電動機(jī)低電壓保護(hù)誤動作分析及改進(jìn)

【摘要】供電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，為了預(yù)防電動機(jī)誤動過程中造成電源電壓長時間嚴(yán)重下降，在電動機(jī)上通常預(yù)裝上低壓保護(hù)裝置。本文分析了電動機(jī)低壓保護(hù)，并依據(jù)現(xiàn)實(shí)中所遇問題提出了預(yù)防電動機(jī)低電壓誤動作的方法，以304B所電機(jī)低壓保護(hù)動作致裝置非計(jì)劃停車為例進(jìn)行了詳細(xì)說明。

【關(guān)鍵詞】電動機(jī);低壓保護(hù);非計(jì)劃停車;誤動作分析

1.電動機(jī)低電壓保護(hù)概述

1.1 低電壓保護(hù)的原因

在供電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)當(dāng)電壓過低時，會導(dǎo)致電動機(jī)過電或者堵轉(zhuǎn)，進(jìn)而引發(fā)電動機(jī)燒毀。當(dāng)電動機(jī)機(jī)端電壓降低到原有60%時，其自啟動非常困難，為了確保電壓恢復(fù)過程中重要的電動機(jī)需要自啟動，需要把不太重要的系統(tǒng)去除，因此，對重要的電動機(jī)應(yīng)該裝配低壓保護(hù)。

1.2 低電壓保護(hù)的裝設(shè)原則

（1）可以自啟動的I類電動機(jī)，不用安裝低電壓保護(hù)。

（2）當(dāng)系統(tǒng)電源瞬時消失或降低時，為保證I類電動機(jī)的自啟動，需要在II、III類電動機(jī)上預(yù)裝低壓保護(hù)。

（3）當(dāng)電壓長時間降低或消失時，依據(jù)生產(chǎn)要求，不可以自啟動的電動機(jī)應(yīng)裝設(shè)低電壓保護(hù)作用于跳閘。

1.3 高壓電動機(jī)低電壓保護(hù)分析

如圖1保護(hù)原理所示：

1）電機(jī)正常運(yùn)行時，所有低電壓繼電器都處于帶電的狀況，此時低壓保護(hù)處于空置狀態(tài)。

2）當(dāng)電壓互感器中兩相斷線等故障出現(xiàn)時，KV1，KV2和KV3三個繼電器內(nèi)部響應(yīng)低電壓繼電器復(fù)位。進(jìn)而KM1動作，中斷KT1及KT2繼電器內(nèi)部的電源線圈，避免誤跳閘，同時傳出電壓回路斷線信號。

3）當(dāng)電源電壓達(dá)到額定電壓的60%時，KV1、KV2和KV3同時釋放，并閉合KT1，使得KM3通電，此時可以把不重要的電動機(jī)切除。

圖1 低電壓保護(hù)原理

2.預(yù)防電動機(jī)低電壓誤動作的方法

當(dāng)電動機(jī)電壓驟降時，因?yàn)殡妱訖C(jī)轉(zhuǎn)速很難隨之突然變化，電動機(jī)內(nèi)部就會產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)等現(xiàn)象。如果電動機(jī)正常運(yùn)行，即使電動機(jī)電流值會因?yàn)樨?fù)載的變化而變化，波動范圍也處于額定電流值的10%。因此，改進(jìn)方法為：在低電壓保護(hù)模塊上加入電流閉鎖，把運(yùn)行電流的大小視為低電壓保護(hù)動作的必備條件。當(dāng)電動機(jī)電壓下降和電動機(jī)電流突變同時發(fā)生時，低電壓保護(hù)裝置才起作用。如果檢測到一次側(cè)電動機(jī)電源正常，運(yùn)行電流在正常范圍內(nèi)，無論是操作失誤或者PT 柜出現(xiàn)故障都不會引起低電壓保護(hù)誤動作，因此，從根本上預(yù)防電動機(jī)低電壓誤動作。如圖2所示，為改進(jìn)后的邏輯思路圖。

圖2 改進(jìn)后的低壓保護(hù)邏輯思路圖

3.304B所電機(jī)低壓保護(hù)動作致裝置非計(jì)劃停車實(shí)例

3.1 繼保動作概述

2010年6月18日，304B所I段母線上在運(yùn)的四臺10KV電動機(jī)，P320a進(jìn)料泵（315KW），442A1、442A5（250KW）和442B7（400KW）循環(huán)水泵，饋電柜SEL-749M低電壓保護(hù)動作跳閘。9時21分442A1循環(huán)水泵在起動過程中低電壓保護(hù)再次動作于跳閘。經(jīng)檢測I 段進(jìn)線柜運(yùn)行正常，753I號變運(yùn)行正常。經(jīng)查找，發(fā)現(xiàn)I段PT柜C相熔斷器熔斷，9時30分更換熔斷器后，PT二次電壓恢復(fù)正常。由于P320A進(jìn)料泵跳停，環(huán)己酮氧化聯(lián)鎖停車，在供電恢復(fù)后，環(huán)己酮車間組織開車，優(yōu)化生產(chǎn)工藝至2010年6月20日19時40分，環(huán)己酮裝置開車正常。

3.2 動作原因分析

依據(jù)事發(fā)時系統(tǒng)的情況分析，電壓互感器二次回路C相熔斷器熔斷后，低電壓保護(hù)未閉鎖，所以導(dǎo)致保護(hù)動作跳閘。對442A5泵開關(guān)柜的SEL-749M保護(hù)裝置重新作了低電壓保護(hù)試驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)問題，給保護(hù)裝置輸入1A的電流，人為地?fù)艿綦妷夯芈啡蹟嗥鳎Ｗo(hù)均能閉鎖。通過咨詢，是保護(hù)的PT斷線邏輯可能太靈敏，因保護(hù)的PT斷線邏輯內(nèi)部固化，只有美國SEL總部才能修改，需要增加低電流閉鎖條件。經(jīng)過評核，得出此建議不完善。因此需要將繼電器的事件錄波調(diào)出進(jìn)行分析。

圖3 442A1柜SEL-749M中調(diào)出的跳閘前5周波的

負(fù)序和零序波形圖

通過分析得出：事發(fā)時304B所I段進(jìn)線PMC5600測量裝置測量的系統(tǒng)電壓值如下：線電壓：Uab=10.7KV，Ubc=10.7KV，Uca=10.69KV;相電壓：Ua=6426V，Ub=6083V，Uc=6031V;442A1泵的繼電器記錄也表明電動機(jī)回路有5A的殘余電流。通過分析討論得出了結(jié)論是：由于C相保險燒壞時，系統(tǒng)電壓、電流的頻繁波動，滿足了電流的相角變化值大于10度的條件，通常正序，負(fù)序和零序電流的角度變化值不會大于10度，從而導(dǎo)致繼保裝置誤判系統(tǒng)低電壓而動作于跳閘。

圖4 正序、負(fù)序和零序相角變化圖

3.3 應(yīng)對及改進(jìn)方法

利用保護(hù)裝置的不平衡電流保護(hù)作閉鎖條件，加入了低負(fù)荷和過電流保護(hù)作低電壓保護(hù)聯(lián)鎖，經(jīng)試驗(yàn)本方案在邏輯上是可行的。并在442A1泵保護(hù)中實(shí)施。但由于用了多個不同原理的保護(hù)，在動作時延上不能保證，最嚴(yán)重情況下可能會遲1-2秒動作。方案還有待優(yōu)化。改進(jìn)方案如下：

（1）電流平衡時，閉鎖低電壓保護(hù)動作

對于感應(yīng)電機(jī)來說，每1%的不平衡電壓將引起6%的不平衡電流，本現(xiàn)場欠壓定值為0.6*VNOM，發(fā)生單相或兩相欠壓故障時，電壓的不平衡度將急劇上升，在GB-15543-2000三相電壓不平衡度中，規(guī)定電網(wǎng)正常運(yùn)行時，電壓不平衡度限值為2%，短時（3s-1min）不平衡度限值為4%，而在電動機(jī)運(yùn)行時，應(yīng)保證電壓不平衡度小于2%。發(fā)生單相或兩相欠壓時，電壓不平衡度將將遠(yuǎn)大于4%，即電流不平衡度遠(yuǎn)大于24%，設(shè)定不平衡電流啟動值46UBA=30（%），46UBAD=2s，躲過電網(wǎng)正常運(yùn)行時的不平衡電流，并且在發(fā)生單相或兩相欠壓時，能有效啟動低壓保護(hù)，發(fā)生單相、兩相或三相PT斷線時，則能有效閉鎖低壓保護(hù)動作。

（2）三相欠壓時，使用重載元件與低壓元件跳閘

發(fā)生三相欠壓時，電機(jī)定子電流增大，可設(shè)置重載報(bào)警元件LJAPU=1.1（xFLA），LJADLY=2s，用來監(jiān)控低壓元件的動作，即重載報(bào)警元件與低電壓元件同時動作時，低電壓保護(hù)才出口動作。以保證發(fā)生三相欠壓時，低壓保護(hù)不誤動、不拒動。

（3）三相失壓時，使用輕載元件跳閘與低壓元件跳閘

發(fā)生三相失壓時，電機(jī)定子電流減小直至消失，設(shè)置輕載報(bào)警元件LLAPU=0.15（xFLA），LLADLY=1s，即輕載報(bào)警元件與低電壓元件同時動作時，低電壓保護(hù)才出口動作。保證發(fā)生三相失壓時，低電壓保護(hù)正確動作。

結(jié)合以上兩點(diǎn)，改進(jìn)后的邏輯為;重載報(bào)警元件定值LJAPU=1.1（xFLA），重載報(bào)警元件延時LJADLY=2（s），在電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下，若監(jiān)測到正序電流幅值大于1.1*FLA，經(jīng)過2s延時后，元件JAMALRM置位為1。

輕載報(bào)警元件定值LLAPU=0.15（xFLA），輕載報(bào)警元件延時LLADLY=1（s），在電機(jī)運(yùn)行情況下，若監(jiān)測到正序電流幅值小于0.15*FLA，經(jīng)過1s延時，元件LOSSALRM置位為1。不平衡電流報(bào)警元件定值46UBA=30（%），不平衡電流報(bào)警延時46UBAD=2（s），若裝置監(jiān)測到三相電流不平衡度超過30%，經(jīng)過2s延時，元件46UBA置位為1。低電壓元件定值27P1P=0.6（VNOM），低電壓元件延時27P1D=1.5s，若裝置監(jiān)測到最小線電壓（DELTA接線）小于0.6*VNOM，經(jīng)過1.5s延時后，元件27P1T置位為1。

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