电动机低电压保护研究

王鑫铎

摘要：为了减少变频器的使用数量，变频母线便成为了设计的新方向，而随之在同一台电动机启动运行过程中出现了变频器保护和电动机保护功能分配不清的问题，此工况下的电动机保护成为了研究的一个重点。通过分析两种保护配置原理，有效解决变频母线下的电动机保护问题。本文就PT柜二次线路保护空气断路器跳闸导致线路电动机低电压保护动作跳闸，进而引起整段线路跳闸失电的故障，简要说明了电动机低电压保护的作用、原理，并提出了改进措施。

关键词：电动机;低电压;保护

引言

大多数电动机（尤其是大型高压电动机）均配有低电压保护装置，低电压保护作为电动机的后备保护起着保护设备、保障重要电机正常启动等重要作用。但是炼铁、炼钢、热轧、冷轧等重要生产部门中，生产装置多为一级负荷。生产一线的设备，电压波动，电机不能被切断;停电故障，电机必须尽快投入运行，把故障影响范围缩到最小。10kV供电系统操作频繁、振动大，很容易受接地、短路、断路等因素影响发生电压波动、电压信号丢失等故障，切断电机，进而扰乱正常的生产秩序，造成巨大经济损失。

1常规电动机保护配置

电动机作为供水泵站最关键的电气设备，安全性非常高。现在越来越多的供水泵站为长距离、高扬程泵站，电动机也多采用6kV或10kV中压电动机。中压电动机保护主要配置定子绕组相间短路保护、单相接地保护、低电压保护等，当电动机功率大于2000kW时还应配置差动保护。电动机额定电压为10kV，容量为1600kW。电动机配置速断保护作为主保护，直接动作于电动机出口断路器;配置过流II段保护作为后备保护，延迟动作于电动机出口断路器;配置低电压保护直接动作于进线断路器;配置定子绕组相间保护，保护电动机内部绕组;单相接地故障率较高，故配置单相保护。

2低电压保护的作用

2.1保护电动机

电网电压降低时，电网所带异步电动机转速下降，电流上升。为保护电动机设备不被烧损，当电网电压低于电动机额定电压时，低电压保护动作跳闸。

2.2保持电网电压平衡

电网电压降低时，电网所带异步电动机转速下降，而当电网电压恢复时，大量电动机同时恢复转速，使母线电压恢复时间延长。

2.3切斷不自启电动机

根据生产工艺流程或者所带设备特点，切断不允许自启动电机，如风机电动机、棒磨机电动机等软启电机。

3低电压保护的实现

低电压保护的实现方法有失压线圈、失压脱扣器、晶闸管结合电容电路、电压测量回路结合单片机等。通常失压线圈、失压脱扣器、晶闸管结合电容电路投用于低压电力系统甚至民用充电装置中，电压测量回路结合单片机通常投用于中高压回路中。

3.1失压线圈

系统电压波动、出现低电压时（低电压来临，低于一定值时），其吸持线圈自动释放，不需要安装专门的低电压保护装置。它的优点是接线简单、维护方便;缺点是动作电压和时间不能根据需求整定，抗电网波动能力差。

3.2失压脱扣器

失压脱扣器是电子脱扣器的一种，通常并联在断路器的电源测，可起到欠压及零压保护的作用。电源电压正常时扳动操作手柄，断路器的常开辅助触头闭合，电磁铁得电，衔铁被电磁铁吸住，自由脱扣机构才能将主触头锁定在合闸位置，断路器投入运行。当电源侧停电或电源电压过低时，电磁铁所产生的电磁力不足以克服反作用力弹簧的拉力，衔铁被向上拉，通过传动机构推动自由脱扣机构使断路器掉闸，起到欠压及零压保护作用。

3.3电压测量回路结合单片机

通过电压测量回路将取样电压与单片机中设定值进行比较，欠压、过压等保护均可实现。该方法的电压动作值和动作时限可根据生产特点整定。

4低电压保护的整定

电网电压波动、出现低电压时，系统中所带电动机的转速下降，而当电压恢复时，大量电动机同时自启动，拉低母线电压，瞬间电流增大，延长母线电压恢复时间，甚至会使母线进线开关跳闸，自启动失败。为保证重要电动机（或设备）的自启动，在不重要电动机上（或根据生产工艺需求）加装低电压保护。通常动作电压整定为0.6～0.7倍的额定电压，0.5s延时动作，跳开电动机。

5低电压保护改进措施

低电压保护是高压供电系统的主保护单元，传统低电压保护方式是当电网电压低于额定电压30%时，继电保护装置动作，被保护设备开关跳闸。保护装置更改前：电网电压低于额定电压30%，延时0.4s，电网电压仍低于额定电压30%，继电保护装置动作，被保护设备进线开关跳闸。保护装置更改后：电网电压低于额定电压30%，如果一次电流正常，被保护设备进线开关不动作，如图2所示;电网电压低于额定电压30%，如果一次电流为零，延时4s，电网电压仍低于额定电压30%，被保护设备进线开关动作跳闸。

6改进保护配置

常规的变频电动机大部分采用宽频电动机保护装置，但此保护装置仍存在误动可能，为此有必要根据变频器特点提出一种新的保护理念，让常规保护完成对变频电动机的保护。变频器由隔离变、IGBT、电抗器组成。如果采用线路保护或变压器保护，保护范围可延伸到隔离变二次侧，IGBT及电抗器的保护由变频器本体实现，那么在保护整定计算时，所有的保护装置均为工频保护，对整定本身降低了很大难度。（1）在变频器馈线回路中配置变压器保护，保护范围为母线到变压器二次侧。（2）变频器保护由变频器本体完成，保护范围从IGBT至电动机进线。（3）电动机工频段配置电动机保护，保护范围为工频下电动机。改进后的保护，解决了频率改变下的保护问题，使保护装置全部为工频下的常规保护，同时解决了隔离变保护问题，在采用变频率保护装置时，变频器隔离变仍处在工频工作状态，变频器是无法保护隔离变的。

结束语

所有10kV供电系统低电压保护装置进行改造后，加装电流监测装置，联系保护装置厂家更改保护程序，同时协同相关部门调整保护定值。跳闸判断逻辑为“无压有流，开关不动;无压无流，开关动作”。设备改造后取得良好效果，配电系统5段母线低电压，由于电机设备加强防范低电压保护动作的措施，供电系统运行正常，电网电压波动未造成高压电机掉电，未发生断浇等生产问题。

参考文献

[1]孙金伯.低电压保护的实现方法与整定[J].中国设备工程，2005（11）：28-29.

[2]王敏.低电压保护的实现方法与整定[J].大众用电，2009（4）：31-32.