電動機(jī)缺相運行危害及防范措施

任士榮

（山鋼股份萊蕪分公司能源動力廠，山東萊芫 271104）

引言

2020 年5 月10 日，由于110 kV 變電站進(jìn)線B 相故障，引發(fā)系統(tǒng)諧振，造成站內(nèi)110 kV I 段母線B 相避雷器發(fā)生擊穿故障，導(dǎo)致引流線斷裂。線路重合閘成功后，110 kV 進(jìn)線缺相，故變壓器降壓后的6(10)kV電壓缺相運行，造成多臺電動機(jī)燒毀。

1 電動機(jī)缺相運行原因分析

電力系統(tǒng)缺相運行很少發(fā)生，具有潛伏期長、危害不明顯等特點，處理不及時，經(jīng)長期積累將造成大面積電氣設(shè)備燒毀等事故發(fā)生。除電源本身缺相的原因外，電動機(jī)熔絲斷、低壓電源線斷線、開關(guān)接觸不良、連接導(dǎo)線的接頭松動或斷線等原因都會造成電動機(jī)缺相運行。

2 電動機(jī)缺相運行危害

電機(jī)缺相運行時磁場產(chǎn)生畸變，振動增大，聲音異常；電流增大、溫度升高、轉(zhuǎn)速下降。缺相時電動機(jī)無法啟動。

2.1 定子缺相運行磁場變化情況

電動機(jī)正常運行氣隙中產(chǎn)生均勻的圓形磁場，缺相運行后磁場發(fā)生畸變，變成三相諧波成分較高的橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場。由于定子線圈不會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場只會產(chǎn)生脈動磁場，無法帶動電動機(jī)旋轉(zhuǎn)，因為慣性電動機(jī)缺相后仍能運轉(zhuǎn)，但由于大負(fù)荷使電動機(jī)旋轉(zhuǎn)逐漸變慢，造成轉(zhuǎn)子切割磁力線增多，定子電流逐漸增大，溫升提高，時間長會燒毀電動機(jī)。電動機(jī)啟動時缺相無啟動轉(zhuǎn)矩。

2.2 定子缺相運行電流變化情況

2.2.1 星型連接，見圖1

圖1 定子星型接法電機(jī)缺相運行等效電路

正常星型接法運行的定子，任一相繞組斷線或電源斷線，都形成另兩相繞組反串聯(lián)接在線電壓Ue下，每相繞組承擔(dān)的電壓為0.5Ue。

正常星型接法的電動機(jī)缺相運行時電流會增大到三相正常運行的倍，在短時間內(nèi)不斷電會破壞絕緣而燒毀電動機(jī)。

2.2.2 三角形接法，見圖2

圖2 定子三角形接法缺相運行等效電路

三角形接法運行的定子，當(dāng)一相電源斷線時，電機(jī)定子形成兩相繞組順串聯(lián)和第三相繞組并聯(lián)接在電源單相線電壓下。

根據(jù)分析可知在額定負(fù)荷下三角形接線的電動機(jī)在缺相運行時的線電流為額定線電流的倍，其中支路2 相電流為額定相電流的2 倍，更容易燒毀。支路1 繞組相電流與正常相電流相等，長期運行將燒毀電動機(jī)。

3 電動機(jī)缺相運行防范措施

3.1 低壓電機(jī)過載保護(hù)及控制回路優(yōu)化改造

3.1.1 過載保護(hù)

加裝熱繼電器進(jìn)行過載保護(hù)，過載電流通過熱元件后，使有不同膨脹系數(shù)的雙金屬片發(fā)生形變，當(dāng)形變達(dá)到一定距離時，就推動連桿動作，使控制電路斷開，從而使接觸器失電，主電路斷開，實現(xiàn)電動機(jī)的過載保護(hù)。

3.1.2 優(yōu)化電動機(jī)控制電路

優(yōu)化電動機(jī)控制回路，見圖3。啟動時缺L1、L2、L3任何一相，有線圈不吸合電機(jī)無法啟動；運行時缺U、V、W 相，造成主接觸器線圈失電電機(jī)自動停機(jī)，實現(xiàn)永不缺相運行。

圖3 電動機(jī)控制回路原理圖

3.2 高壓電機(jī)自動保護(hù)裝置

電動機(jī)微機(jī)綜保裝置主要用于10 kV 及以下電壓等級的電動機(jī)保護(hù)，可以直接安裝在高壓開關(guān)柜上，實現(xiàn)高壓電動機(jī)的各類保護(hù)。

3.2.1 過流保護(hù)

在微機(jī)綜保系統(tǒng)投過流保護(hù)，按1.2 倍額定電流整定值，達(dá)到保護(hù)定值時反時限延時跳閘防止誤動，保護(hù)電動機(jī)電流過大而損壞絕緣。

3.2.2 失壓或欠壓保護(hù)

高壓電動機(jī)投失壓和欠壓保護(hù)，可以有效防止電動機(jī)在過低電壓下啟動或運行時燒毀，并且可以防止電動機(jī)在運行中突然斷電后又恢復(fù)供電時的自啟動。在電源電壓降低過多(欠壓)，設(shè)置一定延時后，故障信號仍不消失時，保護(hù)裝置動作，使電動機(jī)自動從電源上切除，達(dá)到保護(hù)電機(jī)安全的目的。

3.2.3 負(fù)序保護(hù)

電機(jī)缺相運行時定子旋轉(zhuǎn)磁場嚴(yán)重不平衡，定子繞組會產(chǎn)生負(fù)序電流，負(fù)序磁場和轉(zhuǎn)子發(fā)生電磁感應(yīng)，會出現(xiàn)100 Hz 的電動勢，使轉(zhuǎn)子電流劇增引起嚴(yán)重發(fā)熱。在微機(jī)綜保裝置投負(fù)序保護(hù)，按照電動機(jī)負(fù)序過電流保護(hù)動作判據(jù)和整定計算方法計算負(fù)序電流動作值和時間整定值，確保電動機(jī)在發(fā)生缺相時能可靠切除，防止燒毀事件發(fā)生。

3.3 防范措施

在平時的維護(hù)保養(yǎng)中要加強運行中的監(jiān)視和檢查。對電動機(jī)定期進(jìn)行點巡檢，發(fā)現(xiàn)電動機(jī)聲音、振動或者溫度異常及時上報，盡快將設(shè)備停下來查明原因；電動機(jī)長期未啟動前先遙測絕緣，絕緣合格后再行啟動，陰雨天盡量不要啟動設(shè)備；定期檢查接電動機(jī)線盒，防止引流線燒斷引發(fā)短路。

4 結(jié)束語

電動機(jī)因缺相運行造成溫度升高使絕緣損壞故障發(fā)生的比例較大，因此對電動機(jī)缺相運行的研究需要加強和重視。根據(jù)電動機(jī)的實際情況，通過對低壓電動機(jī)加裝熱繼電器、優(yōu)化控制回路等方式實現(xiàn)電動機(jī)永不缺相啟動運行；為高壓電動機(jī)配備微機(jī)綜保裝置，投入過流、過負(fù)荷、低壓欠壓、負(fù)序保護(hù)，達(dá)到設(shè)定目標(biāo)值而可靠動作；同時要加強運行中的監(jiān)視和檢查。