電動(dòng)機(jī)低電壓保護(hù)研究

王鑫鐸

摘要：為了減少變頻器的使用數(shù)量，變頻母線便成為了設(shè)計(jì)的新方向，而隨之在同一臺(tái)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)了變頻器保護(hù)和電動(dòng)機(jī)保護(hù)功能分配不清的問題，此工況下的電動(dòng)機(jī)保護(hù)成為了研究的一個(gè)重點(diǎn)。通過分析兩種保護(hù)配置原理，有效解決變頻母線下的電動(dòng)機(jī)保護(hù)問題。本文就PT柜二次線路保護(hù)空氣斷路器跳閘導(dǎo)致線路電動(dòng)機(jī)低電壓保護(hù)動(dòng)作跳閘，進(jìn)而引起整段線路跳閘失電的故障，簡(jiǎn)要說明了電動(dòng)機(jī)低電壓保護(hù)的作用、原理，并提出了改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)機(jī);低電壓;保護(hù)

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。

1常規(guī)電動(dòng)機(jī)保護(hù)配置

電動(dòng)機(jī)作為供水泵站最關(guān)鍵的電氣設(shè)備，安全性非常高。現(xiàn)在越來越多的供水泵站為長(zhǎng)距離、高揚(yáng)程泵站，電動(dòng)機(jī)也多采用6kV或10kV中壓電動(dòng)機(jī)。中壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)主要配置定子繞組相間短路保護(hù)、單相接地保護(hù)、低電壓保護(hù)等，當(dāng)電動(dòng)機(jī)功率大于2000kW時(shí)還應(yīng)配置差動(dòng)保護(hù)。電動(dòng)機(jī)額定電壓為10kV，容量為1600kW。電動(dòng)機(jī)配置速斷保護(hù)作為主保護(hù)，直接動(dòng)作于電動(dòng)機(jī)出口斷路器;配置過流II段保護(hù)作為后備保護(hù)，延遲動(dòng)作于電動(dòng)機(jī)出口斷路器;配置低電壓保護(hù)直接動(dòng)作于進(jìn)線斷路器;配置定子繞組相間保護(hù)，保護(hù)電動(dòng)機(jī)內(nèi)部繞組;單相接地故障率較高，故配置單相保護(hù)。

2低電壓保護(hù)的作用

2.1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。

2.2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)。

2.3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)。

3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。

3.1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。

3.2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。

3.3電壓測(cè)量回路結(jié)合單片機(jī)

通過電壓測(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。

4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)。

5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。

6改進(jìn)保護(hù)配置

常規(guī)的變頻電動(dòng)機(jī)大部分采用寬頻電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置，但此保護(hù)裝置仍存在誤動(dòng)可能，為此有必要根據(jù)變頻器特點(diǎn)提出一種新的保護(hù)理念，讓常規(guī)保護(hù)完成對(duì)變頻電動(dòng)機(jī)的保護(hù)。變頻器由隔離變、IGBT、電抗器組成。如果采用線路保護(hù)或變壓器保護(hù)，保護(hù)范圍可延伸到隔離變二次側(cè)，IGBT及電抗器的保護(hù)由變頻器本體實(shí)現(xiàn)，那么在保護(hù)整定計(jì)算時(shí)，所有的保護(hù)裝置均為工頻保護(hù)，對(duì)整定本身降低了很大難度。（1）在變頻器饋線回路中配置變壓器保護(hù)，保護(hù)范圍為母線到變壓器二次側(cè)。（2）變頻器保護(hù)由變頻器本體完成，保護(hù)范圍從IGBT至電動(dòng)機(jī)進(jìn)線。（3）電動(dòng)機(jī)工頻段配置電動(dòng)機(jī)保護(hù)，保護(hù)范圍為工頻下電動(dòng)機(jī)。改進(jìn)后的保護(hù)，解決了頻率改變下的保護(hù)問題，使保護(hù)裝置全部為工頻下的常規(guī)保護(hù)，同時(shí)解決了隔離變保護(hù)問題，在采用變頻率保護(hù)裝置時(shí)，變頻器隔離變?nèi)蕴幵诠ゎl工作狀態(tài)，變頻器是無法保護(hù)隔離變的。

結(jié)束語

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“無壓有流，開關(guān)不動(dòng);無壓無流，開關(guān)動(dòng)作”。設(shè)備改造后取得良好效果，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)問題。

參考文獻(xiàn)

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