電動機低電壓保護研究

楊利民 賈懿會

摘 要：就PT柜二次線路保護空氣斷路器跳閘導(dǎo)致線路電動機低電壓保護動作跳閘，進而引起整段線路跳閘失電的故障，簡要說明了電動機低電壓保護的作用、原理，并提出了改進措施。

關(guān)鍵詞：低電壓保護;電動機;CT;PT

0??? 引言

大多數(shù)電動機（尤其是大型高壓電動機）均配有低電壓保護裝置，低電壓保護作為電動機的后備保護起著保護設(shè)備、保障重要電機正常啟動等重要作用。但是煉鐵、煉鋼、熱軋、冷軋等重要生產(chǎn)部門中，生產(chǎn)裝置多為一級負荷。生產(chǎn)一線的設(shè)備，電壓波動，電機不能被切斷;停電故障，電機必須盡快投入運行，把故障影響范圍縮到最小。10 kV供電系統(tǒng)操作頻繁、振動大，很容易受接地、短路、斷路等因素影響發(fā)生電壓波動、電壓信號丟失等故障，切斷電機，進而擾亂正常的生產(chǎn)秩序，造成巨大經(jīng)濟損失。

本文基于實際運行中發(fā)生的一起故障案例，結(jié)合某煉鋼廠大負荷生產(chǎn)過程中的影響因素，分析產(chǎn)生問題的原因，并制訂具有針對性的規(guī)避措施，簡單介紹措施執(zhí)行后的效果。

1??? 低電壓保護故障動作現(xiàn)象

某日16：31：19，某廠供配電操控中心后臺報警，水處理變電所10 kV Ⅰ段發(fā)生低電壓故障報警。16：31：40，水系統(tǒng)配電室10 kV Ⅱ段進線開關(guān)過流保護動作跳閘。至此，10 kV Ⅰ段母線所帶5臺水泵電機因電壓低跳閘;10 kV Ⅱ段母線所帶7臺水泵電機和2#、4#、6#及8#變壓器失電，影響終端設(shè)備的正常運行。

故障發(fā)生后，檢查現(xiàn)場設(shè)備情況。發(fā)現(xiàn)Ⅰ段母線電容器柜（+WIMPV101）至水處理補償室PT電壓線路電纜發(fā)生相間短路放炮，水處理10 kV配電室Ⅰ段母線電壓互感器手車上二次線路保護用空氣斷路器（以下簡稱“空開”，空開額定電流為3 A）跳閘。立即組織更換短路電纜。

故障處理完畢后，16：52，水處理變電所10 kV Ⅰ段母線所帶水泵電機及Ⅱ段36個饋出線開始陸續(xù)恢復(fù)送電;17：40，水處理變電所全部恢復(fù)正常。

2??? 故障原因分析

Ⅰ段母線電容器柜（+WIMPV101）至水處理補償室PT電壓線路電纜發(fā)生相間短路放炮，水處理10 kV配電室Ⅰ段母線電壓互感器手車上二次線路保護用空開跳閘，影響水泵綜保采集到的系統(tǒng)電壓。綜保認為系統(tǒng)電壓降低，低至整定值時，觸發(fā)保護啟動，進而10 kV Ⅰ段母線所帶水泵負荷全部失電。

由于系統(tǒng)控制原因，10 kV Ⅰ段母線所帶水泵失電后，10 kV Ⅱ段母線所帶水泵大量啟動，致使瞬間啟動電流過大，進而10 kV Ⅱ段進線開關(guān)瞬間電流過大，保護動作跳閘，10 kVⅡ段所帶負荷全部失電。

3??? 低電壓保護的作用

3.1??? 保護電動機

電網(wǎng)電壓降低時，電網(wǎng)所帶異步電動機轉(zhuǎn)速下降，電流上升。為保護電動機設(shè)備不被燒損，當(dāng)電網(wǎng)電壓低于電動機額定電壓時，低電壓保護動作跳閘。

3.2??? 保持電網(wǎng)電壓平衡

電網(wǎng)電壓降低時，電網(wǎng)所帶異步電動機轉(zhuǎn)速下降，而當(dāng)電網(wǎng)電壓恢復(fù)時，大量電動機同時恢復(fù)轉(zhuǎn)速，使母線電壓恢復(fù)時間延長。

3.3??? 切斷不自啟電動機

根據(jù)生產(chǎn)工藝流程或者所帶設(shè)備特點，切斷不允許自啟動電機，如風(fēng)機電動機、棒磨機電動機等軟啟電機。

4??? 低電壓保護的實現(xiàn)

低電壓保護的實現(xiàn)方法有失壓線圈、失壓脫扣器、晶閘管結(jié)合電容電路、電壓測量回路結(jié)合單片機等。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，電壓測量回路結(jié)合單片機通常投用于中高壓回路中。

4.1??? 失壓線圈

系統(tǒng)電壓波動、出現(xiàn)低電壓時（低電壓來臨，低于一定值時），其吸持線圈自動釋放，不需要安裝專門的低電壓保護裝置。它的優(yōu)點是接線簡單、維護方便;缺點是動作電壓和時間不能根據(jù)需求整定，抗電網(wǎng)波動能力差[1-2]。

4.2??? 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，可起到欠壓及零壓保護的作用。電源電壓正常時扳動操作手柄，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，自由脫扣機構(gòu)才能將主觸頭鎖定在合閘位置，斷路器投入運行。當(dāng)電源側(cè)停電或電源電壓過低時，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，通過傳動機構(gòu)推動自由脫扣機構(gòu)使斷路器掉閘，起到欠壓及零壓保護作用。

4.3??? 電壓測量回路結(jié)合單片機

通過電壓測量回路將取樣電壓與單片機中設(shè)定值進行比較，欠壓、過壓等保護均可實現(xiàn)。該方法的電壓動作值和動作時限可根據(jù)生產(chǎn)特點整定。

5??? 低電壓保護的整定

電網(wǎng)電壓波動、出現(xiàn)低電壓時，系統(tǒng)中所帶電動機的轉(zhuǎn)速下降，而當(dāng)電壓恢復(fù)時，大量電動機同時自啟動，拉低母線電壓，瞬間電流增大，延長母線電壓恢復(fù)時間，甚至?xí)鼓妇€進線開關(guān)跳閘，自啟動失敗。為保證重要電動機（或設(shè)備）的自啟動，在不重要電動機上（或根據(jù)生產(chǎn)工藝需求）加裝低電壓保護。通常動作電壓整定為0.6～0.7倍的額定電壓，0.5 s延時動作，跳開電動機。

6??? 原低電壓保護邏輯分析

如圖1所示，當(dāng)測量線電壓Uab、Ubc、Uac都低于整定值Udz，開關(guān)或接觸器處于合位，且有下降沿時，低電壓保護動作。為防止PT斷線誤使保護啟動，保護設(shè)置了當(dāng)單相、兩相或三相PT斷線時閉鎖低電壓保護。PT斷線出現(xiàn)低電壓現(xiàn)象時，取低電壓“非”信號，閉鎖保護不動作[3]。