電機水阻啟動裝置故障處理

李 琳

（山鋼股份濟南分公司氣體廠 濟南）

一、故障現象

濟南鋼鐵集團氣體廠氧壓機房1#6000氧壓機和2#20 000氮壓機均為繞線式異步電機（表1），采用一拖二水阻啟動方式，即1臺GZYQ-4000/6-YT型水阻啟動裝置（湖北追日電氣設備廠生產）分時啟動6000氧壓機和20 000氮壓機。2013年12月26日，在6000氧壓機運行情況下，啟動20 000氮壓機，啟動過程中，水阻控制柜"啟動超時"報警燈亮，接著水阻星點柜合閘，電機星點短接，水阻裝置切除瞬間造成電機所在高壓進線速斷跳閘。

二、故障分析

水阻啟動裝置利用液體電阻變化實現降壓啟動（繞線式電機在轉子回路串電阻）。在電解液中放置兩塊極板，極板距離由

1套伺服系統進行無級調節，西門子S7-200 PLC程序控制星點合閘和啟動時間，通過改變極板距離而改變電阻值，實現降壓軟啟動。電機啟動完成后電機星點短接，水阻裝置切除。檢查、確認電機本體相間絕緣和對地絕緣、電機高壓柜輔點和微機保護裝置保護動作值無異常，初步判斷此次停機原因是水阻啟動超時和啟動跳閘兩個相互獨立的故障。

1.水阻啟動超時

分析水阻控制柜PLC程序（圖1、圖2）得知，I0.2、I0.4和I1.4條件具備后，電機才能啟動。電機啟動后，啟動超時計時器只與I0.3信號有關，I0.3信號丟失，將會報出啟動超時故障。而星點合閘主要受I1.0和I0.7兩個限位開關信號的控制，與電機電流、電機轉速無關。檢查發現PLC模塊的I0.3輸入端子松動，壓接牢固后聯動試機，啟動超時故障消失。

圖1 啟動超時程序

圖2 星點合閘程序

2.啟動跳閘

（1）電機機械部分原因。電機跳閘主要機械原因是啟動負載過大。冬季環境溫度低，雖然電機潤滑油已加熱，但經過軸承后的油溫仍然很低，造成電機負載變大。電機要在啟動時間內達到并網轉速（2980 r/min），就需要加大啟動電流。若啟動電流保持不變，則會在電機并網、電機星點短接時因電機無法達到或接近并網轉速，并網瞬間產生較大沖擊電流，造成高壓柜微機保護裝置過流動作跳閘。由于20 000氮壓機為室內廠房安裝，啟動時電機環境溫度并不很低，且油溫達到聯鎖溫度后方可啟動，因此機械部分原因不是啟動跳閘的主因。

（2）水阻啟動裝置原因。水阻啟動裝置造成啟動跳閘的主因是啟動電流的變化，需要從極板和水阻箱電解液兩方面分析。①極板。水阻啟動裝置動靜極板是紫銅材料，長期浸泡在電解液中極板接觸面生出銅銹，極板間阻值增大，達不到電機應有的啟動電流。造成電機并網、電機星點短接時因電機無法達到或接近并網轉速，并網瞬間產生較大的沖擊電流，造成高壓柜微機保護裝置過流動作跳閘。同時，在啟動過程極板間產生拉弧現象，也影響電機正常啟動。②水阻箱電解液。由于水阻啟動裝置的液阻值是通過添加電解粉來調節，因此要考慮電解液濃度是否合理。水阻啟動裝置水箱中的液阻值過大或過小，均會造成高壓柜微機保護裝置過流動作跳閘，但跳閘現象不同。若電解粉過多，水箱中的液阻值就會變得很小。電機啟動瞬間（1～2 s）會產生較大的啟動初始電流，導致高壓柜微機保護裝置過流動作跳閘；若電解粉過少，水箱中的液阻值就會變得很大，從而降低啟動電流。電機啟動一段時間（升降機經過由高位到低位的時間約35 s），在水阻柜啟動完成、電機星點合閘、電機并網的瞬間，由于啟動電流小造成電機并網時無法達到或接近并網所需轉速。此時，PLC程序就將電機星點合閘（圖2），轉子回路短接。瞬間，降壓啟動變為直接啟動，電機主回路產生較大的沖擊電流，造成高壓柜微機保護裝置過流動作跳閘。結合故障現象判斷是液阻值過大。式（1）是電解液阻值調試公式。

式中 R——電解液阻值，Ω

Un——電機額定電壓，V

In——電機額定電流，A

A——設定的啟動電流倍數

環境溫度過低，會造成水阻箱中電解液溫度過低，有部分電解質結晶析出，導致電解液濃度降低，R變大。在電機額定電壓和電流不變情況下，R與A成反比。R增大，使A減小，即啟動電流減小。以B相為例，低溫未打磨動靜極板時R為7.24 Ω，根據公式1計算，啟動電流為額定電流的1.45倍，而正常啟動電流約為額定電流的2.5倍。可見，低溫造成水箱內液阻值變大，使得啟動電流減小。再結合當日環境溫度（-7℃），水阻箱內液體溫度接近0℃，低溫造成電解粉結晶析出，液阻值增大。因此環境溫度低是啟動跳閘故障的關鍵原因，而極板銹蝕則加劇了啟動電流過小。

三、故障處理

將水阻裝置的3對動靜機板拆卸后打磨銅銹，打磨完成后在6.3 V電壓下測量3個水阻箱中的液阻值；然后用電加熱棒將水阻箱內液體溫度加熱至20℃，極板上下限位間往返運動5次，再在6.3 V電壓下測量3個水阻箱中的液阻值（表2）。由此可見水阻箱中動極板打磨，液體加熱至20℃后，液阻值下降明顯。以B相為例，根據公式1計算，低溫未打磨動靜極板時啟動電流為額定電流的1.45倍，加熱打磨動靜極板后啟動電流為額定電流的2.41倍，啟動電流明顯增大。

表2 水阻箱液阻值 Ω

措施實施后，啟動20 000氮壓機，啟動過程正常，順利并網運行，啟動超時、星點合閘瞬間高壓柜微機保護裝置過流動作跳閘故障現象消失。

根據水阻啟動裝置的工作原理，受環境溫度影響較大是其固有缺陷，在北方冬季低溫環境下，故障現象尤為明顯。為此定期檢查水箱中液阻值，定期打磨動靜極板，確保啟動時水箱中液體溫度，可有效降低啟動故障率。