电动机保护装置
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2023年2月28日发(作者：伤感微信名字男)1
电动机保护器的应用及常见故障处理
方法的探讨
摘要
电动机是当前应用最广泛的动力设备，电动机保护器的作用是给电机全面
的保护控制，在电机出现过流、欠流、断相、堵转、短路、过压、欠压、漏电、
三相不平衡、过热、接地、轴承磨损、定转子偏心时、绕组老化予以报警或保护
控制。如今电动机保护器几乎渗透到所有用电领域，在国民经济和节能事业中有
着不可替代的重要地位和作用。
本论文主要阐述了电动机保护器的组成和结构，介绍了一般保护器的工作原
理和功能。以我厂电动机保护器的应用为例，介绍了保护器在应用过程中的常见
故障，并对这些常见故障进行了分析，提出了相应的解决办法。
关键词：电动机，BDM100，低压保护
一、电动机保护器的历史及现状
电动机作为拖动系统中的重要组成部分在国民经济中占有举足轻重的地位，
它的使用几乎渗透到了各行各业，是工业、农业和国防建设及人民生活正常进行
的重要保证，因而确保电动机的正常运行就显得十分重要，而在使用中造成电机
烧毁甚至引发重大安全事故的事件屡见不鲜，据不完全统计全国每年仅因电动机
烧毁所消耗的电量就达数千万度，电动机烧毁的数量达20万台次以上，容量约
0.4亿千瓦，因维修所耗的电磁线约5000万公斤，修理费达20亿元，而因停工
停产所造成的损失更是一个无法估量的巨大数目。因此做好电动机的保护具有节
能显着、提高生产效率和经济效益及保证安全生产的重要意义。
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我国的电动机保护装置大约经历了全面仿苏、自行设计、更新换代、智能化
发展等几个阶段。值得一提的是由于近年来微处理器技术的发展，给电动机保护
器向智能化、多功能化方向发展提供了硬件平台，使得电机保护进入了一个飞速
发展的阶段。
(一)、热继电器、熔断器和电磁式电流继电器
在建国初期，我们引进了苏联的JR系列热继电器，从而开始了其在中国电
机保护行业中长达半个世纪的生涯，直到1996年国家八部委联合发文强制将其
淘汰。热继电器在电子业尚不发达的时代曾是电机过载保护的首选产品，它是利
用双金属片热效应工作的，双金属片是由不同膨胀系数的两片金属铆合而成，当
电流通过时它将产生热量，并向膨胀系数小的一边弯曲，电流的大小和弯曲的程
度成正比，当电流超过热继电器整定电流的一定倍数时就会启动其中的脱扣装置
从而切断主回路达到保护的目的。但热继电器存在致命的缺陷，包括整定粗糙、
受环境影响大、重复性差、误差大及功能单一等，已无法满足越来越高的要求，
因而也就无法避免被淘汰的命运。
很多人把熔断器作为电机的过载保护，其实这是一种不科学的做法。因为首
先受其规格限制无法按电机额定电流进行准确设定，况且如果熔断器规格选得太
小容易造成断路，使电机单相运行，如果熔断器规格选得太大，则达不到过载保
护的效果。
电磁式电流继电器具有过载、堵转保护功能，有的还有缺相保护，其过载保
护具有反时限特性，但其结构复杂，机械制造精度高，价格高且体积庞大，因而
目前已被基本淘汰。
（二）、模拟电子式电动机保护器
在上个世纪七八十年代，随着半导体模拟器件的兴起及普及，涌现出了一
批性能比较可靠、功能多样化的电子式电动机保护器（电机保护器），为电机的
可靠运行提供了较可靠的保障，其中得到公众认可且具有自己品牌特色的以韩国
三和技研株式会社的产品为代表，在国内市场具有一定影响，他们的产品品种多
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样，规格齐全，主要功能包括：缺相，过载，欠流，相失衡，相序，接地，短路，
过欠压，电流显示，声光报警及变送输出等，但这类产品仍存在一些无法克服的
缺陷，包括如下几个方面：
1、整定精度不高，模拟电子式电动机保护器均采用电位器进行额定电流的
整定，然而要使电位器滑动臂的旋转角度与其阻值成较好的线形关系比较困难，
特别是在大批量生产中更是难以做到，另外，操作者的整定误差也是难以避免的，
特别是对于那些没有设定值显示的产品。
2、采样精度不高，模拟线路对电流互感器的非线性问题束手无策，即使可
以校正也会使线路变得非常复杂，甚至无法实际使用，因而大部分厂家只好将非
线性问题依赖于提高电流互感器的线性，而实际上要想由矽钢片做成的电流互感
器在很宽的范围内保持线性是非常困难的，行内人士知道用于电动机保护器采样
的电流互感器需考虑的最大使用范围至少为被保护电机额定电流的7倍，因为电
动机在堵转情况下会达到5-7倍的额定电流；另外，采样线路本身也存在非线性
问题。基于这些技术难题，要实现高精度的采样自然就成了一句空话。
3、无法实现具有多种保护功能于一体的全保护，随着社会的发展，人们对
电机保护的要求也越来越高，希望电动机保护器（电机保护器）的功能多样化，
性能可靠，接线简单，界面直观且体积要小，这些都是纯粹的模拟线路根本无法
实现的。
鉴于以上原因，纯粹模拟线路的电动机保护器正逐渐被其它一些更先进的技
术产品所代替。
（三）数字电子式电动机保护器
这类电动机保护器主要以单片机作为控制器，可实现电机的智能化综合保护，
有的还具有远程通讯功能，可在PC机上实现对多达256台联网的电机实现在线
综合监视与控制，在采样和整定精度方面有质的飞跃，可对采样信号进行软件非
线性校正，并可实现真有效值计算，从而极大地降低了被测信号波形畸变的影响，
真正实现了高精度采样，在整定方面采用数字设定，通过键盘由用户自行现场设
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定，不存在误差，还可为过载保护设置多条更科学的反时限曲线。因为采用了单
片机就使得在相同硬件条件下集多种功能与一体的综合保护器的出现成为可能，
例如，上海万谱最近研制成功的SWJ2系列电动机保护器就具有远程通讯、声光
报警、过载、堵转、短路、漏电、欠流、故障记忆等多种功能，它采用交流采样
技术、多点线性校正技术、量程自动切换技术，使其在1A-100A或10A-1000A
的测量范围内都能保持很高的采样精度，在国内外同类产品中处于领先地位。随
着微电子技术的发展，电动机保护器正朝着智能化，综合化，高精度，高可靠方
向发展。
目前的电动机保护器普遍是根据电流的大小来决定是否需要保护，这显然没
有考虑到环境因素对电机的影响。电机是否需要保护其根本的判断依据应该是电
机绕组温度是否超过其绝缘等级温度，在相同电流的情况下，对于环境温度高的
电机其烧毁的可能性显然要大于环境低的电机，这就说明单纯通过电流的大小来
判断电机是否需要保护并不是十分科学的，不能达到对电机在各种环境下的完全
保护。基于这些原因，对电机绕组的温升特性实行数学建模，仿真出电机绕组的
温度，从而决定电机是否需要保护将是一个必要的研究课题，值得庆幸的是已有
这样的产品研制成功。
二、电动机保护器的原理及构成
对电动机来说，其故障形式从机械角度可以分为绕组损坏和轴承损坏两方面。
造成绕组损坏的主要原因有：1.电动机长时间的电、热、机械和化学作用下，绕
组的绝缘老化损坏，定转子绕组匝间短路或是对地短路。2.电网供电质量差，电
源电压三相不平衡、电压波动大、电网电压波形畸变、高次谐波严重或者电动机
断相运行。3.电源电压过低使得电动机启动转矩不够，电动机不能顺利启动或者
是在短时间内重复启动，电动机长时间承受过大的启动电流导致电机过热。4.
因机械故障或其它原因造成电动机转子堵转。5.某些大型电机冷却系统故障或是
长时间工作在高温高湿环境下造成电机故障。
电动机保护原理的研究是保证电动机保护器性能高低的关键。根据三相对
称分量法的理论，三个不对称的向量可以唯一分解成三组对称的向量，分别为正
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序分量、负序分量和零序分量。电动机在发生对称故障和不对称故障时，电动机
的三相电流都会发生变化。电动机故障条件流过绕组的电流过大，超过电动机的
额定电流，因此可根据这一特征来对电动机过电流进行保护。电机过载、断相、
欠压都会造成绕组电流超过额定值。电源电压欠压，运行电流上升的比例将等于
电压下降的比例；电机过载时常造成堵转，此时的运行电流会大大超过额定电流。
针对以上情况，电动机保护器可通过对三相运行电流进行检测，根据运行电流的
不同性质来确定不同的保护方式，从而对电机予以的断电保护。电动机保护器根
据电动机的故障类型可以分为过流保护、负序电流保护、零序电流保护、电压保
护和过热保护等几种。
通过对电动机保护器的保护原理分析可以看出，理想的电动机保护器应满
足可靠、经济、方便等要素，具有较高的性能价格比。经过发展和更新，如今电
动机保护器一般由电流检测电路、温度检测电路、基准电压电路、逻辑处理电路、
时序处理电路、启动封锁及复位电路、故障记录电路、驱动电路、电动机控制电
路组成。
三、电动机保护器的类型及应用分析
目前我国普遍采用的电动机保护器主要有热继电器、温度继电器和电子式
电动机保护器。
热继电器是五十年代初引进苏联技术开发的金属片机械式电动机过载保护
器，它在保护电动机过载方面具有反时限性能和结构简单的特点。但存在功能少，
无断相保护，对电机发生通风不畅，扫膛、堵转、长期过载，频繁启动等故障不
起保护作用。这主要是因为热继电器动作曲线和电动机实际保护曲线不一致，失
去了保护作用，且重复性能差，大电流过载或短路故障后不能再次使用，调整误
差大、易受环境温度的影响误动或拒动，功耗大、耗材多、性能指标落后等缺陷。
温度继电器是采用双金属片制成的盘式或其他形式的继电器，在电动机中
埋入热元件，根据电动机的温度进行保护，但电动机容量较大时，需与电流监测
型配合使用，避免电动机堵转时温度急剧上升，由于测温元件的滞后性，导致电
动机绕组受损。温度继电器具有结构简单、动作可靠，保护范围广泛等优点，但
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动作缓慢，返回时间长，3KW以上的三角形接法电动机不宜使用。目前在电风扇、
电冰箱、空调压缩机等方面大量使用。
电子式电动机保护器通过检测三相电流值和整定电流值，采用电位器旋钮
或拔码开关操作来实现对电动机的保护，电路一般采用模拟式，采用反时限或定
时限工作特性。
除了上述三种常见的电动机保护器，磁场温度检测型继电器和智能型电动
机保护器也在电动机故障保护中得到普遍应用。
磁场温度检测型保护器通过在电动机中埋入磁场检测线圈和温度探头，根
据电动机内部旋转磁场的变化和温度的变化进行保护，主要功能包括过载、堵转、
缺相、过热保护和磨损监测，保护功能完善，缺点是需在电动机内部安装磁场检
测线圈和温度传感器。
智能型电动机保护器能实现电动机智能化综合保护，集保护、测量、通讯、
显示为一体。整定电流采用数字设定，通过操作面板按钮来操作，用户可以根据
自己实际使用要求和保护情况在现场自行对各种参数修正设定，采用数码管作为
显示窗口，或采用大屏幕液晶显示，能支持多种通讯协议，目前电动机保护均采
用智能型电动机保护器。
四、电动机保护器应用选择原则
选用电动机保护装置的目的，既能使电动机充分发挥过载能力，又能免于
损坏，而且还能提高电力拖动系统的可靠性和生产的连续性。合理选用电机保护
装置，既能充分发挥电机的过载能力，又能免于损坏，从而提高电力拖动系统的
可靠性和生产的连续性。具体的功能选择应综合考虑电机的本身的价值、负载类
型、使用环境、电机主体设备的重要程度、电机退出运行是否对生产系统造成严
重影响等因素，力争做到经济合理。在能满足保护要求的情况下首先考虑最简单
保护装置，当简单的保护装置不能满足要求时，或对保护功能和特性提出更高要
求时，才考虑应用复杂的保护装置，做到经济性和可靠性的统一。
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五、我厂电动机保护器的选择
我厂现使用的电动机保护器类型为BDM100-M﹢，选用BDM100-M﹢有以下原
因：
1、BDM100微机电动机保护监控装置符合中华人民共和国国家标准GB
3836.3-2000《爆炸性气体环境用电设备第三部分：增安型“e”》中对于电机
保护的相关要求，是专门针对防爆电机的保护
2、BDM100-M﹢保护通过对故障报警、保护动作、动作延时时间的设定等来
实现及时、准确的保护，保证生产的安全。
3、BDM100系列低压电动机微机保护监控装置对电动机运行进行监测与保
护，并通过装置的通讯功能结合上位机监控系统，显示电机运行、保护动作等信
号。实现对电动机的智能化监测及保护。
4、可实现电流表、电压表、功率表、热继电器、时间继电器、零序保护继
电器及零序电流互感器等设备功能。
六、BDM100功能特点
采用高精度的测量PT、CT，可测量三相电流和三相电压、有功功率、无功
功率、功率因数、有功电度、无功电度等多种电参量；
强大的模拟量输出功能，具有一个4～20mA输出口，可自定义为输出8个
电量中任意一个的模拟量，还可自定义20mA所代表的值；具有9路遥信输入，
4路遥控开出，实现遥信、遥控、保护和现场控制功能；
强大的显示功能，采用高档128×64点阵式屏幕液晶板，所有界面与菜单
都用中文显示，方便操作，所有被测量和参数均能通过面板液晶显示器实时显
示；
具有两路独立RS485通讯口，支持国际流行的MODBUS通信协议，实现信息
的上传和下发；
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两路开关量可编程定义其功能，9种电流保护，3种电压保护，保护范围
动作时间均可自由设定。拥有两级保护的执行能力。系统参数可以通过面板按
键或上位机通讯设置，并具有两级密码管理权限。所有关键数据（系统参数等）
在失电情况下可保存十年以上，具有完善的事故记录及自检功能，友好的人机
界面。
七、基本功能
（一）、测量功能
测量电机回路的三相电压电流、零序电流、有功功率、无功功率、功率因
数、有功电度、无功电度、频率等；记录电机运行总时间及当次起动最大瞬时电
流值，通过装置本身的液晶显示屏实时显示出来。
（二）、保护功能
过流速断、堵转保护、过载保护、欠载保护、反时限保护、零序电流保护、
负序I段及Ⅱ段电流保护、过电压保护、欠电压保护、缺相保护、外部联锁保护
与电流闭锁护，所有保护都可以根据需要灵活设置不同的动作出口。
（三）、信号采集及控制功能
9路开关量输入（其中第8、9路可编程自定义其功能，参见7.端子排图之
开入自定义）/5路继电器输出（根据用户要求与应用场合可提供4种输出模式
参见参见7.端子排图之继电器开出定义）。
（四）、模拟量输出功能
实时远方监视三相三流、线电压、功率、功率因数中任一参量，并可随意
切换，并可设定最大可监控值（二次）。
（五）、通讯功能
配置RS-485通讯接口，标准的Modbus®通讯协议，通讯波特率范围宽广，
从1200~19200bps可设定；所有测量值和参数、保护信息均能通过远方通讯进行
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读取。正反起，停车功能面板控制单向正起动电机，双向反起动电机，以及停
车控制。
八、我厂目前使用的保护功能
（一）热过载（TOL）保护
热过载（（TOL））保护是通过对电动机运行中热熔量的跟踪计算来保护电动
机免于因过热而缩短寿命或损坏。同时，过载（TOL）保护的热记忆功能对需要
频繁起动电机的场合具有重要的意义。
过载（TOL）保护具有热记忆功能，可以有效地保护电动机过热状态下重复
起动。BDM100装置模拟了电机在各种运行状态下的热状态，以便最大限度地使
用电机，又能保证电机的安全。热过载保护考虑了电机转子和定子的温升，同时
考虑了热过载发生之前电动机所处的状态，并充分考虑了三相不平衡对电机发热
的影响。当要重新起动电动机时，装置会自动判断电动机停止运行后的温度是否
已下降到可以重新起动的限值，是则允许重新起动电动机，否则闭锁起动操作直
至电机温度下降到满足重新启动的条件。
目前我厂的设定范围为：TL：5sRe:0s(Re=0时过热不允许自动复归)过
热跳闸后，由过热复位延时Re决定继电器释放的时间。
（二）防爆电机EExe热过载保护（tE时间保护）
EExe保护考虑了电机堵转电流与标称电流之比及相应环境等级允许的最
高电机温度。这些数据由电机制造商提供，可直接在装置上设置，不需要计算。
BDM100微机电动机保护测控装置符合中华人民共和国国家标准GB
3836.3-2000《爆炸性气体环境用电气设备第三部分：增安型e》中对于电动
机保护的相关要求。
目前我厂的设定范围为反时限堵转延时tE=5s。
其中：tE：7倍额定电流时允许堵转时间；
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IA：起动电流；
IN：电动机额定电流二次值。
（三）断相保护
断相保护也叫缺相保护，如果三项电路中有一相电源中断供电，三相电器
就在缺少一相电源的情况下工作。这是非常危险的，因为三相电器在两相电源下
工作，很快就会烧毁电器。为了避免烧毁电器的事故发生，当发现三相电路严重
不平衡，也就是中断了一相电源或者缺少了一相电源的时候，立即发出警报或者
故居设定的保护跳闸时间延时跳闸。
目前我厂的是定范围为Td：2s。某相电流≤0.125Im，另两相电流≥0.25Im。
（四）三相电流不平衡保护
三相用电设备应在三相电源同时平衡供电才能正常工作，当三相电源电压
平衡时，电动机的三相空载电流中的任何一相与三相平均值的差值应不大于三相
平均值的设定值，电动机三项电流不平衡的原因一般是，1、电机三相绕组的阻
抗不同引起的电流不平衡(匝间短路、接地等)；2、电机转子如有断条,阻值不平
衡,也会造成电机三相电流不平衡；3、,电源电压不平衡；4、,控制线路中有接
触不良等，当这些原因造成的不平衡电流达到设定值时，三相电流不平衡保护启
动跳闸。
目前我厂三相电流不平衡保护的是定范围为：T△=15%，t=5s。
（五）堵转保护
堵转保护简单的说就是防止电流过大造成电机损坏，电动机在实际运行中，
如果由于负荷过大或自身机械原因使转子处于堵转状态（S=1），造成电时机轴被
卡住，而未及时解除故障，将造成电机过热，绝缘降低而烧毁电机，堵转保护适
用于电动机起动发生此类故障进行保护，阻塞保护适用于电动机运行过程中发生
此类故障时进行保护，当电流达到动作设定电流时，保护器应在动作（延时）设
定时间内动作或在报警时间内报警。一般根据最大线电流测量值和电机额定电流
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的比值判断是否启动堵转保护。该功能设定相关参数，如跳闸值，跳闸延时时间。
保护动作为延时跳闸。
目前我厂的设定范围为堵转倍数Ir：3.0Im，t=5s。
（六）自动再启动
电动机再启动功能具有两个方面的含义，一是当电气系统发生晃电并接触
器跳开时，三相电压恢复后立即发出合闸命令，保证电动机连续运行；二是当电
气系统发生较长时间停电时，当三相电压恢复后，综保工具设定的延时，分时分
批发出合闸命令，重新启动电动机。
在正常运行状态下，BDM100低压综合保护器连续监测电压值，在电压突降
后，根据电压重新恢复时的不同情况，BDM100装置可以发出合闸信号，让电动
机以不同的方式再启动。
在正常运行状态下，当电气系统任一相电压低于电压跌落值，BDM100开始
累积失电时间。当系统电压恢复到电压恢复值以上时，若失电累积时间小于抗晃
电时间，则电动机立即再启动，若失电时间超过抗晃电时间，则电动机按照设定
的再启动延时试验分批分时再启动；若失电累积时间超过最大允许再启动时间，
则装置闭锁再启动。
（七）工艺联锁
装置可以实现联锁控制功能，装置设有一路固定输入用来连接现场事故按
钮，以实现电动机的紧急停车；除此之外，与工艺有联锁要求的量也可以通过该
端子实现与电动机的联锁控制。联锁输入端子接受外来信号为无源节点方式，简
单、可靠、便于工程设计。
九、常见故障及处理方法
（一）“工艺连锁”故障
启动电机时保护器报“工艺连锁”故障。
在工艺人员遥测电机绝缘时未将软启动器甩掉造成软启动器可控硅烧毁，在
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电机启动时保护器会报“工艺连锁”。
处理方法：
1、测量软启动器可控硅阻值是否正常
2、若可控硅阻值正常检查软启动器控制板是否正常
3、根据检查结果，更换启动器元件
4、遥测电机绝缘时拆除与软启动器的连线
（二）热过载启动
电机启动时报“热过载”，原因有三点：
1、因电机参数不详细准确BDM100中电机额定电流输入值小于电机实际的额
定电流，导致保护动作。
2、现场电机存在过载现象，需联系工艺人员进行电机检查。
3、电机本身的问题，需对电机遥测绝缘及测量直阻，判断电机是否正常。
处理方法：
1、核对电机实际额定电流，按正确的电流输入
2、工艺人员按正常的操作方法进行操作
3、对电机进行维修
（三）三相电流不平衡
如果三相电压不平衡，电动机内就有序电流和逆序磁场存在，产生较大的逆
序转矩，造成电动机三相电流分配不平衡，使某相绕组电流增大，引起三相电流
不平衡。
常见故障为：1、电动机绕组匝间短路。绕组断路（或绕组并联支路中一条
或几条支路断路）。3、定子绕组内部分线圈接反。4、电动机三相绕组的匝数不
相等。
处理方法：
1、用电压表测量三相电源电压如确系不平衡时，调节系统电压或停止运行。
2、对电机进行检修
（四）保护不动作
1、保护器失灵：例如在除盐水变电所因外部温度过高，电动机保护器内部
温度过高，保护器失灵，不动作
2、额定电流输入过大，实际电流已超过额定值但保护未动作，造成电机烧
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毁
处理方法：
1、在适当环境温度下使用保护器。
2、按电机实际电流输入保护定值。
十、应用实例
事故经过：2011年9月11日12时55分，电气车间电气维护人员接工
艺通知：脱盐水外供水泵AEM-60544-2启动后电机不转动，同时电气监控系统后
台画面上，脱盐水变电所画面弹出，报警声响起，报警栏中显示，脱盐水外供水
泵AEM-60544-2堵转保护报警.电气人员立即进行断电，电气维修人员立即赶往
现场，发现电动机非驱动侧有大量油气冒出，电动机机身温度较高，经电气人员
初步判断，此电动机烧毁。随后对电动机进行绝缘试验，三相对地绝缘0兆欧。
脱离水泵进行盘车，电动机抱轴无法盘动，水泵也法盘动，无对电机进一步解体
检查，发现前轴油室，后轴油室有润滑油流出，定子绕组烧糊。之后脱盐水变
电所查看，保护显示堵转保护堵转电流为3倍的额定电流，电动机保护动作指示
灯亮、信号指示灯亮，变电所温度39.2度。
事故原因分析后认为，造成本次事故的直接原因：是脱盐水外供水泵
AEM-60544-2卡死，工艺人员没有按规定做到启动时盘车，电机在启动时，启动
电流过大，时间过长，造成电动机温度过高而烧毁线圈。事故发生的间接原因：
电动机保护只告警没有正确出口动作。
事后对电动机保护就行了传动，正确动作率只有40%，接触器动作正常，经
分析除盐水变电所长期温度过高，造成电动机保护器内部温度过高，保护器失灵，
而没正确动作。经对本变电所安装空调设施，对其它保护分批进行返厂检修，运
行至今再也没有出现因电动机保护失灵的情况。
十一、结束语
如今电动机保护器已发展到了微电子智能型时代，电动机保护器也朝着多
元化方向发展。这就需要我们的工作人员在选型时应充分考虑电动机保护实际需
求，超前、准确、及时地判断电动机的故障，合理选择保护功能和保护方式，实
现对电动机的良好保护，达到提高设备运行可靠性，减少非计划停车，减少事故
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损失的目的。BDM100保护器在我厂的应用取得了显著的效果，在满足工艺条件
下有效地保护了电动机。
参考文献：
1、毛建中.电机保护器的功效机床电器,1998.
2、郭涛、陈冬雪《电气故障处理方法》.
3、李国岭.电动机保护装置及其发展趋势.电气时代,2000:30-31.
转
4、互联网一些资料.校