時文婷 黃長明 周麗麗

（中石化河南石油勘探局水電廠，河南 南陽 473132）

我公司有多臺10kV/500kW 高壓電動機，高壓電動機帶動輸油泵實現(xiàn)原油的管道密閉輸送。為了限制電動機起動電流，減少對電網(wǎng)的沖擊，配套使用了高壓液態(tài)軟起動裝置。

液態(tài)軟起動裝置由兩臺高壓真空接觸器、液體電阻以及PLC 控制系統(tǒng)組成。電動機起動過程中，在電動機定子回路串接液體電阻，起動電流在液體電阻上將產(chǎn)生電壓降，降低了電動機定子繞組上的電壓，起動電流也得到減小，從而達到對電動機降壓限流的目的[1]。

電氣原理如圖一所示。液體電阻串接在高壓斷路器和電動機之間，采用星形接法。液體電阻由相互絕緣的三個絕緣箱體構(gòu)成，每個箱體內(nèi)部分別盛有按照要求配置的電解液并裝有一組相對獨立的導電電極板，一動一靜，動極板通過柜體上部的傳動機構(gòu)及控制系統(tǒng)控制運行。起動時，高壓真空接觸器KM2 首先閉合，將液態(tài)電阻Rs 串入電動機定子回路，同時柜頂部的傳動機構(gòu)帶動動極板開始向靜極板勻速接近，起動瞬間，動靜極板間距最大，因此Rs 最大。隨著電動機的轉(zhuǎn)速的上升，動靜極板間距逐漸接近，液體電阻均勻減小，電動機轉(zhuǎn)速接近正常轉(zhuǎn)速后，真空接觸器KM1 閉合，真空接觸器KM2 斷開，液體電阻脫離電源系統(tǒng)，起動過程完成，電動機進入正常運行狀態(tài)[2]。

液態(tài)軟起動裝置結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，并能有效降低起動電流，在工礦企業(yè)得到了廣泛的應用。但我公司的3#高壓電動機自安裝之后，每次起動十幾秒鐘后高壓斷路器都報速斷保護動作而跳閘，致使電動機起動失敗，給安全生產(chǎn)帶來嚴重影響。

為此，公司成立了技術(shù)小組，對故障原因進行了全面的分析排查。

1 故障原因分析

1.1 繼電保護定值檢查及保護裝置校驗

保護定值整定人員對該電機保護速斷定值重新進行核算。同時與我公司其他同型號電機速斷定值進行核對，保護定值設定正確，因此可以排除保護定值設定不當?shù)囊蛩亍?/p>

保護試驗人員對微機保護裝置進行了校驗，證明系統(tǒng)速斷保護動作正常，可以排除保護誤動作因素。

圖1 電氣原理圖

1.2 電動機及電纜故障排查

使用2500V 兆歐表測試電動機及電纜絕緣電阻，均在300MΩ 以上。可以排除因電動機及電纜絕緣缺陷造成速斷保護動作的因素。

1.3 液態(tài)軟起動柜故障排查

經(jīng)檢查起動柜內(nèi)部接線正確。經(jīng)測試，在不送高壓電源情況下，起動柜內(nèi)部接觸器KM1、KM2的投切正常，極板動作亦正常。

1.4 液體電阻阻值測試

使用交流伏安法對液體電阻的阻值進行了測試，阻值滿足廠家技術(shù)文件的要求，可以實現(xiàn)有效抑制起動電流的要求。

1.5 原油運輸工藝流程故障排查

經(jīng)詢問操作人員，起動時嚴格按照操作規(guī)程進行操作，起動前盤泵很輕松，亦不存在帶載起動和管線憋壓現(xiàn)象。

造成電動機起動失敗的原因到底是什么呢？技術(shù)人員對速斷保護跳閘過程又進行仔細分析，發(fā)現(xiàn)每次速斷保護動作導致起動失敗，并不是發(fā)生在起動瞬間，而是發(fā)生在起動過程已經(jīng)進行了十幾秒，起動柜內(nèi)接觸器KM1、KM2 完成切換的瞬間。會不會是起動柜接觸器KM1、KM2 切換太早了呢？技術(shù)人員調(diào)出了PLC 內(nèi)部程序片段[3]，如圖2所示。

圖2 電機起動控制梯形圖片段

通過定時器T53 可知，程序設定的KM1、KM2切換即起動時間為15s（150 乘以100ms）。經(jīng)了解，在起動柜安裝時，電動機以及輸油泵還未安裝到位，因此整體的系統(tǒng)調(diào)試并未進行，也就是說PLC 程序給定的起動時間是出廠默認值，并未根據(jù)現(xiàn)場的實際情況進行調(diào)整。技術(shù)人員嘗試將起動時間改為20s，再一次起動電動機，電動機實現(xiàn)了正常起動。實際上電動機約在18s 時起動就接近完成了（可以通過觀察起動柜上的指針電流表的顯示情況進行驗證，起動瞬間電流表指針沖高，約18s 后電流表指針回落，20s 完成切換，起動完成，運行正常）。

2 分析

通過多方排查，電動機起動失敗的原因可歸結(jié)為起動柜PLC 程序設定的起動時間不足。電動機T型等效電路圖如圖3所示。由圖可知，電動機的起動瞬間，由于轉(zhuǎn)差率S 很大約為1，因此整個回路的阻抗很小，這就是電動機直接起動電流可以達到額定電流4～7 倍的原因。本例中由于起動時在回路中串入可變液態(tài)電阻Rs，可以起到限制起動電流的作用，防止出現(xiàn)速斷或者過流保護動作。但由于PLC系統(tǒng)設置的起動時間不夠（僅有15s，大型電動機的起動時間往往很長），當起動柜強制切換時，Rs被短接，此時轉(zhuǎn)差率S 仍然較大，回路阻抗突然變小，從而導致回路電流激增，造成斷路器速斷保護跳閘，致使電動機起動失敗。

圖3 電動機T 型等效電路圖

3 結(jié)論

1）電動機起動的失敗的原因有很多，要認真逐一進行排查，直至找到真正原因。

2）大型電動機的起動多由PLC、晶閘管、變頻器進行控制，這些部件以及內(nèi)部程序程序也是故障排查的重要環(huán)節(jié)。

3）電動機的起動時間和最大可能的起動電流要根據(jù)電機的結(jié)構(gòu)、參數(shù)以及現(xiàn)場的實際情況進行測算，并在現(xiàn)場調(diào)試的時候，設定好各項系統(tǒng)參數(shù)，確保電動機正常起動。

[1] 張翔.高壓交流液態(tài)軟起動的研究及應用[J].設計技術(shù),2010(3):38-41.

[2] 張長弓.液態(tài)軟起動裝置在礦井主通風機上應用的可行性研究[J].中國高新技術(shù)企業(yè),2010(30):11-12.

[3] 鄧則名,鄺穗芳,程良倫.電器與可編程控制器應用技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2007.117-132.