一起燃機(jī)啟動電動機(jī)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(jī)啟動電動機(jī)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(jié)合一起電動機(jī)電流速斷保護(hù)頻動事故，對事故發(fā)生的原因從電氣和機(jī)械特性方面進(jìn)行了詳細(xì)分析，并結(jié)合電動機(jī)的實際運(yùn)行情況進(jìn)行了故障處理，最終判定跳閘主要是由電動機(jī)啟動瞬間的電流衰減時間較空載時間長引起的。通過調(diào)整定值，啟動電動機(jī)出現(xiàn)電流速斷保護(hù)動作跳閘的問題得到解決。

關(guān)鍵詞:燃?xì)廨啓C(jī); 啟動電動機(jī)； 電流速斷保護(hù)； 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?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，分別為#4、#6機(jī)組。燃機(jī)主要由6kV的高壓電動機(jī)88CR啟動、運(yùn)行，若啟動電動機(jī)發(fā)生故障，則將引起機(jī)組無法運(yùn)行，嚴(yán)重影響電廠的生產(chǎn)運(yùn)行，因此，保證啟動電動機(jī)可靠、安全運(yùn)行意義重大。本文針對一起電動機(jī)電流速斷保護(hù)頻動事故，對事故發(fā)生的原因進(jìn)行了詳細(xì)分析，并結(jié)合電動機(jī)的實際運(yùn)行情況進(jìn)行了故障處理。

1電動機(jī)運(yùn)行及故障概況

88CR高壓電動機(jī)是PG9171E型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的啟動系統(tǒng)核心設(shè)備之一。其通過液力變扭器傳輸動能，帶動燃機(jī)透平大軸實現(xiàn)燃機(jī)機(jī)組的啟動,因此，啟動電動機(jī)88CR一旦發(fā)生故障，必將引起燃機(jī)機(jī)組無法正常啟動，影響電廠機(jī)組各項運(yùn)行指標(biāo)，且將受到電網(wǎng)考核；若故障情況惡化，必將導(dǎo)致設(shè)備和系統(tǒng)更大范圍的事故發(fā)生[1]。

88CR電動機(jī)啟動及正常運(yùn)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(jī)及電源開關(guān)銘牌參數(shù)如表1所示。

表1　88CR電動機(jī)和電源開關(guān)銘牌參數(shù)Tab.1　Type 88CR motor and switch nameplate parameters

2009年4月，#6燃機(jī)常出現(xiàn)一啟動，啟動電動機(jī)88CR就因啟動電流過大，而觸發(fā)電流速斷保護(hù)動作，導(dǎo)致88CR電源開關(guān)6405跳閘，且大多數(shù)是第1次啟動失敗，第2次便成功，有且只有1次出現(xiàn)連續(xù)2次因電流速斷而跳閘的情況。電源開關(guān)6405啟動數(shù)據(jù)如表2所示。

表2　#6燃機(jī)88CR電動機(jī)電源開關(guān)6405啟動數(shù)據(jù)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(huán)境溫度為25℃；電流速斷整定值為880A；正常啟機(jī)時啟動電流為725~740A

在將啟動電動機(jī)88CR的電源開關(guān)6305與6405對調(diào)后，#6燃機(jī)啟動正常，而#4燃機(jī)出現(xiàn)啟動時因電流速斷保護(hù)而跳閘的現(xiàn)象。電源開關(guān)6305啟動數(shù)據(jù)如表3所示。

表3　#6燃機(jī)88CR電動機(jī)電源6305啟動數(shù)據(jù)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(jī)88CR啟動時出現(xiàn)兩種現(xiàn)象： ① 零起盤車；② 在盤車狀態(tài)下正常啟機(jī)。針對上述故障現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，本文進(jìn)行電氣和機(jī)械性能的分析[2]，從啟動電壓、保護(hù)整定值、電氣回路接觸狀況、開關(guān)機(jī)械特性質(zhì)量、電動機(jī)質(zhì)量、繼電保護(hù)回路和裝置、電動機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩等方面進(jìn)行排查。

(1) 啟動電壓。根據(jù)電動機(jī)的啟動特性可知[3]，在電動機(jī)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(jī)的啟動電流是額定電流的4~7倍。同時，閉合的轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生有電流，該電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用，使轉(zhuǎn)子繞組受到電磁力F作用，進(jìn)而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩(電磁轉(zhuǎn)矩Me∝U2)大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電動機(jī)轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，也會出現(xiàn)啟動電流過大的可能。

結(jié)合表2、3數(shù)據(jù)可知，在外部環(huán)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(guān)。由于洪灣公司88CR電動機(jī)在低于額定電壓(Ue)5%~10%的情況下運(yùn)行，故因啟動電壓調(diào)整不合理造成啟動電流過大的可能性可以排除。

(2) 保護(hù)整定值。保護(hù)整定值合理與否直接關(guān)系到電動機(jī)能否可靠安全運(yùn)行。若整定值過大，將無法躲避危害電動機(jī)的不利環(huán)境；若整定值過小，則可能經(jīng)常引起開關(guān)誤跳，從而降低設(shè)備運(yùn)行的可靠性[4]。

由于洪灣公司的88CR電動機(jī)是在低于5%~10%Ue的情況下運(yùn)行的，運(yùn)行電流顯然大于額定值，且運(yùn)行時間較長，因此，在過熱保護(hù)整定值設(shè)置時，理論上應(yīng)考慮予以適當(dāng)調(diào)高。但是，88CR電動機(jī)在滿足最小啟動轉(zhuǎn)矩時，調(diào)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(dāng)調(diào)小或不變(即廠家根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)計算出的整定值)。因此，若盲目調(diào)大保護(hù)整定值，可能會因保護(hù)過度而造成電動機(jī)或開關(guān)被燒毀。

此外，洪灣公司的電流速斷整定值已經(jīng)調(diào)至8.62Ie(Ie為額定電流)，故在正常情況下，電動機(jī)正常啟動時電流速斷整定值能夠躲過啟動電流[5]。根據(jù)以往的運(yùn)行數(shù)據(jù)，啟動電流約為730A時，出現(xiàn)電流速斷跳閘的現(xiàn)象相對較少(不考慮外部的惡劣環(huán)境)；但是，若啟動電動機(jī)的外部環(huán)境非常惡劣，則在某種程度上使其負(fù)載變大，啟動電流衰減較慢，若在40ms內(nèi)不能衰減到保護(hù)定值，則有可能導(dǎo)致保護(hù)動作而跳閘。因此，因電流速斷保護(hù)的整定值設(shè)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(xiàn)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(jù)故障情況可知，電動機(jī)第1次啟動不成功，第2次啟動便成功，或電動機(jī)因1h內(nèi)啟動次數(shù)達(dá)到3次向燃機(jī)發(fā)出報警信號，然后電源開關(guān)6405跳閘(此時開關(guān)面板只有ALARM報警，無TRIP報警信號)；經(jīng)斷電復(fù)歸后，啟動正常至并網(wǎng)。顯然，88CR電動機(jī)運(yùn)行中未出現(xiàn)過熱現(xiàn)象。

(4) 開關(guān)機(jī)械特性質(zhì)量。當(dāng)88CR電動機(jī)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(guān)造成一定的機(jī)械沖擊，長期分合操作必然對電源開關(guān)造成損害。若開關(guān)特性本身存在問題，如開關(guān)驅(qū)動機(jī)構(gòu)和傳動機(jī)構(gòu)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(dǎo)電桿連貫動作時出現(xiàn)間隙錯位，將導(dǎo)致合閘時出現(xiàn)三相合閘不同期的現(xiàn)象；此外，當(dāng)開關(guān)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(guān)合閘時彈跳時間過長(技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為真空斷路器觸頭彈跳時間≤2ms)，長期如此將導(dǎo)致觸頭燒壞或熔焊，進(jìn)而造成開關(guān)動、靜觸頭接觸電阻變大或三相直阻不平衡，引起開關(guān)合閘后接觸不良或三相動作機(jī)構(gòu)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(guān)故障發(fā)生部位及幾率如表4所示[9]。

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

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

(5) 電動機(jī)質(zhì)量。由于電動機(jī)運(yùn)行環(huán)境完全符合其運(yùn)行的參數(shù)要求，且測得電動機(jī)繞組的相間、相對地絕緣和直阻正常，此外，軸承、轉(zhuǎn)子和風(fēng)扇等輔助部件都正常，故可基本排除電動機(jī)運(yùn)行環(huán)境的問題。另外，電動機(jī)的檢查數(shù)據(jù)中也未發(fā)現(xiàn)其有異常現(xiàn)象，且電動機(jī)啟動時，運(yùn)行電流、聲音、振動、發(fā)熱等也都正常。因而，基本上可以斷定電動機(jī)質(zhì)量沒有問題。

(6) 繼電保護(hù)回路和裝置。88CR電動機(jī)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(nèi)，能真實準(zhǔn)確地反映一次回路的電流；同時，二次電流輸入繼電保護(hù)裝置應(yīng)準(zhǔn)確無誤，保證其輸入保護(hù)采樣值的連續(xù)和準(zhǔn)確，以及保護(hù)裝置軟硬件工作正常[10-11]。若不能真實、可靠地反映電動機(jī)的一次運(yùn)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(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩。在電動機(jī)啟動及運(yùn)行過程中，其負(fù)載起著阻力力矩的作用。在正常的啟動狀態(tài)下，電動機(jī)的電磁力矩大于阻力力矩。但由于機(jī)械設(shè)備的故障造成負(fù)載阻力力矩增大或存在使負(fù)載阻力力矩增大的不正常啟動條件時，負(fù)載則會對電動機(jī)的啟動帶來很大的影響。若負(fù)載的機(jī)械部分處在不易啟動的死區(qū)，則在已盤車狀態(tài)下啟動88CR電動機(jī)出現(xiàn)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(xiàn)電流速斷跳閘的現(xiàn)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(fù)載轉(zhuǎn)矩過大的可能性還是存在的。另外，因環(huán)境溫度低導(dǎo)致潤滑油粘度太高或潤滑不良也可能造成負(fù)載轉(zhuǎn)矩過大；但是，在已盤車狀態(tài)下啟動88CR出現(xiàn)該現(xiàn)象的可能性較小。

其次，當(dāng)盤車電動機(jī)88TG停后，88CR啟動后2s，液力變扭器充油電磁閥20TU-1才帶電進(jìn)行充油，此前20TU-1一直處于失電泄油狀態(tài)，且電機(jī)88TM將扭矩角度由43°調(diào)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(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩[12]。

3故障處理

通過上述電氣和機(jī)械方面的分析，本文采取以下措施進(jìn)行檢查，并找到了保護(hù)動作頻現(xiàn)的原因。

(1) 對88CR進(jìn)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(jī)、電纜直阻、相間平衡、絕緣和直阻暫未發(fā)現(xiàn)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(guān)進(jìn)行全面檢查，并進(jìn)行開關(guān)的機(jī)械特性試驗，發(fā)現(xiàn)分、合閘機(jī)械特性狀態(tài)良好，同期效果也較好，試驗數(shù)據(jù)如表5所示。

表5　6405開關(guān)合閘機(jī)械特性試驗Tab.5　Test of mechanical properties of 6405 switch closing

(3) 對#6燃機(jī)88CR電動機(jī)繼電保護(hù)回路和保護(hù)裝置進(jìn)行校驗未發(fā)現(xiàn)問題，并將電源開關(guān)6405與6305對換，則6#燃機(jī)啟動正常，故繼電保護(hù)回路和保護(hù)裝置故障的可能性可以排除。

(4) 對燃機(jī)啟機(jī)程序、20TU-1充油電磁閥、88TM和液力變扭器進(jìn)行檢查，均未發(fā)現(xiàn)異常[13]；此外，運(yùn)行時，潤滑油溫度控制在規(guī)定范圍內(nèi)，因此，電動機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩基本恒定。由此可見，因負(fù)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(jī)88CR電動機(jī)的電流錄波發(fā)現(xiàn)，啟動電流約為 1060A，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于保護(hù)定值 880A；這是由于電動機(jī)負(fù)載過大，導(dǎo)致啟動電流衰減較慢，運(yùn)行40ms后電流仍為880A左右，因而，導(dǎo)致保護(hù)電流速斷跳閘。

由上述故障處理可知，電動機(jī)速斷保護(hù)頻動的原因是保護(hù)整定值設(shè)置不合理造成的。電動機(jī)速斷保護(hù)的整定原則是要躲過啟動時的最大電流，在無法預(yù)知電動機(jī)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(shù)的話，則速斷保護(hù)的整定值為10.5Ie。在實際應(yīng)用中，個別電動機(jī)的啟動電流會大于7Ie，甚至更大[15]，因此，需要根據(jù)實際情況來整定。經(jīng)調(diào)整，當(dāng)電流整定值達(dá)到9Ie后，88CR電動機(jī)啟動均正常，未再出現(xiàn)電流速斷保護(hù)誤動跳閘的情況。

4結(jié)語

燃機(jī)啟動電動機(jī)88CR啟動時頻繁出現(xiàn)電流速斷保護(hù)動作故障，較大影響了機(jī)組的啟動可靠性，經(jīng)過數(shù)據(jù)分析，以及從電氣、機(jī)械特性的檢查和試驗，進(jìn)一步查找到電流速斷保護(hù)誤動的原因，主要是由于電動機(jī)啟動負(fù)載大，啟動電流衰減較慢，速斷保護(hù)整定值偏小無法躲過啟動的瞬時大電流造成的。通過適當(dāng)調(diào)大電流整定值，88CR電動機(jī)啟動運(yùn)行正常，因此，徹底消除了該電動機(jī)電流速斷保護(hù)誤動的隱患，改善了機(jī)組的啟動可靠性，同時，也對9E燃?xì)鈾C(jī)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(xiàn)標(biāo)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(chǎn)運(yùn)行管理，E-mail： xiaoping0127@126.com

收稿日期：2015 - 01 - 25