基于变频母线的电动机保护设计

周德飞

新疆伊犁河流域开发建设管理局 新疆伊宁市835000

摘要：泵站属于中国水利工程建设之中的重要组成，发挥了供水、调水等作用，承担着十分重要的责任。泵站属于为整个城市提供给排水、为乡村的农业灌溉用水以及工业、航运等进行服务的，具备社会性质的事业，在现阶段的水资源管理工作以及水资源调度工作之中具备关键意义。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。

关键词：变频母线；电动机保护；设计

引言

现阶段，中国具有很多种类别的固定灌排泵站，这些泵站在中国的社会经济发展进程中具备十分关键的作用，同时推进了中国社会经济的发展，为相应部门带来了显著的经济收益。但是，因为长时间的运行与缺少相应的维护管理，很多水利工程中泵站开始出现缺陷，同时具有老化的趋势，存在的缺陷较多。泵站运行时间与城市日用水量有很大关系，当城市用水量较低时，泵站运行效率较低下。为了满足节能减排需求，供水泵站大部分采用变频运行方式。当用水量较小时，泵组可在较低频率下运行，以达到节能减排的目的。由于变频器昂贵，对占地面积、散热及消防要求较高，因此变频母线的应用日渐广泛。然而传统的保护配置在含有变频母线的接线模式下很难适应电动机保护，尤其对于变频幅度范围较宽的供水电动机，不能有效保证电动机运行的安全。

1水利工程之中泵站运行分析

1.1泵站的地位

泵站在进行引水与灌溉的工作进程中，主要用来解决处理当地的缺水情况以及干旱状况；在预防洪水以及排涝工作进程中，泵站的主要职责就是保护城市与乡村避免遭受到洪水灾害，保护广大人民群众的生命安全以及财产安全，实现人民群众可以在遇到洪水灾害时将所遭受的损失降低到最小；在保护生态环境中，泵站可以促使一部分干旱的荒漠地区获取相应的绿化改善，整改黄沙漫天的状况。

1.2泵站构成

在泵站之中最为关键的设备就是电动机及水泵，这两者都属于主机组范围之内。进水的管道以及构筑物为进水工作提供了十分便捷的条件。泵房主要是用来装备安置电动机、水泵等其他的辅助类型的设施构筑物，辅助类的设备主要包含计量、冲水、起重等设备，泵站之中最为主要的设备与辅助类型的设备相互配合，可以高效保障泵站机可以有效平稳与安全的运行，从而达成排水的任务目标。

1.3电动机保护的基本配置

根据GB50055—2011《通用用电设备配电设计规范》第2.3节“低压电动机的保护”的要求，低压电动机保护基本配置的要求如下。（1）应装设短路保护和接地保护。（2）运行中容易过载的电动机、起动或自起动条件困难而要求限制起动时间的电动机，应装设过载保护。连续运行的电动机宜装设过载保护。（3）连续运行的三相电动机，当采用熔断器保护时，应装设断相保护；当采用低压断路器保护时，宜装设断相保护。根据以上要求，并结合通常情况，本文将按照电动机装设短路保护、接地保护、过载保护及断相保护的原则进行保护电器的选择。

2厂用电动机的保护

2.1压厂用电动机保护

中压厂用电动机一般采用微机型电动机综合保护装置来实现以上保护。电动机电流速断保护的动作电流按躲过电动机的启动电流计算。为了躲过启动电流并确保正常运行具有较高的灵敏度，速断保护经常采用启动和运行时的整定值分别整定的方案。启动时间按躲过最长的启动时间整定，启动时的电流整定值按躲过电动机启动电流整定，运行时的电流整定值按躲过自启动电流和区外出口短路时电动机最大反馈短路电流整定。差动继电器的动作电流应按躲过电动机的额定电流来整定。对采用熔断器+接触器（F+C）回路的电动机，综合保护装置的保护动作出口为跳接触器。此时应注意接触器的分断电流，如果短路电流大于接触器的分断电流，应闭锁保护装置的速断保护出口，由熔断器动作完成速断保护。

2.2低压厂用电动机保护

断路器或断路器与操作设备组成的保护回路，可用断路器本身的短路脱扣器作为相间短路保护。对远距离供电的低压电动机，相间短路保护灵敏度不满足要求时，可以加大电缆截面，降低电缆阻抗，提高短路电流使用马达保护器时需要考虑输出继电器触点与接触器容量的匹配，而接触器容量要与电动机容量的匹配，所以使用时要考虑与被控电动机容量的匹配。电动机保护器辅助电源如果直接取自母线，在母线发生过电压时容易损坏接触器线圈及控制电路中的其他元件，为提高控制电路的可靠性，可以将辅助电源电能通过隔离变压器，将一、二次系统隔开。对于重要电动机回路，可在控制回路中增加低电压延时释放措施，已避免外部故障导致的短时低电压造成电动机停运。交流润滑油泵电源的接触器，应采取低电压延时释放措施。因此在重要电动机回路，特别是塑壳断路器+热继+接触器回路，应增加延时继电器等措施。

3基于变频母线的电动机保护设计

3.1工频母线段保护配置

电动机在工频运行状况下配置速断保护作为主保护，首先动作于母联断路器，若泵站分列运行，则直接动作于电动机出口断路器；配置过流段作为后备保护，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用于保护电动机内部绕组。电动机出口断路器不动作时，由电动机的后备保护进线断路器动作切除故障。当电动机变频运行时，保护将成为一个难点。变频工况下的速断保护存在误差，保护范围较大，保护范围从发电机出口断路器到电动机，变频器的保护由变频器本体完成。

3.2常规变频电动机的保护配置

变频电动机的保护配置是一大难点，大部分采用宽频保护单元，以便在较宽频率完成对变频电动机的保护。该保护装置采集工频段电流、电压，以及变频段电流、电压。变频器出线回路设变频器保护装置，接入变频器上端保护、测量电流、工频母线电压的同时，接入变频器下端保护、测量电流、变频母线电压用于保护变频器及变频工况下的电动机，当出现故障时，同时跳变频器进线开关和电动机变频母线侧进线开关；另外，工频保护按常规配置。

3.3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。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

通过对变频器结构的分析，采用工频普通型保护有效解决了变频母线下一拖多的保护配置问题。该保护配置方式已在相关工程使用，效果良好，为以后此类工程提供了有效的借鉴。

参考文献

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