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1、第6期工矿自动化No.62009年6月IndustryandMineAutomationJun.2009文章编号:1671-251X(2009)06-0046-04基于热模型的电动机灵敏过载保护12卢庆港,乐晓蓉(1.上海宝钢安大电能质量有限公司,上海201901;2.苏州工艺美术职业技术学院,江苏苏州215104)摘要:常规电动机保护采用反时限过流继电器实现过载保护功能,但反时限过流继电器无法实现电动机轻微过载检测及频繁过载运行时的保护。针对上述问题,文章提出了一种基于热模型的电动机灵敏过载保护方案,分析了热过负荷的数学模型和实现原理,采用热保护整定方法
2、给出了相关时间参数的计算以及轻微过载灵敏保护的解决方法。实例应用表明,通过合理设置相关参数,基于热模型的电动机灵敏过载保护能够实时跟踪电动机运行中的热积累状态,灵敏检测轻微过载工况,有效避免电动机过热运行的现象。关键词:电动机;热模型;轻微过载;灵敏保护中图分类号:TM307.3文献标识码:A为模拟散热过程。0引言[1]由于电动机的发热由Ieq产生的总铜损引起,作为现代工业生产的重要设备,电动机经常由式(1)可变换为2-t/τ-t/τ于保护装置的拒动而烧毁,或者由于保护装置的误At=K×(1-e)+A0×e(2)动跳闸而中断生产过程,并且由于设计制造中采用
3、式中:At为当前热状态;A0为过程转换之前的“极限设计”,使得电动机的热容量和耐热限度急剧上次过程的热态终值;K=Ieq/Ith,为等效电流Teq下降。为了确保电动机的安全运行,必须改善继电与热保护电流整定值Ith的比值。保护性能。常规反时限过流继电器虽然能够实现过由于电动机的实际运行电流变化复杂,上述过[2～3]载保护功能,但由于保护原理的缺陷,无法实现电动程在微机保护中需定时计算、更新A0。考虑到机轻微过载检测以及频繁过载运行时的保护。本文负序电流I2的发热效应,等效电流以及动作时间的结合工程实例,深入分析了热模型保护的原理及其计算公式为在电动机灵敏过
4、载保护中的应用,并给出了整定计I22eq=Irms+KI2(3)算方法。I2eq-A0Ith1电动机的热模型分析t=T×ln2(4)Ieq-1Ith电动机绕组发生过热时,温度θ的变化规律式中:Irms为三相电流中的最大有效值;K为负[1]为序发热系数;A0为电动机的初始热状态;时间参数-t/τθ=θ0+(θeq-θ0)×(1-e)T的取值规则:T=T1为Ith2Ith时的过负荷时间常数;式中:θ为当前温度;θ0为初始温度;θeq为电流为T=Tr为断路器断开时
5、的冷却时间常数。等效电流Ieq时对应的等效温度;τ为电动机的发热图1显示了电动机在“启动→正常运行→过载-t/τ-t/τ时间常数;θeq×(1-e)为模拟发热过程;θ0×e运行→正常运行→断路器分闸”一个完整运行过程中的电流和热状态波形。收稿日期:2009-02-10作者简介:卢庆港(1978-),男,2001年毕业于东北电力大学,2热模型保护应用现为安徽大学电能质量测试与控制专业在读工程硕士研究生,就职为了保障电动机安全可靠地运行,需要投入于上海宝钢安大电能质量有限公司,主要从事厂矿企业的供配电自[1,4]动化系统设计、集成以及项目管理工作。Tel:02
6、1-56391025;多种电流保护功能,不同保护功能间的配合如E2mail:luqinggang@263.net图2所示。2009年第6期卢庆港等:基于热模型的电动机灵敏过载保护·47·转时的精确动作时间如表1所示。表1不同热初始状态堵转时的动作时间表电流/初始状态电流/初始状态倍数A=0A=0.64倍数A=0A=0.641.1525.4299.6335.313.2(a)电流波形1.25306.5148.4419.47.11.5176.375.9512.24.51.75118.648.368.53.1286.334.076.22.2从表1可看出,由于将故障
7、时刻之前的热状态(b)热状态波形A0作为计算参数,在相同故障电流下保护的动作时图1电动机运行过程中的电流和热状态波形间大大缩短,避免了电动机的长时间过载运行,保证了电动机的安全、可靠运行。利用Matlab模拟电动机在“启动→正常运行→第一次过载→正常运行→第二次过载→正常运行→断路器分闸”不同状态连续运行时,热模型跟踪电动[5]机的电流和热状态变化曲线如图3所示。图2电动机常规电流保护曲线从图2可看出,低倍数的过载由热过负荷保护实现。但在实际工程应用中,由于电动机参数差异较大,许多国产电动机无法提供热临界曲线,只能提(a)电流波形供启动时间、启动电流、额定
8、功率、额定电流等常规参数,导致热过负荷保护整定工作困难。具体的热保
