變壓器缺相引起三相電機(jī)燒毀的原因及預(yù)防方法

余玉福 何朝麗

廣西民族大學(xué) 廣西 南寧 530006

引言

10/0.4 kV Yyn0A型配電變壓器其高壓側(cè)繞組為星形接線，中性線不接地，低壓側(cè)繞組為星形接線，且中性線接地。當(dāng)高壓側(cè)發(fā)生缺相時，低壓側(cè)輸出線電壓中有一路線電壓正常，另外兩路線電壓為200V。高壓側(cè)發(fā)生缺相后低壓側(cè)輸出三相有不對稱的電壓導(dǎo)致三相導(dǎo)步電機(jī)動行異常，如果不及時停止運(yùn)行，三相導(dǎo)步電機(jī)將燒毀[1]。

針對這問題，可在三相電機(jī)啟停控制器加裝一套三相電壓平衡保護(hù)裝置，在正常運(yùn)行時一旦發(fā)生高壓側(cè)發(fā)生缺相能及時停止運(yùn)行，保證三相異步電機(jī)不被燒毀。

1 故障現(xiàn)象

某農(nóng)場10kV電力變壓器容量為315kVA，電壓變比為10/0.4kV，接線方式為Yyn0。日常用8臺30KV的三相水泵抽水給農(nóng)作物灌溉，每臺水泵單獨(dú)用自耦降壓啟動柜控制。某日8臺水泵同時運(yùn)行時發(fā)生無故停機(jī)現(xiàn)象。經(jīng)現(xiàn)場查看，高壓側(cè)正常，有4臺水泵電機(jī)燒毀，測得變壓器二次側(cè)輸出線電壓Uac=380V、Uab=190V、Ubc=190V。斷定供電局有一相電缺失。

2 事故分析

在正常情況下，電力系統(tǒng)三相電壓平衡，變壓器鐵芯ABC三柱中的磁通也平衡：ΦA(chǔ)=ΦB=ΦC[2]。

在電機(jī)正常運(yùn)行時，因供電局有一相電突然缺失（假設(shè)B相缺失），導(dǎo)致l0 kV變壓器缺相運(yùn)行，如圖1所示。

圖1 Yyn0型變壓器缺相運(yùn)行磁通分布

Yyn0型變壓器10kV側(cè)中性點(diǎn)不接地。當(dāng)B相發(fā)生斷線時，A、C兩相繞組形成串聯(lián)回路，接入10kV線電壓，每個繞組兩端電壓為5000V。依據(jù)電工理論，兩個線圈串聯(lián)，電流分別從同名端流入，即為順接串聯(lián)，否則反接串聯(lián)，故得出A、C兩相繞組為反接串聯(lián)，產(chǎn)生的磁通大小相等、方向相反，在變壓器磁芯柱上能形成回路。在B相磁芯柱上，A、C兩相的磁通大小相等、方向相反，故相互抵消，所以在二次側(cè)b相繞組上產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為0[3]。

變壓器變比K=10000/400=25。二次側(cè)空載時，二次側(cè)輸出相電壓UaN=UcN=5000/25=200V、UbN=0。二次側(cè)線圈a和c反接串聯(lián)，故Uac=UaN+UcN=400V，Uab=Ubc=200V。因?yàn)樵撧r(nóng)場位于高壓線末端，日常電壓偏低，所以發(fā)生缺相時各路線電壓與理論值偏低。二次側(cè)有負(fù)載時，電壓會隨負(fù)載大小而變化。

筆者做過實(shí)驗(yàn)，380V的交流接觸器吸合后再把線圈兩端電壓調(diào)到200V左右仍能保持吸合（不同交流接觸器可能存在差異）。如果發(fā)生缺相時自耦降壓啟動柜內(nèi)的交流接觸器線圈接入的是電壓正常的那路線壓，即使有負(fù)載使電壓降低，但也足以保持交流接觸器吸合。因三相均有電流，所以電機(jī)綜合保護(hù)器檢測不到斷，相起不到保護(hù)作用。這時三相不對電壓加到三相異步電動機(jī)上，導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行異常而燒毀。

3 保護(hù)措施

經(jīng)上述分析，三相異步電動機(jī)燒毀的直接原因是變壓器高壓側(cè)缺相使二次側(cè)三相電源不對稱所致。因此，在三相異步電動機(jī)啟停控制器加裝三相電壓平衡保護(hù)器，確保在高壓側(cè)發(fā)生缺相時能及時切斷電源，確保用電設(shè)備安全。三相電壓平衡保護(hù)器如圖2、圖3（已簡化）所示。

圖2 三相電壓平衡保護(hù)器

圖3 三相異步電動機(jī)啟停控制器

KT1、KT2、KT3為時間繼電器（自動控制時間設(shè)置為2秒），KM1、KM2、KM3為繼電器，L1、L2、L3為電感，L1、L2、L3的感抗分別為KM1、KM2、KM3感抗的1/3。通電瞬間時間繼電器KT1、KT2、KT3吸合，常開接點(diǎn)KT1、KT2、KT3閉合，繼電器KM1、KM2、KM3線圈兩端接入400V電壓而吸合，常開接點(diǎn)KM1、KM2、KM3閉合，D1、D2導(dǎo)通。2秒鐘后時間繼電器KT1、KT2、KT3自動控制，觸點(diǎn)被釋放，常開接點(diǎn)KT1、KT2、KT3打開，繼電器KM1、KM2、KM3線圈分別和L1、L2、L3串聯(lián)接到400V線壓中，由歐姆定律可知KM1、KM2、KM3線圈兩電壓為300V。此時按下電機(jī)啟停控制器“啟動”按鈕可以正常啟動三相異步電動機(jī)[4-5]。

當(dāng)B相缺失時，Uab=Ubc=200V，繼電器KM1、KM2線圈兩端電壓為133V，這么低的電壓不足以使繼電器保持吸合，觸點(diǎn)被釋放，常開接點(diǎn)KM1、KM2打開，D1、D2斷路，電機(jī)啟停控制器停止工作。如果是A相或B相缺失時，D1、D2也斷路，電機(jī)啟停控制器停止工作。

4 結(jié)束語

當(dāng)Yyn0變壓器發(fā)生缺相時，二次側(cè)有一路線電壓正常，另兩路線電壓降為正常的一半。因三相均有電壓，電機(jī)啟停控制器起不到保護(hù)作用。用時間繼電器、交流接觸器和電感組成的三相電壓平衡保護(hù)器改裝電機(jī)啟停控制器，在高壓側(cè)任何一相缺失時都能使電機(jī)啟停控制器停止工作，保證三相異步電機(jī)不燒毀。