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。10kV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10kV1段發(fā)生低電壓故障報警。16:31:40,水系統(tǒng)配電室10kVⅡ段進線開關(guān)過流保護動作跳閘。至此,10kV1段母線所帶5臺水泵電機因電壓低跳閘:10kV7段母線所帶1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)＋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10kV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3A）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10kVI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:11:40,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10kV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10kVI段母線所帶水泵負荷全部失電。

由于系統(tǒng)控制原因,10kVⅠ段母線所帶水泵失電后,10kVⅡ段母線所帶水泵大量啟動,致使瞬間啟動電流過大,進而10kVⅢ段進線開關(guān)瞬間電流過大,保護動作跳閘,10kVⅣ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。

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,0.5S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U_ab、U_bc、U_ac都低于整定值U_dz,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。

該低電壓保護的邏輯考慮了每一相"PT斷線"情況,即其中某一相取不到電壓的情況,但未考慮三相PT線路相互干擾或作用（單相接地、兩相接地、兩相短路、三相短路等）,引起異常情況下的"相（或線）電壓不平衡"情況。故障案例中,PT取電壓線路電纜間發(fā)生相間短路放炮,致使相（或線）電壓不平衡,確切說是故障瞬間,相（或線）電壓被拉低,但未達到"PT斷線"的程度,PT斷線出現(xiàn)低電壓現(xiàn)象時,取低電壓"非"信號,閉鎖保護不動作的作用未能及時起效,最終導(dǎo)致前文所述故障的發(fā)生。

7低電壓保護改進措施

低電壓保護是高壓供電系統(tǒng)的主保護單元,傳統(tǒng)低電壓保護方式是當(dāng)電網(wǎng)電壓低于額定電壓30%時,繼電保護裝置動作,被保護設(shè)備開關(guān)跳閘。

保護裝置更改前:電網(wǎng)電壓低于額定電壓30%,延時0.4s,電網(wǎng)電壓仍低于額定電壓30%,繼電保護裝置動作,被保護設(shè)備進線開關(guān)跳閘。

保護裝置更改后:電網(wǎng)電壓低于額定電壓30%,如果一次電流正常 ,被保護設(shè)備進線開關(guān)不動作 ,如圖2所示: 電網(wǎng)電壓低于額定電壓30% ,如果一次電流為零 ,延時4s, 電網(wǎng)電壓仍低于額定電壓30% ,被保護設(shè)備進線開關(guān)動作 跳閘。

8效果分析

所有10kv供電系統(tǒng)低電壓保護裝置進行改造后,加裝電流監(jiān)測裝置,聯(lián)系保護裝置廠家更改保護程序,同時協(xié)同相關(guān)部門調(diào)整保護定值。跳閘判斷邏輯為"無壓有流,開關(guān)不動:無壓無流,開關(guān)動作"。設(shè)備改造后取得良好效果,例如全網(wǎng)3#電站2#污水泵設(shè)備故障,配電系統(tǒng)5段母線低電壓,由于電機設(shè)備加強防范低電壓保護動作的措施,供電系統(tǒng)運行正常,電網(wǎng)電壓波動未造成高壓電機掉電,未發(fā)生斷澆等生產(chǎn)問題。

20220221_62138c178b827__電動機低電壓保護研究