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摘 要 :集成電路保護的抗干擾、零漂、電源、元器件質量問題是造成集成保護誤動的主要因素,該文就嵩嶼電廠的廠用 6kV 電動機過熱保護多次誤動原因進行分析并提出改進措施。
引言集成電路型保護以其優越的性能及調試維護方便而逐步取代晶體管型保護。但在現場實際運行中 ,集成型靜態繼電器所暴露出來的不利因素不容忽視。我廠廠用 6ｋＶ系統電動機過熱保護采用南自廠生產的ＭＰＲ 1型集成電路型保護裝置 ,自投產以來數次發生誤動。下面就電動機過熱保護誤動的原因作簡單分析并提出改進措施。
1 過熱保護電原理構成及分析
過熱保護單元原理方框圖可見圖 1。
該裝置將電動機Ａ相及Ｃ相電流經Ｉ/Ｕ變換后 ,再移相相加 ,得到電動機的正序電流 (Ｉ1 )和負序電流 (Ｉ2 ) ,再經正、負序平方器平方后相加形成等效電流 (Ｉｅｑ) ,與散熱回路門檻比較后按發熱時間常數τ1 進行積分。當電動機過熱時 ,Ｉｅｑ超過散熱門檻值 ,積分回路就有輸出 ,積到一定值時觸發翻轉 ,驅動輸出繼電器動作跳閘。
過熱等效電流Ｉｅｑ的表達式如下 :
2 保護誤動原因分析
2 .1 平方器零漂
2 .1 .1 電源變化是零漂產生的直接原因ＭＰＲ 1型過熱保護裝置電源采用的是無錫江南電子儀器廠生產的ＷＫ92 72開關電源 ,該電源的負電源在出廠調試中總是將正電源調成跟負電源相等 ,并在此基礎上調整平方器零漂以及整流、濾波電路環節中放大器的零漂。該電位器不僅不易調精確 ,易受振動影響 ,如開關操作時會變動 ,從而造成正電源變化 ,而且當正電源升高時 ,平方器及放大器零漂向正方向變化 ,使等效發熱電流Ｉｅｑ值升高 ,當超過門檻值 ,即允許長期的發熱電流時 ,過熱保護感受到一個虛假的過負荷信號而誤動。
2 .1 .2 環境溫度變化是造成平方器零漂的直接和間接原因
直接原因是平方器的零漂隨環境溫度變化而變化 ,它有一個溫度系數指標 ,平方器集成塊采用的型號是ＩＣＬ80 73,由于廠家采用的是民用級 (Ｃ檔) ,而非軍用級 (Ａ檔 ) ,Ａ檔的溫度系數為0 .2ｍＶ/°Ｃ ,因此平方器的零漂達不到要求。
間接原因是環境溫度變化造成電源輸出電壓的變化 ,電源電壓變化造成平方器零漂變化。保護裝置負電源由 791 2芯片提供 ,它有明顯的負溫度系數 ,溫度升高時負電源電壓變低 ,造成正電源電壓高于負電源電壓 ,平方器產生正的零漂。
2 .1 .3 參數設計時對平方器的零漂估計不足原設計是電動機滿負荷時 ,Ｉ/Ｕ變換器輸出0 .6Ｖ交流電壓 ,經過整流濾波回路輸出 0 .5 4Ｖ( 0 .6× 0 .9Ｖ)直流電壓 ,平方器的輸出輸入關系是 :ＵＯＵＴ =Ｕ2ＩＮ/1 0 ( 3)根據公式 ( 2 ) ,過負荷起點是 1 .0 5倍Ｉｓ,此時平方器輸出為 ( 1 .0 5× 0 .5 4 ) 2 /1 0 =32ｍＶ ,所以過熱保護門檻為 32ｍＶ。根據等效電流的表達式Ｉ2ｅｑ=Ｋ1 Ｉ21 + 6Ｉ22 ,負序平方器的零漂放大 36倍 ,因此平方器的零漂特別是負序平方器的零漂會造成過熱保護誤動。電動機不運行時 ,為了模擬散熱效果變差 ,過熱保護的 32ｍＶ門檻會自動下降到τ1 /τ2 倍 ,因此τ2 整定為 3τ1 ,則此時門檻只有1 0ｍＶ ,平方器的零漂很容易超過此值使過熱保護誤動。
2 .1 .4 振動引起的放大器零漂保護裝置中精密電位器未用漆封死 ,而保護裝置又安裝于高壓開關柜門上 ,開關合跳閘期間易受振動 ,而引起電位器位移 ,造成定值及放大器零漂偏移而引起誤動。
2 .2 電磁干擾也是過熱保護誤動的原因
由于從電動機的電流互感器到保護裝置的二次線未采用屏蔽電纜 ,開關柜內電磁線圈通斷電產生的電磁干擾以及開關室內調試和檢修時使用的對講機、手機等移動通訊設備對電流回路產生電磁干擾信號 ,該信號經Ｉ/Ｕ變換、全波整流、雙Ｔ帶阻濾波等環節處理后 ,送到積分回路中引起積分。干擾消失后由于積分回路反向放電過程時間常數較大 ,使干擾得以累積 ,最終造成過熱保護誤動輸出。此外 ,電磁干擾易于使保護中電子元器件工作紊亂 ,直接引起保護誤動。
2 .3 負序電流發熱系數Ｋ2 取值偏高
Ｋ2 是用以改變負序電流在電動機發熱模型中的熱效應 ,本廠整定為 6。由于負序電流在轉子中的熱效應比正序電流高得多 ,數值上等于在兩倍系統頻率下 ,轉子交流阻抗對直流阻抗之比 ,Ｋ2 取值過大會造成負序平方器零漂影響較大 ,引起過熱保護誤動。
2 .4 散熱時間常數τ2 原整定在 3τ1 偏高
造成電動機停轉時 ,門檻下降為 :32ｍＶ×τ1 /3τ1 =1 0ｍＶ。電機運行時熱保護門檻也偏低 ,不足以抵消電動機正常運行的發熱 ,該門檻是按數學模型計算出來的 ,模擬實際電動機允許發熱有一定差異。因此 ,有可能在電動機運行過程中 ,其正常運行電流發熱效應就超過門檻 ,從而積分回路就開始緩慢積分 ,運行時間長了 ,最終造成過熱保護輸出跳閘。
3 過熱保護誤動解決措施
( 1 )調整電源板上電位器 ,使正負電源相等 ,并用漆封住該電位器調節桿 ,以防偏移。保護回路中的電位器調試完畢后也要用漆封死。
( 2 )在廠用 6ｋＶ開關室內增設空調 ,維持室內溫度 2 5°Ｃ左右。
( 3)正、負序平方器 (ＩＣＬ80 1 3)更換為軍用級(Ａ檔 )產品 ,并將平方器的零漂調為 - 3ｍＶ。
( 4 )電動機開關電流互感器到保護裝置二次線更換為屏蔽電纜 ,電纜屏蔽層在裝置機殼上接地。
( 5 )Ｋ2 改為 1 ,具體實施方法為去掉電路板上的 2Ｒ5電阻且切換片ＸＨ5留在整定位置不變 ,切換片ＸＨ6、ＸＨ7置于退出位置。
( 6)取τ2 =τ1 ,即間接地提高了過熱保護門檻。
( 7)廠用 6ｋＶ開關室內嚴禁使用手機、對講機等通訊干擾源。
4 結束語
集成電路型電動機保護器的抗干擾、零漂、電源、元器件質量等問題是造成保護誤動的主要潛在因素 ,因此保護裝置需要加強定期檢驗 ,改善其運行環境 ,根據現場實際整定參數 ,才能最大程度地防止保護誤動。
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