大功率冰機(jī)啟動(dòng)引發(fā)配電系統(tǒng)失電原因及整改

方 海，林成霞，吳國(guó)穎，梁 亮

（1.浙江巨化技術(shù)中心有限公司，國(guó)家氟材料工程技術(shù)研究中心；2.浙江巨化股份有限公司電化廠：浙江 衢州 324004）

冰機(jī)是化工裝置中的重要設(shè)備，為科研生產(chǎn)提供制冷服務(wù)，一旦配電系統(tǒng)停電或冰機(jī)跳停將使用冷系統(tǒng)溫度升高，嚴(yán)重影響反應(yīng)裝置的運(yùn)行，甚至發(fā)生爆炸等重大安全事故。某企業(yè)技術(shù)中心從事化工產(chǎn)品的研究開(kāi)發(fā)工作，在一次實(shí)驗(yàn)啟動(dòng)-35 ℃冰機(jī)時(shí)，該配電室所供區(qū)域全部失電。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，II 段母線進(jìn)線開(kāi)關(guān)跳閘動(dòng)作，20AA 的冰機(jī)總開(kāi)關(guān)跳閘動(dòng)作，現(xiàn)場(chǎng)冰機(jī)動(dòng)力柜開(kāi)關(guān)處于合閘狀態(tài)，初步判斷問(wèn)題出在-35 ℃冰機(jī)或是其一次回路上的相關(guān)電氣元件設(shè)備，于是拉冰機(jī)動(dòng)力柜開(kāi)關(guān)，在確定冰機(jī)總開(kāi)關(guān)、冰機(jī)動(dòng)力柜開(kāi)關(guān)斷開(kāi)且線路無(wú)其他異常后，重新啟動(dòng)II段母線進(jìn)線開(kāi)關(guān)，配電系統(tǒng)在隔離問(wèn)題線路后又重新恢復(fù)供電。

該配電室配置有380 V、200 kW 和380 V、280 kW的冰機(jī)各1臺(tái)，日常運(yùn)行時(shí)1開(kāi)1備，分別由1#、2#變壓器所帶的I段、II段母線供電，2段母線平時(shí)分列運(yùn)行，冰機(jī)啟動(dòng)方式為軟啟動(dòng)（軟啟動(dòng)器型號(hào)為SSD1）。以往也曾有多次跳閘情況發(fā)生過(guò)，有因冰機(jī)電機(jī)繞組燒壞導(dǎo)致的冰機(jī)動(dòng)力柜開(kāi)關(guān)、冰機(jī)總開(kāi)關(guān)跳閘，有因II段母線進(jìn)線開(kāi)關(guān)保護(hù)模塊老化導(dǎo)致的開(kāi)關(guān)誤動(dòng)作，有因該冰機(jī)安裝調(diào)試間斷軟啟動(dòng)控制接線錯(cuò)誤導(dǎo)致的冰機(jī)動(dòng)力柜開(kāi)關(guān)、冰機(jī)總開(kāi)關(guān)跳閘，也有因冰機(jī)過(guò)載啟動(dòng)導(dǎo)致的越級(jí)動(dòng)作冰機(jī)總開(kāi)關(guān)跳閘。而本次跳閘是越級(jí)2級(jí)開(kāi)關(guān)同時(shí)動(dòng)作，問(wèn)題顯得更為嚴(yán)重，因此對(duì)該冰機(jī)一次回路上的電氣設(shè)備檢查測(cè)試就顯得非常重要。

1 線路原因排查

配電室電氣一次模擬如圖1所示。

圖1 配電室電氣一次模擬Fig 1 Electrical simulation of distribution room

檢查該冰機(jī)280 kW 的主電機(jī)，電機(jī)如發(fā)生嚴(yán)重短路且冰機(jī)動(dòng)力柜開(kāi)關(guān)（QF6）拒動(dòng)作的情況下越級(jí)冰機(jī)總開(kāi)關(guān)（QF4）、II 段母線進(jìn)線開(kāi)關(guān)（QF2）的情況有可能發(fā)生。但檢查了電機(jī)端蓋接線及線纜絕緣，繞組相間及對(duì)地絕緣都為“∞”，電機(jī)繞組電阻及匝間短路情況檢測(cè)后亦排除，查看軟啟動(dòng)器SSD1的歷史故障，未發(fā)現(xiàn)故障報(bào)警或動(dòng)作，顯然問(wèn)題原因不出在電機(jī)上。

檢查冰機(jī)啟動(dòng)柜的一次回路上，該柜內(nèi)有一次設(shè)備：保護(hù)開(kāi)關(guān)QF6（Smart NSC630KIn=630 A整定Isd=10In，In為額定電流，Isd為短延時(shí)電流）和僅啟動(dòng)時(shí)運(yùn)行的軟啟動(dòng)器（SSD1-640-E）及軟啟動(dòng)結(jié)束后切換到旁路接觸器。檢查柜內(nèi)一次回路無(wú)短路痕跡，旁路接觸器吸合觸頭動(dòng)作良好，SSD1 的基本參數(shù)設(shè)置為額定電流474 A 加速斜坡時(shí)間10 s，電流限制比例400%，電機(jī)啟動(dòng)模式為限流，參數(shù)設(shè)置符合冰機(jī)的啟動(dòng)條件。

排查其上級(jí)開(kāi)關(guān)所在的配電室20AA 的配電柜，冰機(jī)總開(kāi)關(guān)為萬(wàn)能式斷路器DW15-630/1，銘牌相關(guān)參數(shù)In=630 A，瞬時(shí)10In，長(zhǎng)延時(shí)0.64～1In欠壓瞬時(shí)，可電動(dòng)合閘。本案例該斷路器為跳閘狀態(tài)，分析跳閘原因不外乎：1）線路或短路或電機(jī)啟動(dòng)瞬間大電流使瞬動(dòng)過(guò)電流脫扣器脫扣跳閘；2）斷路器本體發(fā)熱，熱繼電器溫度過(guò)高，導(dǎo)致電子型脫扣器脫扣跳閘；3）電壓不穩(wěn)或失壓，電壓瞬時(shí)過(guò)低使欠電壓脫扣器脫扣跳閘；4）分勵(lì)脫扣器脫扣跳閘。經(jīng)過(guò)絕緣測(cè)試、溫度測(cè)試及分勵(lì)電壓測(cè)試，排除2、4 項(xiàng)可能性，觀察柜內(nèi)設(shè)備狀態(tài)無(wú)短路痕跡，問(wèn)題故障縮小為大電流啟動(dòng)及電壓不穩(wěn)造成的概率很高。

排查上級(jí)開(kāi)關(guān)QF2 所在的2AA 柜，進(jìn)線開(kāi)關(guān)為MT20 H1In=2 000 A，整定長(zhǎng)延時(shí)電流Ir=0.5In，長(zhǎng)延時(shí)tr=4 s（@6Ir）；短延時(shí)電流Isd=5Ir，短延時(shí)tsd=0.2 s。開(kāi)關(guān)柜內(nèi)無(wú)異常，進(jìn)線電壓400 V 三相電壓正常，其MicroIogic5.0E 保護(hù)模塊Ir亮燈，此斷路器才更新過(guò)不到2年，因模塊老化導(dǎo)致的誤動(dòng)作可能性較小。

經(jīng)過(guò)以上檢查，排除了因一次回路短路造成的跳閘可能性，那么冰機(jī)大電流啟動(dòng)造成對(duì)配電系統(tǒng)沖擊的可能就很大。當(dāng)班操作人員冰機(jī)開(kāi)機(jī)嚴(yán)格按操作票正常啟動(dòng)，開(kāi)機(jī)經(jīng)過(guò)盤(pán)車。以往啟動(dòng)都正常，可這次使配電系統(tǒng)，而且還是越級(jí)QF4、QF22級(jí)開(kāi)關(guān)連跳，顯然有更深層次的原因。

2 故障分析整改

在QF4斷路器下端，使用FIUKE376鉗形電流表實(shí)時(shí)觀察冰機(jī)啟動(dòng)電流，電流變化如圖2所示。

圖2 冰機(jī)主電機(jī)軟啟動(dòng)電流Fig 2 Soft start current of ice machine main motor

由于軟啟動(dòng)SSD1的限流啟動(dòng)作用，故其最高啟動(dòng)電流限制于2 kA。保護(hù)開(kāi)關(guān)NSC630K 產(chǎn)品參數(shù)表中的開(kāi)關(guān)脫扣特性曲線表明，在滿足NSC630K 不誤動(dòng)作前提下適當(dāng)提高軟啟動(dòng)限流倍數(shù)，更有利于重載啟動(dòng)冰機(jī)的成功率[1]。長(zhǎng)延時(shí)動(dòng)作時(shí)間倍數(shù)N(Ir)=474 A×400%/630 A=3，查tr=20 s符合軟啟動(dòng)默認(rèn)的10 s，但其短延時(shí)電流整定Isd=10In與上級(jí)開(kāi)關(guān)QF4 的瞬時(shí)10In保護(hù)參數(shù)一致，顯然是不符合上下級(jí)保護(hù)整定規(guī)則，將其整定Isd=7In，可符合上下級(jí)整定匹配要求。

深入了解當(dāng)時(shí)配電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)在啟動(dòng)冰機(jī)時(shí)I 段、II 段母線處于聯(lián)絡(luò)運(yùn)行（QF0 合閘），1#變壓器處于冷備用狀態(tài)，I 段母線所帶的-15 ℃冰機(jī)已運(yùn)行，啟動(dòng)-35 ℃冰機(jī)前II段已加載了近400 A 電流，II 段母線進(jìn)線開(kāi)關(guān)整定長(zhǎng)延時(shí)Ir=0.5In；tr=4 s@6Ir，長(zhǎng)延時(shí)整定電流符合線路計(jì)算電流要求。

延時(shí)時(shí)間需配合產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)要求分析整定。根據(jù)施耐德Micrologic5.0E 保護(hù)器控制單元用戶手冊(cè)，從MT20 H1 斷路器長(zhǎng)延時(shí)保護(hù)反時(shí)限的特性圖分析，I/Ir為≤2.2時(shí)動(dòng)作時(shí)間≥11 s，當(dāng)I/Ir為≥2.7時(shí)動(dòng)作時(shí)間≤10 s，當(dāng)2 段母線并列運(yùn)行時(shí)，啟動(dòng)-35 ℃冰機(jī)的線路瞬時(shí)電流近2.7 kA，斷路器在I/Ir為2.7 時(shí)限下未能躲過(guò)軟啟動(dòng)限定10s 的啟動(dòng)時(shí)間，引發(fā)斷路器長(zhǎng)延時(shí)保護(hù)動(dòng)作[2]。故將長(zhǎng)延時(shí)整定Ir=0.5In，tr=12 s@6Ir，這樣可符合2 段母線并列運(yùn)行下的冰機(jī)啟動(dòng)。

以上設(shè)置，即避免了QF6 短延時(shí)保護(hù)的越級(jí)動(dòng)作，同時(shí)也解決了在母線并列運(yùn)行條件下啟動(dòng)冰機(jī)而造成的系統(tǒng)失電。設(shè)置后歷經(jīng)2年，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，未再發(fā)生此類故障。

3 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)-35 ℃冰機(jī)軟啟動(dòng)開(kāi)關(guān)NSC630K 和5.0E保護(hù)器的特性，將NSC630K 短延時(shí)整定設(shè)置為Isd=7In以及將5.0E 保護(hù)器長(zhǎng)延時(shí)整定時(shí)間改為tr=12 s@6Ir。設(shè)置后，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行2 年，未再發(fā)生此類故障。

配電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)整定不僅要考慮保護(hù)上下級(jí)保護(hù)配合，同時(shí)也要考慮到特殊運(yùn)行條件下大負(fù)荷設(shè)備啟動(dòng)特性對(duì)系統(tǒng)的影響。在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中，還要針對(duì)不同廠家的低壓斷路器結(jié)合該產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)上的技術(shù)數(shù)據(jù)和脫扣曲線及電流脫扣器的整定計(jì)算來(lái)設(shè)定保護(hù)數(shù)據(jù)，這樣才能使各級(jí)斷路器發(fā)揮最佳保護(hù)性能，避免越級(jí)跳閘而帶來(lái)的安全隱患。