重慶建峰化工股份有限公司化肥分公司 董川濤 譚振華

1.序言

重慶建峰化工股份有限公司化肥分公司尿素裝置高壓氨泵采用的是德國沃森頓公司生產(chǎn)的立式七柱塞無級(jí)調(diào)速往復(fù)泵，型號(hào)為：VSEH102×178，動(dòng)力驅(qū)動(dòng)采用6KV高壓電動(dòng)機(jī)(位號(hào)：300PM01)，型號(hào)ABB-JS/TXCB-560A4，額定轉(zhuǎn)速1495轉(zhuǎn)，額定電壓6KV，額定電流114A。電動(dòng)機(jī)保護(hù)采用微機(jī)型綜合保護(hù)Sepam M41+MES114+ACE949+CCA634，10個(gè)輸入和8個(gè)輸出，I1-I3兩CT保護(hù)接線方式，電流互感器變比采用150/5。我公司同型號(hào)電動(dòng)機(jī)共計(jì)兩臺(tái)，裝置正常生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)為一用一備，熱備用狀態(tài)下的電動(dòng)機(jī)具備具備一鍵啟動(dòng)。熱備用狀態(tài)下的電動(dòng)機(jī)繞組處于自動(dòng)加熱除潮狀態(tài)，防止受潮降低電動(dòng)機(jī)絕緣等。

2.問題的提出

2011年9月29日14點(diǎn)57分，尿素工藝人員現(xiàn)場啟動(dòng)300PM01B，啟動(dòng)瞬間電動(dòng)機(jī)速斷保護(hù)動(dòng)作，工程技術(shù)人員立即至301總變電所查看綜合保護(hù)后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)警信息，具體報(bào)文如下：14:57:23:873：現(xiàn)場啟動(dòng)300PM01B：斷路器合閘；14:57:23:905：300PM01B速斷保護(hù)保護(hù)動(dòng)作：A相電流故障值=610A；B相電流故障值=860A；C相電流故障值=760A；14:57:23:916：300PM01B斷路器分閘。查看后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)文后，技術(shù)人員隨及到6KV配電裝置現(xiàn)場進(jìn)行查看，300PM01B柜面故障指示燈亮，Seapm M41綜合保護(hù)顯示：速斷保護(hù)動(dòng)作。

3.電機(jī)保護(hù)配置簡介

氨泵電機(jī)保護(hù)采用的是施耐德Sepam M41+MES114+ACE949+CCA634，10個(gè)輸入和8個(gè)輸出，可于保護(hù)裝置內(nèi)部實(shí)現(xiàn)可編程邏輯保護(hù)，替代傳統(tǒng)中繼器變量，常用保護(hù)功能如下：

3.1 過流/速斷保護(hù)(50/51)

相過流保護(hù)功能是三極的，如果一相、二相、三相電流達(dá)到運(yùn)行設(shè)定點(diǎn)，相過流保護(hù)動(dòng)作。M41保護(hù)共有9種選擇方式，我公司過流/速斷均采用的是定時(shí)限保護(hù)功能。

3.2 過熱保護(hù)(49)

當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子被堵住或旋轉(zhuǎn)非常慢時(shí)，電動(dòng)機(jī)的熱特性與其在額定負(fù)載時(shí)不同。在這種條件下，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子或定子有過熱危險(xiǎn)。

3.3 電流不平衡及斷相保護(hù)(46)

負(fù)序電流是按3相電流確定的，如果相電流的負(fù)序分量大于設(shè)定值則保護(hù)動(dòng)作。

3.4 啟動(dòng)時(shí)間過長和轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)保護(hù)(48/51LR)

起動(dòng)超時(shí)：起動(dòng)過程中，當(dāng)三相電流中有一相電流超過設(shè)定點(diǎn)電流Is，持續(xù)時(shí)間大于正常起動(dòng)時(shí)間，則保護(hù)動(dòng)作。

轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)：電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)起動(dòng)后，當(dāng)三相電流中有一相電流超過設(shè)定點(diǎn)電流Is，持續(xù)時(shí)間大于定時(shí)限設(shè)定值，則保護(hù)動(dòng)作。

3.5 接地保護(hù)(51N)

如果接地故障電流達(dá)到設(shè)定點(diǎn)，接地故障保護(hù)動(dòng)作。

3.6 低電壓保護(hù)(27)

本保護(hù)功能是三相的，并可按相或線電壓參數(shù)整定值運(yùn)行。如果三相中一相或線電壓下降到低于Us/Vs設(shè)定點(diǎn)，保護(hù)裝置動(dòng)作，可包括一個(gè)定時(shí)限延時(shí)T跳閘或相關(guān)故障報(bào)警。

3.7 詳細(xì)配置表見表一“氨泵電機(jī)保護(hù)配置表”

表一 氨泵電機(jī)保護(hù)配置表

4.電機(jī)速斷動(dòng)作原因分析

電機(jī)速斷保護(hù)動(dòng)作跳閘后，立即組織工程技術(shù)人員進(jìn)行“分段”檢查，即：電動(dòng)機(jī)本體檢查、交聯(lián)電纜檢查、斷路器小車及微機(jī)型保護(hù)裝置檢查。

4.1 電動(dòng)機(jī)本體檢查及分析

檢查電動(dòng)機(jī)繞組部分，查看電動(dòng)機(jī)是否出老化，受潮、受熱、受侵蝕、異物侵入、外力的沖擊等，是否因電機(jī)過載、欠電壓、過電壓或缺相運(yùn)行等引起繞組故障。

打開電動(dòng)機(jī)端蓋部份，通過目測繞組端部及線槽內(nèi)絕緣物觀察有無損傷和焦黑的痕跡，如有就可能接地或匝間短路造成碳化點(diǎn)存在，結(jié)果打開端部未發(fā)現(xiàn)任何異常。

為進(jìn)一步判斷電動(dòng)機(jī)絕緣狀況，采用FLUKE1550B兆歐表2500V測量三組電阻的絕緣電阻，R60/R15=108/101MΩ，判斷為不合格(判斷標(biāo)準(zhǔn)：每1KV≥1MΩ，吸收比≥1.3)。初步判斷電機(jī)有受潮現(xiàn)象，后詢問，上午設(shè)備衛(wèi)生清掃過程中，工藝人員用水沖冼過泵體，沖冼過程中水濺至電機(jī)，導(dǎo)致受潮。

電動(dòng)機(jī)雖有受潮，但對(duì)地絕緣良好，為進(jìn)一步查看電動(dòng)機(jī)是否真是相間短路，技術(shù)人員用感性負(fù)載直阻速測儀TG--3960—A對(duì)電動(dòng)機(jī)繞組進(jìn)行直流電阻測試，測試結(jié)果如表二“電機(jī)直流電阻測試數(shù)據(jù)”。

表二 電機(jī)直流電阻測試數(shù)據(jù)

電機(jī)直流電阻測試合格，未發(fā)現(xiàn)異常，為進(jìn)一步確保電機(jī)本體完好，將氨泵電機(jī)與泵體脫離，拉回檢修大廳進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)，試驗(yàn)前先對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行烘箱加熱，加熱后用FLUKE1550B測試絕緣R60/R15=1.78/1.15GΩ，判斷合格。絕緣完好后，用TDGC---10/0.5－15KVA高壓工頻耐壓設(shè)備進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)電壓取1.5Ue為9KV，受壓時(shí)間1分鐘。預(yù)防性試驗(yàn)過程無放電現(xiàn)象，電動(dòng)機(jī)本體良好，無任何問題。

4.2 交聯(lián)電纜檢查及分析

氨泵電動(dòng)機(jī)動(dòng)力電纜采用原國外進(jìn)口的交聯(lián)聚乙烯電纜。速斷保護(hù)后，技術(shù)人員對(duì)交聯(lián)電纜進(jìn)行絕緣測試，采用FLUKE1550B、2500V測試，具體測試數(shù)據(jù)如表三“交聯(lián)電纜絕緣數(shù)據(jù)測試表”。

表三 交聯(lián)電纜絕緣數(shù)據(jù)測試表

交聯(lián)電纜絕緣測試未好現(xiàn)任何問題，為確保交聯(lián)電纜真正的完好性，對(duì)交聯(lián)電纜進(jìn)行深入的檢查，采用對(duì)交聯(lián)電纜進(jìn)行絕緣預(yù)防性試驗(yàn)，試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為3Uo，30分鐘，試驗(yàn)設(shè)備為美國進(jìn)口設(shè)備VLF 0.01HZ超低頻設(shè)備進(jìn)行預(yù)防試驗(yàn)，試驗(yàn)過程中未出現(xiàn)放電或絕緣擊穿現(xiàn)象，所以電纜完好，未出現(xiàn)任何問題。

4.3 斷路器小車檢查及分析

301總變電所6KV高壓開關(guān)柜設(shè)備采用梅蘭日蘭進(jìn)口設(shè)備，斷路器小車采用的是SF6氣體絕緣密封設(shè)備，短時(shí)分?jǐn)嗄芰_(dá)40KA，但由于斷路器自身運(yùn)行年限較久，已達(dá)20年。斷路器自身性能狀況如何，采用對(duì)斷路器進(jìn)行預(yù)防性耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)按照3Ue，1分鐘，分別進(jìn)行相對(duì)相及地、斷口耐壓及地試驗(yàn)，試驗(yàn)過程未發(fā)現(xiàn)絕緣擊穿現(xiàn)象，故斷路器絕緣性能良好。

斷路器分合閘同期試驗(yàn)，由于車間無專門做斷路器分合閘同期試驗(yàn)裝置，經(jīng)車間技術(shù)人員討論后，決定采用機(jī)械秒表進(jìn)行同期試驗(yàn)，找到三塊機(jī)械秒表（401型）分別接至三相觸頭，通過分合閘觀察秒表移動(dòng)位移，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)合閘同期A、B相與C相差3ms，分閘同期為0ms，符合規(guī)程要求（相間合閘不同期≤5ms，分閘不同期≤3ms），所以可以判斷小車斷路器性能良好。

4.4 微機(jī)型保護(hù)裝置檢查及分析

本次速斷事故發(fā)生后，為確保微機(jī)綜合保護(hù)裝置性能良好，對(duì)保護(hù)定值進(jìn)行校驗(yàn)，氨泵電機(jī)速斷整定值878A，按變比150/5進(jìn)行整定二次值為29.3A，適當(dāng)放大通入試驗(yàn)電流至29.4A，保護(hù)動(dòng)作，動(dòng)作時(shí)間45ms，報(bào)文“速斷保護(hù)”。隨后降低試驗(yàn)電流，按照M41采集電流860A，二次側(cè)28.66A，放大電流通入28.7A至保護(hù)裝置，保護(hù)未動(dòng)作，約2.02S動(dòng)作，報(bào)文“過流動(dòng)作”。

為進(jìn)一步確定保護(hù)裝置定值未發(fā)生漂移，又對(duì)過流進(jìn)行定值校驗(yàn)，過流值624A，按變比150/5進(jìn)行整定二次值為20.8A，放大電流通入20.9A，2.12S動(dòng)作，報(bào)文“過流動(dòng)作”。通過上述分析，保護(hù)裝置動(dòng)作可靠，靈敏性高，不存在任何問題。

4.5 非設(shè)定值動(dòng)作原因分析

Sepam M41微機(jī)型綜合保護(hù)裝置出現(xiàn)未達(dá)到整定值而動(dòng)作，導(dǎo)致其動(dòng)作原因究竟在什么地方，是誤動(dòng)還是靈敏度問題，查閱Speam M41數(shù)據(jù)資料發(fā)現(xiàn)微機(jī)型綜合保護(hù)裝置動(dòng)作值以保護(hù)O1出口30ms后采集的尖峰值，并非瞬間測量值，其尖峰值根據(jù)電流的衰減情況而定，若衰減速度較快采集值就遠(yuǎn)小于實(shí)際尖峰電流值，若衰減速度較慢就近似于實(shí)際值，所以本次速斷動(dòng)作值860A為衰減值，并非實(shí)際值，其實(shí)際應(yīng)大于860A，所以會(huì)導(dǎo)致微機(jī)型保護(hù)動(dòng)作。

4.6 電機(jī)速斷動(dòng)作電流波形分析

氨泵電機(jī)速斷保護(hù)動(dòng)時(shí)，保護(hù)裝置采集錄波電流為A相電流故障值=610A；B相電流故障值=860A；C相電流故障值=760A；各相電流值偏差懸殊較大，查看綜合保護(hù)后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)采集故障錄波圖形有一定畸變現(xiàn)象，其原因較多，如諧波、電能質(zhì)量、系統(tǒng)穩(wěn)定以及其它干擾等原因，并非為工況時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)正弦波，如圖一所示“氨泵電機(jī)啟動(dòng)速斷故障波形圖”，其峰值近2000A換算至有效值也近1400A左右，所以導(dǎo)致速斷動(dòng)作。

圖一 氨泵啟動(dòng)速斷故障波形圖

正常氨泵電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流約710A左右，啟動(dòng)時(shí)間1.12S左右，不會(huì)出現(xiàn)速斷保護(hù)動(dòng)作和過流保護(hù)動(dòng)作，正常啟動(dòng)時(shí)波形圖如圖二所示：氨泵正常啟動(dòng)波形圖。啟動(dòng)峰值在1000A左右，其有效值在707A左右，啟動(dòng)時(shí)間1S左右。所以不會(huì)出現(xiàn)速斷保護(hù)動(dòng)作。

圖二 氨泵正常啟動(dòng)波形圖

建峰第二套大化裝置高壓電動(dòng)機(jī)04P1101B循環(huán)水泵于2010年5月17日發(fā)生相間短路，后經(jīng)檢查屬電纜相間短路放炮，造成速斷保護(hù)動(dòng)作，其動(dòng)作時(shí)的故障錄波如圖三所示：速斷瞬間尖鋒電流達(dá)4500A左右，其有效值高達(dá)3200A左右，屬真正意義上的速斷保護(hù)動(dòng)作。

圖三 04P1101B循環(huán)水泵相間短路波形圖

4.7 速斷動(dòng)作真實(shí)原因分析

經(jīng)上述錄波圖對(duì)比分析，本次氨泵電機(jī)并非屬真正意義上的速斷保護(hù)，那造成速斷保護(hù)的原因到底在什么地方。后深入檢查分析發(fā)現(xiàn)，08年大修技術(shù)改造前我公司采用的施耐德ITG7446晶體管繼電器采集2CT進(jìn)行保護(hù)，08年技術(shù)改造時(shí)，我公司仍延用如圖四所示的接線方式，并非采用圖五接線方式。兩者接線區(qū)別在于3CT接線方式時(shí)M41保護(hù)中選擇電流互感器數(shù)目時(shí)必須選用I1-I2-I3，表示其為3CT保護(hù)，任何一相達(dá)到動(dòng)作值時(shí)，保護(hù)出口動(dòng)作。而2CT接線方式，監(jiān)測數(shù)據(jù)值IA、IC為實(shí)測值，IB的值則為假設(shè)Io＝0時(shí)估算出來的，僅用于測量顯示，不能用作保護(hù)。如果接線為2CT接線方式，選擇3CT時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)以IA、IC實(shí)際電流差值和幅角以及假設(shè)Io＝0等因素決定IB值，所以IB值存在較大誤差。

圖四 氨泵保護(hù)接線方式

圖五 三CT保護(hù)接線方式

分析后，查詢我公司300PM01B M41保護(hù)裝置整定情況，查看保護(hù)整定為3CT接線方式，其IB相電流計(jì)算出的值進(jìn)入了保護(hù)，如圖六所示。由于氨泵電機(jī)、斷路器等目前已使用近20年，各種使用狀況大不如前，如斷路器存在一定的合閘不同期等均可能造成啟動(dòng)瞬間電流不平衡，造成Io≠0的發(fā)生，促使計(jì)算值增大等，導(dǎo)致保護(hù)裝置誤動(dòng)作。

圖六 300PM01B保護(hù)整定情況

5.處理措施

5.1 修正CT設(shè)置

恢復(fù)2CT接線方式設(shè)置，將現(xiàn)設(shè)置為3CT更改為2CT，盡可能避免出現(xiàn)保護(hù)理論計(jì)算值，采用CT實(shí)際測量值納入保護(hù)范疇，從而避免誤動(dòng)。

5.2 保護(hù)可靠系數(shù)優(yōu)化

電機(jī)速斷保護(hù)動(dòng)作電流是按照躲過電機(jī)最大起動(dòng)電流來整定的，整定公式為：Isd=Kk.Kq.Ie(其中Kk為可靠系數(shù)，一般取1.5-2倍；Kq為電機(jī)起動(dòng)電流倍數(shù)，一般取5-7倍；Ie為電機(jī)額定電流)，一般高壓電機(jī)速斷保護(hù)電流范圍為7-12倍，整定值太高靈敏度不夠，速定值太低可靠性又不好，可根據(jù)現(xiàn)裝實(shí)際情況進(jìn)行綜合計(jì)算，目前我公司氨泵電機(jī)最終討論確定將速斷保護(hù)定值整為950A，以此提高其運(yùn)行可靠性。

5.3 增加速斷延時(shí)

對(duì)速斷保護(hù)增加一定和延時(shí)性，按期躲過合閘瞬間產(chǎn)生的尖峰諧波電流，但增加延時(shí)后，一旦某天氨泵電機(jī)真正發(fā)生速斷保護(hù)動(dòng)作未能瞬間動(dòng)作，相間短路電流長時(shí)間在供電系統(tǒng)涌動(dòng)，將會(huì)造成上級(jí)進(jìn)線開關(guān)跳閘，造成更大的設(shè)備事故，所以提高速斷保護(hù)動(dòng)作時(shí)間來避開啟動(dòng)速斷保護(hù)不可取。

5.4 保護(hù)裝置程序完善

Sepam系列保護(hù)裝置屬施耐德電氣微機(jī)型綜合保護(hù)高端設(shè)備，功能強(qiáng)大，非專業(yè)人員想駕馭有一定難度，所以應(yīng)請(qǐng)專業(yè)技術(shù)人員對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行系統(tǒng)檢查評(píng)估檢查，以確保其完好性。對(duì)保護(hù)裝置不完善的地方加以完善。對(duì)不符合生產(chǎn)實(shí)際的地方應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)要求進(jìn)行修改，確保各類保護(hù)裝置設(shè)備運(yùn)行可靠。

6.結(jié)束語

本次300PM01B氨泵電機(jī)在啟動(dòng)瞬間發(fā)生速斷保護(hù)動(dòng)作后，車間立即組織對(duì)6KV所有高壓電機(jī)進(jìn)行全面檢查，檢查發(fā)現(xiàn)CT選線錯(cuò)誤的綜合保護(hù)有4臺(tái)之多，最終都進(jìn)行了修改完善。同時(shí)車間在2011年大修期間外請(qǐng)施耐德專業(yè)技術(shù)人員至現(xiàn)場進(jìn)行全面的檢查完善，完善后各類電機(jī)運(yùn)行正常，未發(fā)生誤動(dòng)作，生產(chǎn)裝置是否還存在類似的問題，我們將一如繼往的檢查下去，確保裝置安全長滿優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

[1] sepam40測量,保護(hù)數(shù)據(jù)手冊(cè).

[2] 蘇文博,李鵬博等.繼電保護(hù)事故處理技術(shù)與實(shí)例.