摘 　要 :集成电路保护的抗干扰、零漂、电源、元器件质量问题是造成集成保护误动的主要因素,该文就嵩屿电厂的厂用 6kV 电动机过热保护多次误动原因进行分析并提出改进措施。

    引言集成电路型保护以其优越的性能及调试维护方便而逐步取代晶体管型保护。但在现场实际运行中 ,集成型静态继电器所暴露出来的不利因素不容忽视。我厂厂用 6ｋＶ系统电动机过热保护采用南自厂生产的ＭＰＲ 1型集成电路型保护装置 ,自投产以来数次发生误动。下面就电动机过热保护误动的原因作简单分析并提出改进措施。

1　过热保护电原理构成及分析

    过热保护单元原理方框图可见图 1。　　

    该装置将电动机Ａ相及Ｃ相电流经Ｉ/Ｕ变换后 ,再移相相加 ,得到电动机的正序电流 (Ｉ1 )和负序电流 (Ｉ2 ) ,再经正、负序平方器平方后相加形成等效电流 (Ｉｅｑ) ,与散热回路门槛比较后按发热时间常数τ1 进行积分。当电动机过热时 ,Ｉｅｑ超过散热门槛值 ,积分回路就有输出 ,积到一定值时触发翻转 ,驱动输出继电器动作跳闸。

    过热等效电流Ｉｅｑ的表达式如下 :

2　保护误动原因分析

2 .1　平方器零漂

2 .1 .1　电源变化是零漂产生的直接原因ＭＰＲ 1型过热保护装置电源采用的是无锡江南电子仪器厂生产的ＷＫ92 72开关电源 ,该电源的负电源在出厂调试中总是将正电源调成跟负电源相等 ,并在此基础上调整平方器零漂以及整流、滤波电路环节中放大器的零漂。该电位器不仅不易调精确 ,易受振动影响 ,如开关操作时会变动 ,从而造成正电源变化 ,而且当正电源升高时 ,平方器及放大器零漂向正方向变化 ,使等效发热电流Ｉｅｑ值升高 ,当超过门槛值 ,即允许长期的发热电流时 ,过热保护感受到一个虚假的过负荷信号而误动。

2 .1 .2　环境温度变化是造成平方器零漂的直接和间接原因

    直接原因是平方器的零漂随环境温度变化而变化 ,它有一个温度系数指标 ,平方器集成块采用的型号是ＩＣＬ80 73,由于厂家采用的是民用级 (Ｃ档) ,而非军用级 (Ａ档 ) ,Ａ档的温度系数为0 .2ｍＶ/°Ｃ ,因此平方器的零漂达不到要求。

    间接原因是环境温度变化造成电源输出电压的变化 ,电源电压变化造成平方器零漂变化。保护装置负电源由 791 2芯片提供 ,它有明显的负温度系数 ,温度升高时负电源电压变低 ,造成正电源电压高于负电源电压 ,平方器产生正的零漂。

2 .1 .3　参数设计时对平方器的零漂估计不足原设计是电动机满负荷时 ,Ｉ/Ｕ变换器输出0 .6Ｖ交流电压 ,经过整流滤波回路输出 0 .5 4Ｖ( 0 .6× 0 .9Ｖ)直流电压 ,平方器的输出输入关系是 :ＵＯＵＴ =Ｕ2ＩＮ/1 0 ( 3)根据公式 ( 2 ) ,过负荷起点是 1 .0 5倍Ｉｓ,此时平方器输出为 ( 1 .0 5× 0 .5 4 ) 2 /1 0 =32ｍＶ ,所以过热保护门槛为 32ｍＶ。根据等效电流的表达式Ｉ2ｅｑ=Ｋ1 Ｉ21 + 6Ｉ22 ,负序平方器的零漂放大 36倍 ,因此平方器的零漂特别是负序平方器的零漂会造成过热保护误动。电动机不运行时 ,为了模拟散热效果变差 ,过热保护的 32ｍＶ门槛会自动下降到τ1 /τ2 倍 ,因此τ2 整定为 3τ1 ,则此时门槛只有1 0ｍＶ ,平方器的零漂很容易超过此值使过热保护误动。

2 .1 .4　振动引起的放大器零漂保护装置中精密电位器未用漆封死 ,而保护装置又安装于高压开关柜门上 ,开关合跳闸期间易受振动 ,而引起电位器位移 ,造成定值及放大器零漂偏移而引起误动。

2 .2　电磁干扰也是过热保护误动的原因

    由于从电动机的电流互感器到保护装置的二次线未采用屏蔽电缆 ,开关柜内电磁线圈通断电产生的电磁干扰以及开关室内调试和检修时使用的对讲机、手机等移动通讯设备对电流回路产生电磁干扰信号 ,该信号经Ｉ/Ｕ变换、全波整流、双Ｔ带阻滤波等环节处理后 ,送到积分回路中引起积分。干扰消失后由于积分回路反向放电过程时间常数较大 ,使干扰得以累积 ,最终造成过热保护误动输出。此外 ,电磁干扰易于使保护中电子元器件工作紊乱 ,直接引起保护误动。

2 .3　负序电流发热系数Ｋ2 取值偏高

     Ｋ2 是用以改变负序电流在电动机发热模型中的热效应 ,本厂整定为 6。由于负序电流在转子中的热效应比正序电流高得多 ,数值上等于在两倍系统频率下 ,转子交流阻抗对直流阻抗之比 ,Ｋ2 取值过大会造成负序平方器零漂影响较大 ,引起过热保护误动。

2 .4　散热时间常数τ2 原整定在 3τ1 偏高

     造成电动机停转时 ,门槛下降为 :32ｍＶ×τ1 /3τ1 =1 0ｍＶ。电机运行时热保护门槛也偏低 ,不足以抵消电动机正常运行的发热 ,该门槛是按数学模型计算出来的 ,模拟实际电动机允许发热有一定差异。因此 ,有可能在电动机运行过程中 ,其正常运行电流发热效应就超过门槛 ,从而积分回路就开始缓慢积分 ,运行时间长了 ,最终造成过热保护输出跳闸。

3　过热保护误动解决措施

( 1 )调整电源板上电位器 ,使正负电源相等 ,并用漆封住该电位器调节杆 ,以防偏移。保护回路中的电位器调试完毕后也要用漆封死。

( 2 )在厂用 6ｋＶ开关室内增设空调 ,维持室内温度 2 5°Ｃ左右。

( 3)正、负序平方器 (ＩＣＬ80 1 3)更换为军用级(Ａ档 )产品 ,并将平方器的零漂调为 - 3ｍＶ。

( 4 )电动机开关电流互感器到保护装置二次线更换为屏蔽电缆 ,电缆屏蔽层在装置机壳上接地。

( 5 )Ｋ2 改为 1 ,具体实施方法为去掉电路板上的 2Ｒ5电阻且切换片ＸＨ5留在整定位置不变 ,切换片ＸＨ6、ＸＨ7置于退出位置。

( 6)取τ2 =τ1 ,即间接地提高了过热保护门槛。

( 7)厂用 6ｋＶ开关室内严禁使用手机、对讲机等通讯干扰源。

4　结束语

    集成电路型电动机保护器的抗干扰、零漂、电源、元器件质量等问题是造成保护误动的主要潜在因素 ,因此保护装置需要加强定期检验 ,改善其运行环境 ,根据现场实际整定参数 ,才能最大程度地防止保护误动。

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