一起燃機啟動電動機電流速斷跳閘的分析及處理

王成平

(珠海深能洪灣電力有限公司， 廣東 珠海 519060)

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一起燃機啟動電動機電流速斷跳閘的分析及處理

王成平

(珠海深能洪灣電力有限公司， 廣東 珠海 519060)

摘要:結合一起電動機電流速斷保護頻動事故，對事故發生的原因從電氣和機械特性方面進行了詳細分析，并結合電動機的實際運行情況進行了故障處理，最終判定跳閘主要是由電動機啟動瞬間的電流衰減時間較空載時間長引起的。通過調整定值，啟動電動機出現電流速斷保護動作跳閘的問題得到解決。

關鍵詞:燃氣輪機; 啟動電動機； 電流速斷保護； 故障處理

2005年11月，珠海深能洪灣電力有限公司(簡稱“洪灣公司”)建有兩套PG9171E型燃氣-蒸汽聯合循環機組，分別為#4、#6機組。燃機主要由6kV的高壓電動機88CR啟動、運行，若啟動電動機發生故障，則將引起機組無法運行，嚴重影響電廠的生產運行，因此，保證啟動電動機可靠、安全運行意義重大。本文針對一起電動機電流速斷保護頻動事故，對事故發生的原因進行了詳細分析，并結合電動機的實際運行情況進行了故障處理。

1電動機運行及故障概況

88CR高壓電動機是PG9171E型燃氣-蒸汽聯合循環機組的啟動系統核心設備之一。其通過液力變扭器傳輸動能，帶動燃機透平大軸實現燃機機組的啟動,因此，啟動電動機88CR一旦發生故障，必將引起燃機機組無法正常啟動，影響電廠機組各項運行指標，且將受到電網考核；若故障情況惡化，必將導致設備和系統更大范圍的事故發生[1]。

88CR電動機啟動及正常運行時，廠用6kV母線電壓控制在6.05~6.35kV，啟動時間約為 12min。88CR電動機及電源開關銘牌參數如表1所示。

表1　88CR電動機和電源開關銘牌參數Tab.1　Type 88CR motor and switch nameplate parameters

2009年4月，#6燃機常出現一啟動，啟動電動機88CR就因啟動電流過大，而觸發電流速斷保護動作，導致88CR電源開關6405跳閘，且大多數是第1次啟動失敗，第2次便成功，有且只有1次出現連續2次因電流速斷而跳閘的情況。電源開關6405啟動數據如表2所示。

表2　#6燃機88CR電動機電源開關6405啟動數據Tab.2　Start data of the switch 6405 on type 88CR motor of No.6 machine

注： 滑油溫度為45~60℃；環境溫度為25℃；電流速斷整定值為880A；正常啟機時啟動電流為725~740A

在將啟動電動機88CR的電源開關6305與6405對調后，#6燃機啟動正常，而#4燃機出現啟動時因電流速斷保護而跳閘的現象。電源開關6305啟動數據如表3所示。

表3　#6燃機88CR電動機電源6305啟動數據Tab.3　Start data of the switch 6305 on type 88CR motor of No.6 machine

2故障原因分析和排查

電動機88CR啟動時出現兩種現象： ① 零起盤車；② 在盤車狀態下正常啟機。針對上述故障現象和數據，本文進行電氣和機械性能的分析[2]，從啟動電壓、保護整定值、電氣回路接觸狀況、開關機械特性質量、電動機質量、繼電保護回路和裝置、電動機負載轉矩等方面進行排查。

(1) 啟動電壓。根據電動機的啟動特性可知[3]，在電動機啟動瞬間，加在定子繞組的電壓越高，其啟動電流就越大。通常，電動機的啟動電流是額定電流的4~7倍。同時，閉合的轉子繞組中產生有電流，該電流與旋轉磁場相互作用，使轉子繞組受到電磁力F作用，進而產生電磁轉矩，當電磁轉矩(電磁轉矩Me∝U2)大于負載轉矩，電動機轉子就轉起來了。因此，電壓過高將使啟動電流增大；反之，電壓過低，使電磁轉矩小于負載轉矩，也會出現啟動電流過大的可能。

結合表2、3數據可知，在外部環境不變的情況下，啟動電流跟加在定子繞組上的電壓成正相關。由于洪灣公司88CR電動機在低于額定電壓(Ue)5%~10%的情況下運行，故因啟動電壓調整不合理造成啟動電流過大的可能性可以排除。

(2) 保護整定值。保護整定值合理與否直接關系到電動機能否可靠安全運行。若整定值過大，將無法躲避危害電動機的不利環境；若整定值過小，則可能經常引起開關誤跳，從而降低設備運行的可靠性[4]。

由于洪灣公司的88CR電動機是在低于5%~10%Ue的情況下運行的，運行電流顯然大于額定值，且運行時間較長，因此，在過熱保護整定值設置時，理論上應考慮予以適當調高。但是，88CR電動機在滿足最小啟動轉矩時，調低電壓后會降低啟動電流(類似于降壓啟動)，此時，理論上整定值可以適當調小或不變(即廠家根據系統參數計算出的整定值)。因此，若盲目調大保護整定值，可能會因保護過度而造成電動機或開關被燒毀。

此外，洪灣公司的電流速斷整定值已經調至8.62Ie(Ie為額定電流)，故在正常情況下，電動機正常啟動時電流速斷整定值能夠躲過啟動電流[5]。根據以往的運行數據，啟動電流約為730A時，出現電流速斷跳閘的現象相對較少(不考慮外部的惡劣環境)；但是，若啟動電動機的外部環境非常惡劣，則在某種程度上使其負載變大，啟動電流衰減較慢，若在40ms內不能衰減到保護定值，則有可能導致保護動作而跳閘。因此，因電流速斷保護的整定值設置過小引起跳閘可能性是存在的。

(3) 電氣回路接觸。檢查電氣回路絕緣是否正常，若合閘時，出現金屬、非金屬或擊穿性接地都會造成電流速斷或過流跳閘。根據故障情況可知，電動機第1次啟動不成功，第2次啟動便成功，或電動機因1h內啟動次數達到3次向燃機發出報警信號，然后電源開關6405跳閘(此時開關面板只有ALARM報警，無TRIP報警信號)；經斷電復歸后，啟動正常至并網。顯然，88CR電動機運行中未出現過熱現象。

(4) 開關機械特性質量。當88CR電動機啟動時，正常啟動電流(720~740A)較大，必然對額定值僅為630A的開關造成一定的機械沖擊，長期分合操作必然對電源開關造成損害。若開關特性本身存在問題，如開關驅動機構和傳動機構配合不到位或存在受力偏移，特別是傳動桿、絕緣桿與帶動觸頭動作的導電桿連貫動作時出現間隙錯位，將導致合閘時出現三相合閘不同期的現象；此外，當開關合閘時，由于觸頭彈簧彈力下降、拐臂和軸銷間隙磨損變大，將引起開關合閘時彈跳時間過長(技術標準為真空斷路器觸頭彈跳時間≤2ms)，長期如此將導致觸頭燒壞或熔焊，進而造成開關動、靜觸頭接觸電阻變大或三相直阻不平衡，引起開關合閘后接觸不良或三相動作機構不靈活、以及三相合閘時間相差較大，造成啟動電流過大，速斷跳閘[6-8]。真空開關故障發生部位及幾率如表4所示[9]。

表4　真空開關故障發生部位及發生幾率對比Tab.4　Comparison of fault parts and occurrenceprobability of the vacuum switch

將#4與#6燃機的88CR電動機電源開關對調，短時間觀察，#6燃機啟動運行正常，而#4燃機啟動時出現故障，且在短短3次啟動中出現2次啟動電流速斷跳閘故障，這說明： ① #6燃機88CR電動機電氣回路正常；② 88CR電動機電源開關6405存在故障。因此，可初步判斷電源開關6405故障的可能性較大。

(5) 電動機質量。由于電動機運行環境完全符合其運行的參數要求，且測得電動機繞組的相間、相對地絕緣和直阻正常，此外，軸承、轉子和風扇等輔助部件都正常，故可基本排除電動機運行環境的問題。另外，電動機的檢查數據中也未發現其有異?，F象，且電動機啟動時，運行電流、聲音、振動、發熱等也都正常。因而，基本上可以斷定電動機質量沒有問題。

(6) 繼電保護回路和裝置。88CR電動機二次回路接線良好，電流互感器TA特性良好，測量誤差在其允許范圍內，能真實準確地反映一次回路的電流；同時，二次電流輸入繼電保護裝置應準確無誤，保證其輸入保護采樣值的連續和準確，以及保護裝置軟硬件工作正常[10-11]。若不能真實、可靠地反映電動機的一次運行電流，將其一次電流誤放大，則有可能引起電流速斷跳閘。

(7) 電動機負載轉矩。在電動機啟動及運行過程中，其負載起著阻力力矩的作用。在正常的啟動狀態下，電動機的電磁力矩大于阻力力矩。但由于機械設備的故障造成負載阻力力矩增大或存在使負載阻力力矩增大的不正常啟動條件時，負載則會對電動機的啟動帶來很大的影響。若負載的機械部分處在不易啟動的死區，則在已盤車狀態下啟動88CR電動機出現電流速斷跳閘的可能性就很??；而在零啟盤車時啟動88CR會出現電流速斷跳閘的現象。從零啟盤車的故障情況看，每次都是第一次啟動時跳閘，因此，負載轉矩過大的可能性還是存在的。另外，因環境溫度低導致潤滑油粘度太高或潤滑不良也可能造成負載轉矩過大；但是，在已盤車狀態下啟動88CR出現該現象的可能性較小。

其次，當盤車電動機88TG停后，88CR啟動后2s，液力變扭器充油電磁閥20TU-1才帶電進行充油，此前20TU-1一直處于失電泄油狀態，且電機88TM將扭矩角度由43°調至68°，該過程雖然時間較短，但若匹配不好，即角度變化過程中卸油未完全，則可能額外增加88CR電動機的負載轉矩[12]。

3故障處理

通過上述電氣和機械方面的分析，本文采取以下措施進行檢查，并找到了保護動作頻現的原因。

(1) 對88CR進行電氣回路整體檢查，測得對地絕緣值R15S=348MΩ，R60S=1176MΩ，吸收比K=3.379，同時測得電動機、電纜直阻、相間平衡、絕緣和直阻暫未發現問題，除非直阻偏小才可能造成電流過大，但這種情況已排除。

(2) 對6405開關進行全面檢查，并進行開關的機械特性試驗，發現分、合閘機械特性狀態良好，同期效果也較好，試驗數據如表5所示。

表5　6405開關合閘機械特性試驗Tab.5　Test of mechanical properties of 6405 switch closing

(3) 對#6燃機88CR電動機繼電保護回路和保護裝置進行校驗未發現問題，并將電源開關6405與6305對換，則6#燃機啟動正常，故繼電保護回路和保護裝置故障的可能性可以排除。

(4) 對燃機啟機程序、20TU-1充油電磁閥、88TM和液力變扭器進行檢查，均未發現異常[13]；此外，運行時，潤滑油溫度控制在規定范圍內，因此，電動機負載轉矩基本恒定。由此可見，因負載增加過大而引起啟動電流過大的可能性可以排除。

(5) 對#6燃機88CR電動機的電流錄波發現，啟動電流約為 1060A，遠遠大于保護定值 880A；這是由于電動機負載過大，導致啟動電流衰減較慢，運行40ms后電流仍為880A左右，因而，導致保護電流速斷跳閘。

由上述故障處理可知，電動機速斷保護頻動的原因是保護整定值設置不合理造成的。電動機速斷保護的整定原則是要躲過啟動時的最大電流，在無法預知電動機啟動電流的情況下，電流一般取為額定電流的5～7倍，通常按7Ie計算[14]。如取1.5倍可靠系數的話，則速斷保護的整定值為10.5Ie。在實際應用中，個別電動機的啟動電流會大于7Ie，甚至更大[15]，因此，需要根據實際情況來整定。經調整，當電流整定值達到9Ie后，88CR電動機啟動均正常，未再出現電流速斷保護誤動跳閘的情況。

4結語

燃機啟動電動機88CR啟動時頻繁出現電流速斷保護動作故障，較大影響了機組的啟動可靠性，經過數據分析，以及從電氣、機械特性的檢查和試驗，進一步查找到電流速斷保護誤動的原因，主要是由于電動機啟動負載大，啟動電流衰減較慢，速斷保護整定值偏小無法躲過啟動的瞬時大電流造成的。通過適當調大電流整定值，88CR電動機啟動運行正常，因此，徹底消除了該電動機電流速斷保護誤動的隱患，改善了機組的啟動可靠性，同時，也對9E燃氣機組相同類型的故障處理提供了一定的參考。

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Analysis and Processing of an Accident of Instantaneous Current Tripin a Gas Turbine Start Motor

WANGChengping

(Zhuhai Shenzhen Energy Hongwan Power Co., Ltd., Zhuhai 519060， Guangdong, China)

Abstract:This paper analyzes a motor current instantaneous protection frequency trip accident. The cause of the accident is studied in detail from the electrical and mechanical characteristics. The fault is dealt with according to the actual operation of the motor. It is determined that the main reason of tripping that, when the motor starts, the instant current decay time is longer than that without load. By adjust the setting values, the problem of start motor current instantaneous trip protection is resolved.

Key words:gas turbine； start motor; current instantaneous trip protection; fault treatment

文獻標志碼:

中圖分類號:TM 774.2

文章編號2095 - 0020(2015)01 -0058 - 05

作者簡介：王成平(1983-)，男，助理工程師，主要研究方向為電氣生產運行管理，E-mail： xiaoping0127@126.com

收稿日期：2015 - 01 - 25