CN100385763C - 一种交流电动机热过载保护的数字化实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种对电动机热过载事故的保护方法。一种交流电动机热过载保护的数字化实现方法，步骤：保护装置上电后计算I_n ²τ₁/mΔt、0.75(I_n ²τ1/mΔt)、0.5(I_n ²τ1/mΔt)和τ₁/τ₂的值；实时采集电动机机端的电流值并计算正序电流和负序电流，判断正序电流是否大于0.06倍的电流互感器二次侧额定电流值并确定电动机是在启动状态、运行状态还是停转状态；分别计算各状态的形式热量值；累积各状态的形式热量值；判断累加后的值是否大于等于I_n ²τ₁/mΔt来决定是否停止电动机；电动机停转后继续累加形式热量值；判断形式热量值是否小于0.5(I_n ²τ₁/mΔt)来决定是否允许再启动电动机。本方法采用了采样多次、计算一次形式热量的方法，大大减少了电动机数字保护装置的实时计算量，降低了对电动机数字保护装置运算速度的要求。

Description

一种交流电动机热过载保护的数字化实现方法

技术领域：

本发明涉及一种对电动机热过载保护的数字化实现方法。

背景技术：

传统的电动机热过载保护的实现方法中，对热过载故障的计算、判断和保护往往采用采样一次计算一次的方法来进行，这种方法对电动机保护设备的采样和运算速度要求很高，而且对电动机发热量的计算方法难于用数字化设备实现。本发明所涉及的保护方法采用采样多次、计算一次形式热量、并将与形式热量有关的判据参数放在实时采样计算前进行计算的方法。该方法大大减少了电动机数字保护装置的实时计算量，降低了对电动机数字保护装置运算速度的要求，适合于数字设备实现。

发明内容：

为了克服现有的电动机热过载保护方法对保护设备的采样和运算速度要求高、使用不方便的缺陷，提供一种对保护设备的采样和运算速度要求不高、使用方便的交流电动机热过载保护方法。本方法的步骤如下：电动机保护装置上电，第一步101；分别计算

和

的值，第四步104，τ₁为发热时间常数，τ₂为散热时间常数，τ₁和τ₂在电动机出厂时为定值；m为正整数，m的值为2至20之间；每间隔时间Δt通过电流互感器采集电动机机端的电流值，第二步102；每间隔时间mΔt计算电动机的正序电流和负序电流一次，第三步103；判断正序电流是否大于0.06倍的电流互感器二次侧额定电流值I_n，第五步105；第五步105的结果为是，则判断电动机是否工作在启动时间内，第七步107；第五步105的结果为否，则按照电动机停转状态计算间隔时间mΔt内的形式热量值，第六步106；第七步107的结果为是，则按照电动机启动状态计算时间间隔mΔt内的形式热量值，第八步108；第七步107的结果为否，则按照电动机运行状态计算间隔时间mΔt内的形式热量值，第九步109；第八步108、第九步109和第六步106的结果都送去累加形式热量值(把每次运算所得的形式热量值累加起来，若结果为负，则将结果置零)，第十步110；判断第十步110计算出的累加后的形式热量值是否大于等于已计算出的

值，第十一步111；第十一步111结果为否，则判断第十步110计算出的累加后的形式热量值是否大于等于已计算出的

值，第十二步112；第十二步112结果为否，则返回第二步102的起始端；第十二步112的结果为是，则通过报警装置报警，第十四步114，并返回第二步102的起始端；第十一步111的结果为是，则使电动机停止工作，第十三步113；第十三步(113)使电动机停止工作后，再每间隔时间Δt通过电流互感器采集电动机机端的电流值，第十五步115；每间隔时间mΔt计算电动机的正序电流和负序电流一次，第十六步116；完成第十六步(116)的计算后，再按照电动机停转状态计算间隔时间mΔt内的形式热量值，第十七步117；再累加第十七步(117)计算的形式热量值，第十八步118；判断第十八步118计算出的累加后的形式热量值是否小于已计算出的

值，第十九步119；第十九步119结果为否，则返回第十五步115的起始端；第十九步119结果为是，则允许电动机再启动，第二十步120，并返回第二步102的起始端。本发明的保护方法在于，采样多次、计算一次形式热量，且形式热量计算简单、并将与形式热量有关的判据参数放在实时采样计算前进行计算。该方法大大减少了电动机数字保护装置的实时计算量，降低了对电动机数字保护装置运算速度的要求，而且在对电动机的发热判断中考虑到了启动状态、运行状态及停转状态对电动机热过程的影响，因此能真实全面地反映电动机工作发热的全过程，适合于数字设备实现，判断非常准确、使用方便，具有较大推广价值。

附图说明：

图1是本发明方法的流程示意图。

具体实施方式：

具体实施方式一：下面结合图1具体说明本实施方式。本实施方式的步骤如下：电动机保护装置上电，第一步101；分别计算和

的值，第四步104；每间隔时间Δt通过电流互感器采集电动机机端的电流值，第二步102；每间隔时间mΔt计算电动机的正序电流和负序电流一次，第三步103；判断正序电流是否大于0.06倍的电流互感器二次侧额定电流值I_n，第五步105；第五步105的结果为是，则判断电动机是否工作在启动时间内，第七步107；第五步105的结果为否，则按照电动机停转状态计算间隔时间mΔt内的形式热量值，第六步106；第七步107的结果为是，则按照电动机启动状态计算时间间隔mΔt内的形式热量值，第八步108；第七步107的结果为否，则按照电动机运行状态计算间隔时间mΔt内的形式热量值，第九步109；第八步108、第九步109和第六步106的结果都送去累加形式热量值(把每次运算所得的形式热量值累加起来，若结果为负，则将结果置零)，第十步110；判断第十步(110)计算出的累加后的形式热量值是否大于等于已计算出的

值，第十一步111；第十一步111结果为否，则判断第十步(110)计算出的累加后的形式热量值是否大于等于已计算出的值，第十二步112；第十二步112结果为否，则返回第二步102的起始端；第十二步112的结果为是，则通过报警装置报警，第十四步114，并返回第二步102的起始端；第十一步111的结果为是，则使电动机停止工作，第十三步113；第十三步(113)使电动机停止工作后，再每间隔时间Δt通过电流互感器采集电动机机端的电流值，第十五步115；每间隔时间mΔt计算电动机的正序电流和负序电流一次，第十六步116；完成第十六步(116)的计算后，再按照电动机停转状态计算间隔时间mΔt内的形式热量值，第十七步117；再累加第十七步(117)计算的形式热量值，第十八步118；判断第十八步(118)计算出的累加后的形式热量值是否小于已计算出的

值，第十九步119；第十九步119结果为否，则返回第十五步115的起始端；第十九步119结果为是，则允许电动机再启动，第二十步120，并返回第二步102的起始端。

电动机的启动时间，即电动机从启动到正常运行的时间长度，可以用实验测定的方法预先测出，将该时间长度存入控制电路中。在第十五步105的过程中，当正序电流大于0.06倍的电流互感器二次侧额定电流值I_n时，启动定时器，利用定时器计时，将定时器的计时时间与电动机启动时间进行比较，如果正序电流大于0.06倍的电流互感器二次侧额定电流值，而且定时器的计时时间小于电动机启动时间，则认为电动机目前处于启动状态；如果正序电流大于0.06倍的电流互感器二次侧额定电流值，而定时器的计时时间大于等于电动机启动时间，则认为电动机处于运行状态，接着停止定时器计时，并将定时器清零；第八步108计算电动机启动过程的形式热量值、步骤109计算电动机运行过程的形式热量值及第六步106和第七步117计算电动机停转状态的形式热量值要通过正序电流I₁和负序电流I₂的等效电流I_eq的值来模拟电动机的热过程：

$I_{\mathrm{eq}}=\sqrt{K1\×I_1^2+K2\×I_2^2}---\left(1\right)$

式中，K1是正序电流系数；K2是负序电流系数。K1的值决定于电动机的运行状态：在电动机启动过程中K1＝0.5，这样可使热过载保护躲过电动机巨大的启动电流；在启动完成后(处于运行过程)或停转状态，K1＝1。因为负序电流的热效应远高于正序电流，所以K2的值一般取为3～10，通常为6。

(一)电动机保护装置上电后，执行初始化程序，读取用户设定值，包括电动机机端电流互感器二次侧额定电流值(电动机保护器额定电流值)I_n、正序电流系数K1、负序电流系数K2、发热时间常数τ₁散热时间常数τ₂等；若用户没有进行设定，则读取上述各量的缺省值。然后计算

1.05²I_n ²和

的值(m的值一般可在2至20之间)。式中，τ₁为发热时间常数，即电动机处于启动状态和运行状态时的热时间常数；τ₂为散热时间常数，即电动机处于停转状态时的热时间常数。τ₁和τ₂在电动机出厂时就已经确定。区分τ₁和τ₂的目的，是为了准确区分电动机的不同运行状态对热累积值的不同影响。I_n是电动机机端电流互感器二次侧额定电流值。

(二)电动机保护设备检测到电动机处于启动状态和运行状态时，按下式计算在时间间隔mΔt内的形式热量Q_j

$Q_j=I_{\mathrm{eqk}}^2-{1.05}^2{I}_n^2---\left(2\right)$

式中，I_eqk-按照第k次采样得到的实际电流计算的等效电流值；

I_n-电动机机端电流互感器二次侧额定电流值。

将式(1)代入上式，有

$Q_j=K1\×I_1^2+K2\×I_2^2-{1.05}^2{I}_n^2---\left(3\right)$

式(3)中，在电动机处于启动状态和运行状态时计算形式热量所用的正序电流系数K1的值是不同的：电动机处于启动状态，K1＝0.5；电动机处于运行状态，K1＝1；I₁、I₂分别为电动机机端的正序电流、负序电流。

(三)保护设备检测到电动机处于停转状态时，按下式计算电动机在时间间隔mΔt内的形式热量Q_n

$Q_n=\frac{{\mathrm{\τ}}_1}{{\mathrm{\τ}}_2}(I_{\mathrm{eqk}}^2-{1.05}^2{I}_n^2)---\left(4\right)$

式中，

是已经计算出的。将式(1)代入上式，有

$Q_n=\frac{{\mathrm{\τ}}_1}{{\mathrm{\τ}}_2}(K1\×I_1^2+K2{\×I}_2^2-{1.05}^2{I}_n^2)---\left(5\right)$

式(5)中，电动机处于停转状态，K1＝1。

(四)保护设备将计算得到的形式热量进行累加，若累加值为负，则将累加值置为零。然后按下式进行热过载动作判断

$Q_j+Q_n\≥\frac{I_n^2{\mathrm{\τ}}_1}{\mathrm{m\Δt}}---\left(6\right)$

即满足上式，认为电动机达到热过载动作值。

按下式进行热过载报警判断

$Q_j+Q_n\≥0.75\frac{I_n^2{\mathrm{\τ}}_1}{\mathrm{m\Δt}}---\left(7\right)$

即满足上式，认为电动机达到热过载报警值。

(五)电动机停转后，根据电动机可连续启动两次的原则，电动机每次启动前，其热积累值不应大于50％热跳闸值。因此，当热过载保护动作以后，保护装置仍继续计算形式热量。然后按下式进行再启动判断

$Q_j+Q_n<0.5\frac{I_n^2{\mathrm{\&tau;}}_1}{\mathrm{m\&Delta;t}}---\left(8\right)$

即满足上式，认为电动机可以再启动。

Claims (1)

1.一种交流电动机热过载保护的数字化实现方法，其特征在于它通过以下步骤完成：电动机保护装置上电，第一步(101)；分别计算

和

的值，第四步(104)，τ₁为发热时间常数，τ₂为散热时间常数，τ₁和τ₂在电动机出厂时为定值；m为正整数，m的值为2至20之间；每间隔时间Δt通过电流互感器采集电动机机端的电流值，第二步(102)；每间隔时间mΔt计算电动机的正序电流和负序电流一次，第三步(103)；判断正序电流是否大于0.06倍的电流互感器二次侧额定电流值I_n，第五步(105)；第五步(105)的结果为是，则判断电动机是否工作在启动时间内，第七步(107)；第五步(105)的结果为否，则按照电动机停转状态计算间隔时间mΔt内的形式热量 $Q_j=\frac{{\mathrm{\&tau;}}_1}{{\mathrm{\&tau;}}_2}(K1\&times;I_1^2+K2\&times;I_2^2-{1.05}^2{I}_n^2)$ 值，第六步(106)，K1为正序电流系数，K2为负序电流系数，I₁为电动机机端的正序电流，I₂为电动机机端的负序电流；第七步(107)的结果为是，则按照电动机启动状态计算时间间隔mΔt内的形式热量 $Q_j=K1\&times;I_1^2+K2\&times;I_2^2-{1.05}^2{I}_n^2$ 值，第八步(108)；第七步(107)的结果为否，则按照电动机运行状态计算间隔时间mΔt内的形式热量值，第九步(109) $Q_j=K1\&times;I_1^2+K2\&times;I_2^2-{1.05}^2{I}_n^2;$ 第八步(108)、第九步(109)和第六步(106)的结果都送去累加形式热量值，第十步(110)；判断第十步(110)计算出的累加后的形式热量值是否大于等于已计算出的

值，第十一步(111)；第十一步(111)结果为否，则判断第十步(110)计算出的累加后的形式热量值是否大于等于已计算出的值，第十二步(112)；第十二步(112)结果为否，则返回第二步(102)的起始端；第十二步(112)的结果为是，则通过报警装置报警，第十四步(114)，并返回第二步(102)的起始端；第十一步(111)的结果为是，则使电动机停止工作，第十三步(113)；第十三步(113)使电动机停止工作后，再每间隔时间Δt通过电流互感器采集电动机机端的电流值，第十五步(115)；每间隔时间mΔt计算电动机的正序电流和负序电流一次，第十六步(116)；完成第十六步(116)的计算后，再按照电动机停转状态计算间隔时间mΔt内的形式热量值，第十七步(117)；再累加第十七步(117)计算的形式热量值，第十八步(118)；判断第十八步(118)计算出的累加后的形式热量值是否小于已计算出的值，第十九步(119)；第十九步(119)结果为否，则返回第十五步(115)的起始端；第十九步(119)结果为是，则允许电动机再启动，第二十步(120)，并返回第二步(102)的起始端。

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