允許再啟動的電動機(jī)也應(yīng)裝設(shè) 低電 壓 保護(hù)，但其動作時限應(yīng)足夠大，一般整定為 5~10s，其動作電壓多整定為額定電壓的40%~50%。 過熱保護(hù) 三相定子繞組的短路、斷路 ， 三相定子繞組接錯 ， 軸承及定子與轉(zhuǎn)子鐵芯相摩擦等都會導(dǎo)致電動機(jī)過熱。 三相異步電動機(jī)損壞多因其過熱燒毀所致。電動機(jī)的繞組溫度過高還會損壞繞組絕緣，縮短電動機(jī)的壽命。因此很有必要對電動機(jī)的繞組溫度進(jìn)行監(jiān)控，采取一定措施保證電動機(jī)工作在正常的溫升范圍之內(nèi)。 另外，有時候也會出現(xiàn)電動機(jī)因長時間運(yùn)行等原因即使電壓、電流在正常范圍內(nèi)，但電動機(jī)的溫度確實(shí)達(dá)到了極度危險的數(shù)值，過熱保護(hù)可直接根據(jù) 電動機(jī)的溫度狀況做出保護(hù)動作，使其 對電動機(jī)的保護(hù)更為全面，確保 設(shè)備的安全。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 基于單片機(jī)的高壓電動機(jī)保護(hù) 12 第四章 硬件電路設(shè)計 微機(jī)保護(hù)的基本原理及其特點(diǎn) 微機(jī)保護(hù)的基本原理 微機(jī)保護(hù)主要由 計算機(jī) 、輸入輸出接口、人機(jī)聯(lián)系、軟件等構(gòu)成。在微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)中，輸入量的電氣量經(jīng)過采樣和模數(shù) 轉(zhuǎn)換 所形成的離散數(shù)字信號傳送到 中央處理器 ，根據(jù)該保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)具有的功能進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)值分析、運(yùn)算和判斷，最終輸出跳閘與否的命令，或同時輸出計算結(jié)果，以實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)功能。 微機(jī)保護(hù)的特點(diǎn) 微機(jī)型繼電保護(hù)裝置的普遍特點(diǎn)可歸納為：維護(hù)調(diào)試方便，具有自動檢測功能 ； 可靠性高，具有極強(qiáng)的綜合 分析和判斷能力，可實(shí)現(xiàn)常規(guī)模擬保護(hù)很難做到的自動糾錯，即自動識別和排除干擾，防止由于干擾而造成的誤動作，并具有自診斷能力，可自動檢測出保護(hù)裝置本身硬件系統(tǒng)的異常部分；保護(hù)裝置自身的經(jīng)濟(jì)性、可擴(kuò)展性強(qiáng)，易于獲得附加功能；保護(hù)裝置的性能得到很好 的 改善，具有較高的運(yùn)算和大容量的存儲能力等等。 微機(jī)保護(hù)裝置的構(gòu)成 微機(jī)保護(hù)裝置 是 以 CPU 為核心，根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所采集到的實(shí)時狀態(tài)數(shù)據(jù)，檢測設(shè)備是否發(fā)生故障以及故障的性質(zhì)、范圍等，并據(jù)此做出是否需要跳閘或報警等判斷的一種安全裝置。 微機(jī)保護(hù)硬件系統(tǒng)包括數(shù)據(jù) 處理 單 元、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù) 字 量輸入 /輸出接口單元和人機(jī)接 口 單元四個部分， 如圖 41 所示 ： 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 基于單片機(jī)的高壓電動機(jī)保護(hù) 13 模擬電氣量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)微 處 理 器C P U開 關(guān) 量 輸 入 接 口開 關(guān) 量 輸 出 接 口執(zhí) 行 元 件人機(jī)交互系統(tǒng)顯 示 器打 印 機(jī)輸 出鍵 盤 輸 入 圖 41 微機(jī)保護(hù)裝置的硬件系統(tǒng)原理框圖 微機(jī)保護(hù)裝置的軟件部分主要包括：初始化模塊、數(shù)據(jù)采集管理模塊、故障計算模塊、故障檢出模塊以及保護(hù)功能模塊等等。 硬件設(shè)計概述 電動機(jī)的運(yùn)行環(huán)境及其故障特點(diǎn) 對電動機(jī)智能保護(hù)器提出如下要求： 抗高溫、低溫能力強(qiáng) 保護(hù)器系統(tǒng)電