電動(dòng)機(jī)低電壓保護(hù)研究

引言

大多數(shù)電動(dòng)機(jī)(尤其是大型高壓電動(dòng)機(jī)）均配有低電壓保護(hù)裝置,低電壓保護(hù)作為電動(dòng)機(jī)的后備保護(hù)起著保護(hù)設(shè)備、保障重要電機(jī)正常啟動(dòng)等重要作用。但是煉鐵、煉鋼、熱軋、冷軋等重要生產(chǎn)部門中,生產(chǎn)裝置多為一級(jí)負(fù)荷。生產(chǎn)一線的設(shè)備,電壓波動(dòng),電機(jī)不能被切斷:停電故障,電機(jī)必須盡快投入運(yùn)行,把故障影響范圍縮到最小。10kV供電系統(tǒng)操作頻繁、振動(dòng)大,很容易受接地、短路、斷路等因素影響發(fā)生電壓波動(dòng)、電壓信號(hào)丟失等故障,切斷電機(jī),進(jìn)而擾亂正常的生產(chǎn)秩序,造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。

本文基于實(shí)際運(yùn)行中發(fā)生的一起故障案例,結(jié)合某煉鋼廠大負(fù)荷生產(chǎn)過(guò)程中的影響因素,分析產(chǎn)生問(wèn)題的原因,并制訂具有針對(duì)性的規(guī)避措施,簡(jiǎn)單介紹措施執(zhí)行后的效果。

1低電壓保護(hù)故障動(dòng)作現(xiàn)象

某日16:31:19,某廠供配電操控中心后臺(tái)報(bào)警,水處理變電所10kV1段發(fā)生低電壓故障報(bào)警。16:31:40,水系統(tǒng)配電室10kVⅡ段進(jìn)線開關(guān)過(guò)流保護(hù)動(dòng)作跳閘。至此,10kV1段母線所帶5臺(tái)水泵電機(jī)因電壓低跳閘:10kV7段母線所帶1臺(tái)水泵電機(jī)和2#、4#、6#及8#變壓器失電,影響終端設(shè)備的正常運(yùn)行。

故障發(fā)生后,檢查現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備情況。發(fā)現(xiàn)＋段母線電容器柜(+wIMPV101）至水處理補(bǔ)償室PT電壓線路電纜發(fā)生相間短路放炮,水處理10kV配電室I段母線電壓互感器手車上二次線路保護(hù)用空氣斷路器(以下簡(jiǎn)稱"空開",空開額定電流為3A）跳閘。立即組織更換短路電纜。

故障處理完畢后,16:52,水處理變電所10kVI段母線所帶水泵電機(jī)及Ⅱ段36個(gè)饋出線開始陸續(xù)恢復(fù)送電:11:40,水處理變電所全部恢復(fù)正常。

2故障原因分析

I段母線電容器柜(+wIMPV101）至水處理補(bǔ)償室PT電壓線路電纜發(fā)生相間短路放炮,水處理10kV配電室I段母線電壓互感器手車上二次線路保護(hù)用空開跳閘,影響水泵綜保采集到的系統(tǒng)電壓。綜保認(rèn)為系統(tǒng)電壓降低,低至整定值時(shí),觸發(fā)保護(hù)啟動(dòng),進(jìn)而10kVI段母線所帶水泵負(fù)荷全部失電。

由于系統(tǒng)控制原因,10kVⅠ段母線所帶水泵失電后,10kVⅡ段母線所帶水泵大量啟動(dòng),致使瞬間啟動(dòng)電流過(guò)大,進(jìn)而10kVⅢ段進(jìn)線開關(guān)瞬間電流過(guò)大,保護(hù)動(dòng)作跳閘,10kVⅣ段所帶負(fù)荷全部失電。

3低電壓保護(hù)的作用

3.1保護(hù)電動(dòng)機(jī)

電網(wǎng)電壓降低時(shí),電網(wǎng)所帶異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降,電流上升。為保護(hù)電動(dòng)機(jī)設(shè)備不被燒損,當(dāng)電網(wǎng)電壓低于電動(dòng)機(jī)額定電壓時(shí),低電壓保護(hù)動(dòng)作跳閘。

3.2保持電網(wǎng)電壓平衡

電網(wǎng)電壓降低時(shí),電網(wǎng)所帶異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降,而當(dāng)電網(wǎng)電壓恢復(fù)時(shí),大量電動(dòng)機(jī)同時(shí)恢復(fù)轉(zhuǎn)速,使母線電壓恢復(fù)時(shí)間延長(zhǎng)。

3.3切斷不自啟電動(dòng)機(jī)

根據(jù)生產(chǎn)工藝流程或者所帶設(shè)備特點(diǎn),切斷不允許自啟動(dòng)電機(jī),如風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)、棒磨機(jī)電動(dòng)機(jī)等軟啟電機(jī)。

4低電壓保護(hù)的實(shí)現(xiàn)

低電壓保護(hù)的實(shí)現(xiàn)方法有失壓線圈、失壓脫扣器、晶閘管結(jié)合電容電路、電壓測(cè)量回路結(jié)合單片機(jī)等。通常失壓線圈、失壓脫扣器、晶閘管結(jié)合電容電路投用于低壓電力系統(tǒng)甚至民用充電裝置中,電壓測(cè)量回路結(jié)合單片機(jī)通常投用于中高壓回路中。

4.1失壓線圈

系統(tǒng)電壓波動(dòng)、出現(xiàn)低電壓時(shí)(低電壓來(lái)臨,低于一定值時(shí)）,其吸持線圈自動(dòng)釋放,不需要安裝專門的低電壓保護(hù)裝置。它的優(yōu)點(diǎn)是接線簡(jiǎn)單、維護(hù)方便:缺點(diǎn)是動(dòng)作電壓和時(shí)間不能根據(jù)需求整定,抗電網(wǎng)波動(dòng)能力差。

4.2失壓脫扣器

失壓脫扣器是電子脫扣器的一種,通常并聯(lián)在斷路器的電源測(cè),可起到欠壓及零壓保護(hù)的作用。電源電壓正常時(shí)扳動(dòng)操作手柄,斷路器的常開輔助觸頭閉合,電磁鐵得電,銜鐵被電磁鐵吸住,自由脫扣機(jī)構(gòu)才能將主觸頭鎖定在合閘位置,斷路器投入運(yùn)行。當(dāng)電源側(cè)停電或電源電壓過(guò)低時(shí),電磁鐵所產(chǎn)生的電磁力不足以克服反作用力彈簧的拉力,銜鐵被向上拉,通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)推動(dòng)自由脫扣機(jī)構(gòu)使斷路器掉閘,起到欠壓及零壓保護(hù)作用。

4.3電壓測(cè)量回路結(jié)合單片機(jī)

通過(guò)電壓測(cè)量回路將取樣電壓與單片機(jī)中設(shè)定值進(jìn)行比較,欠壓、過(guò)壓等保護(hù)均可實(shí)現(xiàn)。該方法的電壓動(dòng)作值和動(dòng)作時(shí)限可根據(jù)生產(chǎn)特點(diǎn)整定。

5低電壓保護(hù)的整定

電網(wǎng)電壓波動(dòng)、出現(xiàn)低電壓時(shí),系統(tǒng)中所帶電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速下降,而當(dāng)電壓恢復(fù)時(shí),大量電動(dòng)機(jī)同時(shí)自啟動(dòng),拉低母線電壓,瞬間電流增大,延長(zhǎng)母線電壓恢復(fù)時(shí)間,甚至?xí)鼓妇€進(jìn)線開關(guān)跳閘,自啟動(dòng)失敗。為保證重要電動(dòng)機(jī)（或設(shè)備）的自啟動(dòng),在不重要電動(dòng)機(jī)上（或根據(jù)生產(chǎn)工藝需求）加裝低電壓保護(hù)。通常動(dòng)作電壓整定為0.6～0.7倍的額定電壓,0.5S延時(shí)動(dòng)作,跳開電動(dòng)機(jī)。

6原低電壓保護(hù)邏輯分析

如圖1所示,當(dāng)測(cè)量線電壓U_ab、U_bc、U_ac都低于整定值U_dz,開關(guān)或接觸器處于合位,且有下降沿時(shí),低電壓保護(hù)動(dòng)作。為防止PT斷線誤使保護(hù)啟動(dòng),保護(hù)設(shè)置了當(dāng)單相、兩相或三相PT斷線時(shí)閉鎖低電壓保護(hù)。PT斷線出現(xiàn)低電壓現(xiàn)象時(shí),取低電壓"非"信號(hào),閉鎖保護(hù)不動(dòng)作。

該低電壓保護(hù)的邏輯考慮了每一相"PT斷線"情況,即其中某一相取不到電壓的情況,但未考慮三相PT線路相互干擾或作用（單相接地、兩相接地、兩相短路、三相短路等）,引起異常情況下的"相（或線）電壓不平衡"情況。故障案例中,PT取電壓線路電纜間發(fā)生相間短路放炮,致使相（或線）電壓不平衡,確切說(shuō)是故障瞬間,相（或線）電壓被拉低,但未達(dá)到"PT斷線"的程度,PT斷線出現(xiàn)低電壓現(xiàn)象時(shí),取低電壓"非"信號(hào),閉鎖保護(hù)不動(dòng)作的作用未能及時(shí)起效,最終導(dǎo)致前文所述故障的發(fā)生。

7低電壓保護(hù)改進(jìn)措施

低電壓保護(hù)是高壓供電系統(tǒng)的主保護(hù)單元,傳統(tǒng)低電壓保護(hù)方式是當(dāng)電網(wǎng)電壓低于額定電壓30%時(shí),繼電保護(hù)裝置動(dòng)作,被保護(hù)設(shè)備開關(guān)跳閘。

保護(hù)裝置更改前:電網(wǎng)電壓低于額定電壓30%,延時(shí)0.4s,電網(wǎng)電壓仍低于額定電壓30%,繼電保護(hù)裝置動(dòng)作,被保護(hù)設(shè)備進(jìn)線開關(guān)跳閘。

保護(hù)裝置更改后:電網(wǎng)電壓低于額定電壓30%,如果一次電流正常 ,被保護(hù)設(shè)備進(jìn)線開關(guān)不動(dòng)作 ,如圖2所示: 電網(wǎng)電壓低于額定電壓30% ,如果一次電流為零 ,延時(shí)4s, 電網(wǎng)電壓仍低于額定電壓30% ,被保護(hù)設(shè)備進(jìn)線開關(guān)動(dòng)作 跳閘。

8效果分析

所有10kv供電系統(tǒng)低電壓保護(hù)裝置進(jìn)行改造后,加裝電流監(jiān)測(cè)裝置,聯(lián)系保護(hù)裝置廠家更改保護(hù)程序,同時(shí)協(xié)同相關(guān)部門調(diào)整保護(hù)定值。跳閘判斷邏輯為"無(wú)壓有流,開關(guān)不動(dòng):無(wú)壓無(wú)流,開關(guān)動(dòng)作"。設(shè)備改造后取得良好效果,例如全網(wǎng)3#電站2#污水泵設(shè)備故障,配電系統(tǒng)5段母線低電壓,由于電機(jī)設(shè)備加強(qiáng)防范低電壓保護(hù)動(dòng)作的措施,供電系統(tǒng)運(yùn)行正常,電網(wǎng)電壓波動(dòng)未造成高壓電機(jī)掉電,未發(fā)生斷澆等生產(chǎn)問(wèn)題。

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