高壓電動(dòng)機(jī)液態(tài)軟起動(dòng)裝置起動(dòng)失敗的原因分析

時(shí)文婷 黃長明 周麗麗

（中石化河南石油勘探局水電廠，河南 南陽 473132）

我公司有多臺(tái)10kV/500kW 高壓電動(dòng)機(jī)，高壓電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)輸油泵實(shí)現(xiàn)原油的管道密閉輸送。為了限制電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流，減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊，配套使用了高壓液態(tài)軟起動(dòng)裝置。

液態(tài)軟起動(dòng)裝置由兩臺(tái)高壓真空接觸器、液體電阻以及PLC 控制系統(tǒng)組成。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程中，在電動(dòng)機(jī)定子回路串接液體電阻，起動(dòng)電流在液體電阻上將產(chǎn)生電壓降，降低了電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓，起動(dòng)電流也得到減小，從而達(dá)到對(duì)電動(dòng)機(jī)降壓限流的目的[1]。

電氣原理如圖一所示。液體電阻串接在高壓斷路器和電動(dòng)機(jī)之間，采用星形接法。液體電阻由相互絕緣的三個(gè)絕緣箱體構(gòu)成，每個(gè)箱體內(nèi)部分別盛有按照要求配置的電解液并裝有一組相對(duì)獨(dú)立的導(dǎo)電電極板，一動(dòng)一靜，動(dòng)極板通過柜體上部的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)控制運(yùn)行。起動(dòng)時(shí)，高壓真空接觸器KM2 首先閉合，將液態(tài)電阻Rs 串入電動(dòng)機(jī)定子回路，同時(shí)柜頂部的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)動(dòng)極板開始向靜極板勻速接近，起動(dòng)瞬間，動(dòng)靜極板間距最大，因此Rs 最大。隨著電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的上升，動(dòng)靜極板間距逐漸接近，液體電阻均勻減小，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速接近正常轉(zhuǎn)速后，真空接觸器KM1 閉合，真空接觸器KM2 斷開，液體電阻脫離電源系統(tǒng)，起動(dòng)過程完成，電動(dòng)機(jī)進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)[2]。

液態(tài)軟起動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉，并能有效降低起動(dòng)電流，在工礦企業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。但我公司的3#高壓電動(dòng)機(jī)自安裝之后，每次起動(dòng)十幾秒鐘后高壓斷路器都報(bào)速斷保護(hù)動(dòng)作而跳閘，致使電動(dòng)機(jī)起動(dòng)失敗，給安全生產(chǎn)帶來嚴(yán)重影響。

為此，公司成立了技術(shù)小組，對(duì)故障原因進(jìn)行了全面的分析排查。

1 故障原因分析

1.1 繼電保護(hù)定值檢查及保護(hù)裝置校驗(yàn)

保護(hù)定值整定人員對(duì)該電機(jī)保護(hù)速斷定值重新進(jìn)行核算。同時(shí)與我公司其他同型號(hào)電機(jī)速斷定值進(jìn)行核對(duì)，保護(hù)定值設(shè)定正確，因此可以排除保護(hù)定值設(shè)定不當(dāng)?shù)囊蛩亍?/p>

保護(hù)試驗(yàn)人員對(duì)微機(jī)保護(hù)裝置進(jìn)行了校驗(yàn)，證明系統(tǒng)速斷保護(hù)動(dòng)作正常，可以排除保護(hù)誤動(dòng)作因素。

圖1 電氣原理圖

1.2 電動(dòng)機(jī)及電纜故障排查

使用2500V 兆歐表測試電動(dòng)機(jī)及電纜絕緣電阻，均在300MΩ 以上。可以排除因電動(dòng)機(jī)及電纜絕緣缺陷造成速斷保護(hù)動(dòng)作的因素。

1.3 液態(tài)軟起動(dòng)柜故障排查

經(jīng)檢查起動(dòng)柜內(nèi)部接線正確。經(jīng)測試，在不送高壓電源情況下，起動(dòng)柜內(nèi)部接觸器KM1、KM2的投切正常，極板動(dòng)作亦正常。

1.4 液體電阻阻值測試

使用交流伏安法對(duì)液體電阻的阻值進(jìn)行了測試，阻值滿足廠家技術(shù)文件的要求，可以實(shí)現(xiàn)有效抑制起動(dòng)電流的要求。

1.5 原油運(yùn)輸工藝流程故障排查

經(jīng)詢問操作人員，起動(dòng)時(shí)嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行操作，起動(dòng)前盤泵很輕松，亦不存在帶載起動(dòng)和管線憋壓現(xiàn)象。

造成電動(dòng)機(jī)起動(dòng)失敗的原因到底是什么呢？技術(shù)人員對(duì)速斷保護(hù)跳閘過程又進(jìn)行仔細(xì)分析，發(fā)現(xiàn)每次速斷保護(hù)動(dòng)作導(dǎo)致起動(dòng)失敗，并不是發(fā)生在起動(dòng)瞬間，而是發(fā)生在起動(dòng)過程已經(jīng)進(jìn)行了十幾秒，起動(dòng)柜內(nèi)接觸器KM1、KM2 完成切換的瞬間。會(huì)不會(huì)是起動(dòng)柜接觸器KM1、KM2 切換太早了呢？技術(shù)人員調(diào)出了PLC 內(nèi)部程序片段[3]，如圖2所示。

圖2 電機(jī)起動(dòng)控制梯形圖片段

通過定時(shí)器T53 可知，程序設(shè)定的KM1、KM2切換即起動(dòng)時(shí)間為15s（150 乘以100ms）。經(jīng)了解，在起動(dòng)柜安裝時(shí)，電動(dòng)機(jī)以及輸油泵還未安裝到位，因此整體的系統(tǒng)調(diào)試并未進(jìn)行，也就是說PLC 程序給定的起動(dòng)時(shí)間是出廠默認(rèn)值，并未根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。技術(shù)人員嘗試將起動(dòng)時(shí)間改為20s，再一次起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)了正常起動(dòng)。實(shí)際上電動(dòng)機(jī)約在18s 時(shí)起動(dòng)就接近完成了（可以通過觀察起動(dòng)柜上的指針電流表的顯示情況進(jìn)行驗(yàn)證，起動(dòng)瞬間電流表指針沖高，約18s 后電流表指針回落，20s 完成切換，起動(dòng)完成，運(yùn)行正常）。

2 分析

通過多方排查，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)失敗的原因可歸結(jié)為起動(dòng)柜PLC 程序設(shè)定的起動(dòng)時(shí)間不足。電動(dòng)機(jī)T型等效電路圖如圖3所示。由圖可知，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)瞬間，由于轉(zhuǎn)差率S 很大約為1，因此整個(gè)回路的阻抗很小，這就是電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)電流可以達(dá)到額定電流4～7 倍的原因。本例中由于起動(dòng)時(shí)在回路中串入可變液態(tài)電阻Rs，可以起到限制起動(dòng)電流的作用，防止出現(xiàn)速斷或者過流保護(hù)動(dòng)作。但由于PLC系統(tǒng)設(shè)置的起動(dòng)時(shí)間不夠（僅有15s，大型電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)時(shí)間往往很長），當(dāng)起動(dòng)柜強(qiáng)制切換時(shí)，Rs被短接，此時(shí)轉(zhuǎn)差率S 仍然較大，回路阻抗突然變小，從而導(dǎo)致回路電流激增，造成斷路器速斷保護(hù)跳閘，致使電動(dòng)機(jī)起動(dòng)失敗。

圖3 電動(dòng)機(jī)T 型等效電路圖

3 結(jié)論

1）電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的失敗的原因有很多，要認(rèn)真逐一進(jìn)行排查，直至找到真正原因。

2）大型電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)多由PLC、晶閘管、變頻器進(jìn)行控制，這些部件以及內(nèi)部程序程序也是故障排查的重要環(huán)節(jié)。

3）電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)時(shí)間和最大可能的起動(dòng)電流要根據(jù)電機(jī)的結(jié)構(gòu)、參數(shù)以及現(xiàn)場的實(shí)際情況進(jìn)行測算，并在現(xiàn)場調(diào)試的時(shí)候，設(shè)定好各項(xiàng)系統(tǒng)參數(shù)，確保電動(dòng)機(jī)正常起動(dòng)。

[1] 張翔.高壓交流液態(tài)軟起動(dòng)的研究及應(yīng)用[J].設(shè)計(jì)技術(shù),2010(3):38-41.

[2] 張長弓.液態(tài)軟起動(dòng)裝置在礦井主通風(fēng)機(jī)上應(yīng)用的可行性研究[J].中國高新技術(shù)企業(yè),2010(30):11-12.

[3] 鄧則名,鄺穗芳,程良倫.電器與可編程控制器應(yīng)用技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007.117-132.