電動機非正常的啟動時間過長報警分析

袁鋼，何君霞

（中國石油化工股份有限公司天津分公司電儀部，天津 300270）

6kV電動機的繼電保護配置一般有速斷、過流、過負荷、堵轉等；2000kW及以上的還要增設差動保護、負序保護。為了更好地對電動機啟動過程進行保護，本單位繼電保護計算及整定人員根據(jù)相關規(guī)程增加了啟動時間過長保護，即在電動機運行啟動時間內，啟動過程沒有完成則認為啟動失敗，啟動保護出口動作，將斷路器分閘。某裝置電動機MK-801A的一次跳閘，伴隨啟動保護跳閘的信息，出現(xiàn)了一些異常時間數(shù)據(jù)。本文從異常數(shù)據(jù)出發(fā)，剖析了電動機跳閘的過程和原因，找出了異常時間數(shù)據(jù)的來源，提出了改進建議。

1 背景

1.1 電動機啟動時間過長保護

電動機啟動時間過長會造成電動機過熱，當測量到的實際啟動時間超過整定的允許啟動時間時，啟動時間過長保護（以下簡稱啟動保護）動作于跳閘。

（1）綜合保護裝置啟動保護的邏輯：當斷路器合位并且綜合保護裝置無故障時，電動機啟動保護在設定的時間T1后出口開放，T2內有效。在T1時間時運行電流降至啟動電流定值Iset以下，說明電動機啟動成功，啟動保護出口在T2后被閉鎖；在T1時間后，運行電流一直大于啟動電流定值Iset，啟動保護出口動作，斷路器分閘，說明電動機啟動失敗。

（2）繼電保護定值的設置：電動機啟動保護的啟動電流定值一般設置為1.05倍電動機額定電流，啟動跳閘時間一般設置為該電動機正常啟動時間的1.1倍。為了確保啟動完成后將出口可靠閉鎖，還要增加一個啟動有效時間，即在跳閘時間基礎上增加3～5s。

1.2 設備參數(shù)及保護定值

（1）電動機參數(shù)。電動機參數(shù)如表1所示，CT為電流互感器。

表1 電動機參數(shù)表

綜合保護裝置采用西門子7SJ686-B，啟動保護利用過流二段實現(xiàn)，用CFC（連續(xù)功能圖）搭建閉鎖出口邏輯。

（2）保護定值。電動機啟動保護定值如表2所示。

表2 電動機啟動保護定值表

錄入的啟動電流0.52A，折算到一次側為39A，即額定電流37.2A的1.05倍左右。電動機斷路器合閘后，啟動保護投入，15s后如果啟動正常（不超過39A），啟動保護出口被閉鎖，電動機進入運行狀態(tài)。

2 數(shù)據(jù)采集及分析

2.1 數(shù)據(jù)采集

2.1.1 綜合保護裝置面板顯示

綜合保護裝置跳閘后界面如圖1所示，LED 3“啟動跳閘”指示燈點亮，液晶面板顯示“過流保護C相啟動、過流二段跳閘、從啟動到返回的時間25891ms、從啟動到跳閘的時間25880ms”；斷路器由合位變分位。

圖1 綜合保護裝置跳閘后界面

2.1.2 綜合保護裝置內部數(shù)據(jù)查看

（1）跳閘記錄。跳閘記錄查詢如圖2所示，第88條故障記錄為2021年4月24日7:59:59.750電動機跳閘。

圖2 跳閘記錄查詢

進入該條跳閘記錄如圖3所示，查詢到從“過流二段啟動”為“ON”到“過流二段跳閘”為“ON”的時間是25880ms，“過流二段啟動”為“OFF”的時間是25890ms。

圖3 跳閘記錄

（2）故障錄波。因故障錄波時間有限，不能記錄全部過程，查詢故障錄波如圖4所示：跳閘前的0.25s左右，三相電流均為0.58A左右，超過0.52A的定值。

圖4 故障錄波

查詢故障錄波時序圖，如圖5所示，跳閘前0～0.25s時刻“過流二段啟動”一直有信號、“過流二段跳閘”無信號；0.25s時刻，在出現(xiàn)最后一條“斷路器合位”信號消失后，“過流二段跳閘”隨即出口動作；之后10ms左右斷路器分位出現(xiàn)；斷路器分位出現(xiàn)之后11ms綜保檢到電流消失，“過流二段啟動”信號返回。

圖5 故障錄波時序圖

簡言之，時序圖明確的說明：“過流二段跳閘”即啟動保護跳閘，出口動作是在斷路器合位消失之后產生，而不是啟動保護跳閘引起的斷路器分閘。

（3）定值相關查詢。查詢過流保護定值設置如圖6所示，過流二段保護設置與定值單相符。

圖6 過流保護定值設置

查詢輸入/輸出配置（矩陣表）如圖7所示，過流二段跳閘LEDs設置跳閘后LED指示燈為3，信號“L”為保持。

圖7 輸入/輸出配置

2.2 異常時間數(shù)據(jù)的發(fā)現(xiàn)

值班人員看到跳閘后的現(xiàn)象：啟動保護跳閘指示燈點亮，綜合保護裝置顯示跳閘時間25880ms，與啟動保護定值的跳閘時間10s不符。

2.3 異常時間數(shù)據(jù)分析

經過初步查詢，確定定值設置無誤，內部邏輯正確，需要進一步分析異常時間數(shù)據(jù)的組成。

2.3.1 采集數(shù)據(jù)進一步分析

為了進一步分析跳閘原因，還原跳閘過程，需要進一步收集圖紙、儀表DCS動作信息。

查詢圖紙資料后發(fā)現(xiàn)，綜合保護裝置采集的分閘有：控制回路空開分閘、TV（電壓互感器）空開故障、工藝聯(lián)鎖停車、加熱回路故障及空開分閘（儀表DCS分閘沒有采集入綜合保護裝置）。

查詢儀表DCS信號如圖8所示，最左側矩形方波為DCS啟動信號，隨即電動機運行信號出現(xiàn)（顏色稍深的長矩形方波），而在07:59:59左右出現(xiàn)了右側的矩形方波即DCS停止信號，然后電動機運行狀態(tài)變?yōu)椤?”。

圖8 儀表DCS信號界面

2.3.2 過程分析

（1）跳閘過程分析。查詢繼電保護裝置事件記錄如圖9所示。DCS分閘（07:59:59左右）后導致第18行的“斷路器合位”O(jiān)FF（08:00:00.000）。因此，整個跳閘事件過程如表3所示。

圖9 事件記錄

表3 跳閘事件過程

從表3結合儀表DCS信號可以分析出電動機跳閘的全部過程。序號1～2為電動機啟動在15s內完成；序號3為零時刻2開始，電流發(fā)生波動，過流二段又啟動，在“斷路器合位OFF”出現(xiàn)，即綜保檢不到斷路器合位后，過流二段跳閘動作，用時25880ms，事件記錄與綜合保護裝置面板顯示完全吻合。故障錄波時序圖上11ms為啟動保護的返回時間，即25880+11=25891ms與綜合保護裝置面板顯示的返回時間完全吻合。

啟動保護跳閘出口動作是在斷路器合位消失之后產生，而不是啟動保護跳閘引起的斷路器分閘。該電動機跳閘的直接原因是儀表DCS分閘。而由于沒有將DCS分閘作為綜保的開入信號采集，故事件信息沒有報出DCS分閘相關線索。

（2）啟動跳閘信號出現(xiàn)原因。查詢過流二段啟動有效時間CFC邏輯，斷路器合位和綜合保護裝置無故障條件下，啟動15000ms后啟動保護出口閉鎖。從邏輯可以看出，如果因為工藝波動導致電流超過1.05倍額定電流（同時沒有達到過電流跳閘定值），啟動保護所在的過流二段將一直處于啟動狀態(tài)，而當斷路器合位消失時，也就是保護出口閉鎖條件不滿足了，被閉鎖的過流二段保護出口將瞬時開放，導致斷路器分閘后，啟動保護仍能出口跳閘并報出啟動跳閘信號燈。這就是MK-801電動機因工藝原因分閘后啟動保護跳閘出口，LED指示燈點亮的根本原因。

3 結語

此次跳閘現(xiàn)象是DCS分閘和啟動跳閘兩個事件的疊加，其最終跳閘原因是DCS分閘，而不是啟動保護跳閘。根據(jù)此次電動機跳閘事件的過程及分析，針對故障分析及后續(xù)工作提出以下建議：

（1）故障分析需結合電氣、儀表、工藝3方信息。為了真實還原故障前后的過程，故障分析需結合電氣、儀表、工藝3方信息，列出動作時序表。只有這樣才能分析出詳細跳閘過程和原因。本文介紹的跳閘現(xiàn)象是DCS分閘和電氣方面的啟動跳閘2個事件的疊加。該變電站所有電動機啟動保護設置相同，一旦啟動跳閘時間長于跳閘設置時間時，其跳閘原因就不是啟動保護出口跳閘。

（2）需完善邏輯，避免影響故障分析。針對本次跳閘的現(xiàn)象和分析結果，在今后的啟動保護邏輯中考慮完善啟動保護邏輯。如果電流二段能夠在啟動完成后退出，也可以避免因在其他原因跳閘時啟動保護跳閘。但是因為電流二段不能單獨退出（電流一段為電流速斷保護，為必設段），故考慮將啟動保護出口在斷路器跳開后延時1s開放，即可解決同類問題。

（3）在邏輯修改之前，開展培訓宣貫。在啟動保護邏輯未修改完善前，在同類保護設置所在作業(yè)區(qū)開展全面培訓，要求現(xiàn)場人員不能簡單地根據(jù)指示燈確定跳閘原因；要根據(jù)故障現(xiàn)象和綜合保護裝置內部事件記錄，準確區(qū)分電氣原因和非電氣原因導致的啟動保護跳閘。