電氣基礎(chǔ)知識在工程中的運(yùn)用

閻 坤，王 靖

(上海寶冶集團(tuán)有限公司，上海 200000)

在電氣安裝調(diào)試過程中，通常會遇到一些諸如不能合閘、漏電等現(xiàn)象，且不同的原因往往會產(chǎn)生表象一樣的結(jié)果，這就需要電氣調(diào)試人員透過表象分析問題的實(shí)質(zhì)，而對實(shí)質(zhì)的把握則需要調(diào)試人員對相關(guān)知識的深入了解與熟悉。筆者將就中國(太原)煤炭交易展覽中心水炮電氣調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題處理為例進(jìn)行分析，說明基礎(chǔ)知識積累在工程實(shí)際運(yùn)用中的重要性［1］。

1 實(shí)例工程

中國(太原)煤炭交易中心展覽中心位于太原市長風(fēng)街南側(cè)，南靠新晉祠路，西臨汾河景區(qū)濱河西路，在新規(guī)劃的長風(fēng)商務(wù)區(qū)北端，總建筑面積51 400 m2，建筑造型為“飛碟”形狀，主體結(jié)構(gòu)為單層大跨度空間管桁架網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，跨度87 m。作為2011中國中部六省貿(mào)易投資博覽會的主會場，該工程被列為山西省“十大工程”之首。工程竣工后，將成為山西省新的地標(biāo)性現(xiàn)代建筑。

會展中心沿環(huán)向設(shè)置有大空間水炮滅火系統(tǒng)，由設(shè)置在能源中心的消防泵房的2臺水泵提供消防壓力水。2臺水泵分別由2臺電氣柜控制。按照設(shè)計(jì)，30 kW以上采用軟啟動，因此該2臺水泵啟動采用了法國雷諾爾JJR－5200型軟啟動器，整個盤柜電氣進(jìn)線上端接至變電室400KVA變壓器二次側(cè)低壓柜中。

2 出現(xiàn)的問題

當(dāng)調(diào)試人員按照既定流程進(jìn)行調(diào)試時，發(fā)現(xiàn)當(dāng)水泵空載啟動時，水泵電機(jī)在6～8 s能從軟啟啟動切換至旁路吸合，即電機(jī)進(jìn)入正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。根據(jù)水炮運(yùn)行狀態(tài)，在水炮運(yùn)行時，水泵為帶負(fù)載啟動。但當(dāng)進(jìn)行水泵帶負(fù)載啟動時，則出現(xiàn)了以下3種現(xiàn)象:

1)在不改變?nèi)魏螀?shù)設(shè)置的情況下(即在水泵空載運(yùn)行正常狀態(tài)下)，啟動水泵，變電室變壓器跳閘保護(hù)。

2)根據(jù)此現(xiàn)象，調(diào)整了水泵控制柜內(nèi)的Isd參數(shù)，由原來的7倍改為2倍。再次啟動水泵，該電氣柜內(nèi)塑殼斷路器跳閘保護(hù)。

3)根據(jù)以上現(xiàn)象，在初步判定為過流造成跳閘后，調(diào)整軟啟設(shè)置，將“限流倍數(shù)”從300%減小至200%，即最大啟動電流限制為額定電流的2倍。再次啟動水泵，則表現(xiàn)為軟啟一直工作，但始終不能將其轉(zhuǎn)換至旁路吸合，水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)聲音也表現(xiàn)為沉悶、拖沓。

3 原因分析及處理

由于此相關(guān)設(shè)備、電氣總共涉及到多家施工單位以及多家供貨商，因此問題責(zé)任的劃分就顯得比較重要。在排除設(shè)備本身原因以及電纜等因素后，根據(jù)現(xiàn)場改變參數(shù)、相應(yīng)現(xiàn)象不一致的情況來看，調(diào)試人員初步斷定有可能是參數(shù)設(shè)置不對造成的，因此決定對此回路上的電氣參數(shù)進(jìn)行一一核實(shí)，以判斷問題所在［2］。

3.1 變電室內(nèi)設(shè)置

變電室內(nèi)變壓器容量為400 kVA，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，過流倍數(shù)為×1.5倍。因此根據(jù)計(jì)算，可得變壓器二次側(cè)電流:

式中:I為電流(A);S為容量(kVA);U為電壓(kV)。計(jì)算可得400 kVA變壓器二次電流為577.4 A，電流最大可通過577.4 ×1.5=866.1 A。

3.2 電氣柜內(nèi)設(shè)置

電氣柜內(nèi)分為塑殼斷路器設(shè)置以及軟啟設(shè)置。

1)塑殼斷路器設(shè)置

塑殼斷路器采用施耐德NSX400/3P型斷路器［3］，其表盤上分別有 Io、Ir、Isd 需進(jìn)行設(shè)置，這里就需調(diào)試人員掌握一定的整定名稱及相關(guān)設(shè)定。Io是斷路器電子脫扣器的整定電流，根據(jù)設(shè)計(jì)設(shè)置為400 A。Ir是斷路器長延時過負(fù)荷脫扣器整定電流，通常按在0.4～1.0進(jìn)行設(shè)置，考慮調(diào)試過程的設(shè)備不穩(wěn)定性對電流的影響，Ir設(shè)置為1，即斷路器長延時過負(fù)荷脫扣器整定電流也為400 A。Isd是斷路器短延時過負(fù)荷脫扣器的整定電流，可在1.5～11倍進(jìn)行選擇設(shè)置。根據(jù)上限(866.1 A)可知，此處只能調(diào)整到×2倍，即塑殼允許通過的瞬時電流值為400×2=800 A，這樣的話就可避免第1種現(xiàn)象的發(fā)生。

2)軟啟設(shè)置

同理，第2種現(xiàn)象的產(chǎn)生可以判斷出軟啟所限電流超過了塑殼瞬間值，從而導(dǎo)致塑殼跳閘，因此需更改軟啟相關(guān)參數(shù)。通常軟啟的參數(shù)涉及到啟動方式、啟動電壓(電流)、限流倍數(shù)、負(fù)載率等參數(shù)設(shè)置。對于水泵，通常選擇斜坡恒流軟起動方式。這種起動方式是在電動機(jī)起動的初始階段起動電流逐漸增加，當(dāng)電流達(dá)到預(yù)先所設(shè)定的值后保持恒定(t1至t2階段)，直至起動完畢。起動過程中，電流上升變化的速率是可以根據(jù)電動機(jī)負(fù)載調(diào)整設(shè)定，電流上升速率大，則起動轉(zhuǎn)矩大，起動時間短。第2種現(xiàn)象產(chǎn)生時軟啟的主要設(shè)置參數(shù):啟動電壓為30%;啟動時間為10 s;限流倍數(shù)(電機(jī)最大的啟動電流)為300%;負(fù)載率為80%。

根據(jù)水炮水泵的電機(jī)銘牌參數(shù)，可知額定電流I=280 A，因此結(jié)合軟啟設(shè)置參數(shù)，可以計(jì)算得其允許通過的啟動電流值為280×3=840 A，超過塑殼允許值，因此產(chǎn)生第2種跳閘現(xiàn)象。

通過數(shù)據(jù)反推，軟啟的設(shè)置限流倍數(shù)只能在280%(800/280=2.86)以下進(jìn)行選擇(軟啟以10%為基準(zhǔn)進(jìn)行增減)。

第3種現(xiàn)象之所以產(chǎn)生是因?yàn)閷④泦⑾蘖鞅稊?shù)從300%調(diào)至了200%，但水泵也未能啟動成功，這是為什么呢?

這里需了解軟啟動器的工作原理。軟啟動器采用斜坡電壓啟動，開始時要使軟啟動器輸出一個初始電壓(初始電壓在80～280 V可以調(diào)節(jié))，使電動機(jī)產(chǎn)生足以克服機(jī)械設(shè)備的靜摩擦的初始轉(zhuǎn)矩，拖動設(shè)備開始轉(zhuǎn)動，啟動電流為Is。在微電腦的控制下，繼續(xù)增加輸出電壓使電動機(jī)加速。當(dāng)軟啟動器的輸出電壓接近額定電壓時，電動機(jī)就已達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，Is降為負(fù)荷電流In。啟動時間t1結(jié)束時，軟啟動器輸出額定電壓并發(fā)出旁路信號，使旁路接觸器閉合，軟啟動器停止輸出電壓，電動機(jī)轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行［4－8］。軟啟動的初始轉(zhuǎn)矩可以通過給定初始電壓和啟動時間進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)限流倍數(shù)設(shè)置小時，即允許的啟動電流Is偏小，電機(jī)轉(zhuǎn)速始終無法達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，因此就出現(xiàn)了第3種現(xiàn)象，電機(jī)一直轉(zhuǎn)動，但運(yùn)轉(zhuǎn)聲音也表現(xiàn)為沉悶、拖沓，旁路接觸器一直不能吸合。

3.3 問題處理

通過上述自上而下的參數(shù)計(jì)算，捋順了相關(guān)電氣節(jié)點(diǎn)問題，經(jīng)過進(jìn)一步調(diào)試，仍然無法帶負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)(其現(xiàn)象同之前現(xiàn)象3一樣)，則結(jié)合參數(shù)設(shè)計(jì)及一般調(diào)試經(jīng)驗(yàn)通過自下而上可以推斷出問題有很大程度出現(xiàn)在變壓器上，即是變壓器的容量不能滿足水泵的啟動電流。

明確了問題所在，通過協(xié)調(diào)更換變壓器之后，重新按照上述方法進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，問題得到圓滿解決［9］。通過最后的軟起顯示，相關(guān)啟動電流最大達(dá)到1 200 A左右，也證明了判斷的正確性。

經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試人員的不懈努力，中國(太原)煤炭交易展覽中心成為整個太原長風(fēng)商務(wù)區(qū)第1個正式受電的項(xiàng)目，也是第1個通過消防驗(yàn)收的工程，為隨后的“2011年第六屆中國中部投資貿(mào)易洽談會”的召開奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語

在很多實(shí)際問題處理過程中，往往是由于一些外界干擾因素以及我們對相關(guān)系統(tǒng)知識面掌握的不全，從而導(dǎo)致錯過了最佳的處理時機(jī)，而很多問題通常是由一個或幾個細(xì)小的問題所造成，這就需要我們的工程技術(shù)人員通過邏輯分析，抽絲剝繭，最終找到問題源，而在這工程中基礎(chǔ)知識的積累運(yùn)用無疑將起著極其重要的作用。

［1］翁雙安.供配電工程設(shè)計(jì)指導(dǎo)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社出版，2009.

［2］GB50303—2002，建筑電氣工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范［S］.

［3］施耐德斷路器使用說明書［K］.北京:施耐德中國電氣，2009.

［4］任致程.電動機(jī)軟起動器實(shí)用手冊［K］.北京:中國電力出版社，2006.

［5］劉瑜.電機(jī)軟啟動器的研究［J］.科技資訊，2011(9):134.

［6］馬成立.軟啟動器在渣車控制系統(tǒng)應(yīng)用［J］.一重技術(shù)，2011(2):21－23.

［7］曹沛，吳雷，張興進(jìn)，等.一種基于自關(guān)斷器件的新型軟啟動器［J］.電力電子技術(shù)，2011(10):49－51.

［8］范亞玲.電機(jī)軟啟動器在生產(chǎn)中的應(yīng)用［J］.川化，2011(2):14－15.

［9］許建安.繼電保護(hù)整定計(jì)算［M］.北京:中國水利水電出版社，2003.