金福鑫

(中國(guó)石油天然氣股份有限公司錦西石化公司電氣車(chē)間，遼寧葫蘆島125001)

0 引言

高壓水泵電機(jī)(以下簡(jiǎn)稱水泵電機(jī))是2010年延遲焦化隱患整改項(xiàng)目中，新增加的高壓電機(jī)，由高壓間6kV 母線直接供電。這臺(tái)電機(jī)采用的是開(kāi)關(guān)變壓器式高壓電機(jī)軟啟動(dòng)裝置進(jìn)行起動(dòng)的。水泵電機(jī)自投入運(yùn)行以來(lái)在高壓間母線電壓低時(shí)先后幾次在繼電保護(hù)方面出現(xiàn)起動(dòng)超時(shí)、過(guò)流保護(hù)動(dòng)作跳閘的事故，不能正常起動(dòng)，本文結(jié)合水泵電機(jī)的繼電保護(hù)設(shè)定值，對(duì)不同電壓下水泵電機(jī)的起動(dòng)過(guò)程中電壓降進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，找出起動(dòng)失敗的原因，并對(duì)解決方案進(jìn)行分析探討。

1 水泵電機(jī)的起動(dòng)過(guò)程［2，4］

水泵電機(jī)起動(dòng)方式是用開(kāi)關(guān)變壓器的高壓繞組與電機(jī)串聯(lián)，低壓繞組與可控硅和控制系統(tǒng)相連，通過(guò)控制晶閘管的導(dǎo)通角，改變低壓側(cè)的電壓來(lái)改變高壓側(cè)的電壓，即可實(shí)現(xiàn)電機(jī)端電壓從零電壓到額定電壓的變化，將電機(jī)逐步平滑加速到額定速度，電機(jī)達(dá)到額定速度之后，電機(jī)起動(dòng)電流開(kāi)始下降，當(dāng)下降到設(shè)定值時(shí)，將電機(jī)切換到運(yùn)行回路，完成軟啟動(dòng)過(guò)程。水泵電機(jī)起動(dòng)時(shí)，3605 運(yùn)行柜斷路器合閘，其常開(kāi)接點(diǎn)聯(lián)鎖合3601隔離柜斷路器，電機(jī)軟啟動(dòng)開(kāi)始。當(dāng)軟啟動(dòng)柜檢測(cè)到電機(jī)電流下降到預(yù)設(shè)值時(shí)或時(shí)間到預(yù)設(shè)值時(shí)發(fā)出合3603 星點(diǎn)柜命令，3603 柜斷路器合閘，并將3601 斷路器分閘，使開(kāi)關(guān)變壓器從電網(wǎng)脫離，電機(jī)軟啟動(dòng)結(jié)束，進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，如圖1 所示。

圖1 水泵電機(jī)配電一次系統(tǒng)圖

2 水泵電機(jī)起動(dòng)失敗分析［1、3、4］

2.1 水泵電機(jī)參數(shù)

額定功率:3400kW;額定電壓:6kV;功率因數(shù):0.87;轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量:255kg.m2;額 定 轉(zhuǎn) 速:1495rpm;起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù):0.5;最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù):1.8;堵轉(zhuǎn)電流:6.5;負(fù)載參數(shù):轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:30kg.m2。

2.2 軟啟動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)

開(kāi)關(guān)變壓器容量:2500kVA，阻抗:3.9%;采用恒流方式;大于3.6In 時(shí)直接跳閘;在起動(dòng)過(guò)程中，大于1.2Un 或者小于0.8Un 時(shí)直接跳閘;40s內(nèi)起動(dòng)不起來(lái)，則直接跳閘。

2.3 水泵電機(jī)配電部分高壓綜合保護(hù)器保護(hù)定值

過(guò)流保護(hù):定時(shí)限，600A，24s 跳閘，速斷保護(hù):定時(shí)限，2220A，0s 跳閘，差動(dòng)138A，0s 跳閘。

2.4 水泵電機(jī)起動(dòng)失敗原因分析

水泵電機(jī)起動(dòng)失敗時(shí)均出現(xiàn)了3603 星點(diǎn)柜未合閘，3601 隔離柜未跳閘狀態(tài)，而3605 運(yùn)行柜綜合保護(hù)器面板上顯示相過(guò)流故障、起動(dòng)超時(shí)，說(shuō)明軟啟動(dòng)過(guò)程尚未結(jié)束過(guò)流保護(hù)就已動(dòng)作。

通過(guò)調(diào)取高壓綜合保護(hù)器兩次跳閘時(shí)的錄波文件，提取出水泵電機(jī)起動(dòng)前和起動(dòng)跳閘時(shí)刻的電壓、電流值，見(jiàn)表1。

表1 水泵電機(jī)跳閘時(shí)電壓電流記錄表

從表1 可以看出，水泵電機(jī)起動(dòng)前電壓較低，而根據(jù)軟啟動(dòng)廠家計(jì)算可知此臺(tái)電機(jī)起動(dòng)時(shí)電壓要從0.4U 起調(diào)，滿足0.4U ～0.7U 的平均轉(zhuǎn)矩—轉(zhuǎn)速曲線，這時(shí)當(dāng)系統(tǒng)電壓為6kV 時(shí)起動(dòng)時(shí)間為△t=34.8s，最大起動(dòng)電流為3.31 倍額定電流。這是正常電壓下的起動(dòng)數(shù)據(jù)。這時(shí)電機(jī)起動(dòng)時(shí)電壓波動(dòng)率和電機(jī)端電壓計(jì)算如下

設(shè)高壓間母線電壓為6kV，短路容量為71.3MVA計(jì)算，則系統(tǒng)等效阻抗為XL=Un2/Sf=36×106/(71.3×106)=0.5Ω 6kV 母線電壓波動(dòng)率

電機(jī)端電壓的計(jì)算

根據(jù)上述計(jì)算，可以按3.31Ie 完成起動(dòng)，開(kāi)關(guān)變壓器的短路壓降為4%，最大電流時(shí)壓降為13.24%，則最大電流時(shí)電機(jī)端電壓為電機(jī)端電壓:100%-13.24%-13.97%=72.79%。

當(dāng)系統(tǒng)電壓降為6000V、5950V、5900V、5850V 時(shí)，按上述方式計(jì)算各端電壓見(jiàn)表2。

表2 各電壓下機(jī)端電壓計(jì)算值

由表2 可看出，由于系統(tǒng)電壓過(guò)低，導(dǎo)致電機(jī)端電壓降低，遠(yuǎn)低于0.85U，由于轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比造成起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)低于0.5，轉(zhuǎn)矩不夠至使起動(dòng)電流長(zhǎng)時(shí)間降不下來(lái)，超過(guò)過(guò)流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間32s，使過(guò)流保護(hù)動(dòng)作跳閘。

通過(guò)調(diào)取軟啟動(dòng)柜的起動(dòng)曲線也發(fā)現(xiàn)起動(dòng)成功時(shí)的起動(dòng)時(shí)間僅為25.5s ～26.4s，電流就降下來(lái)，而起動(dòng)失敗時(shí)的起動(dòng)時(shí)間為35.5s 時(shí)，電流仍然為1085/391=2.77 倍額定電流還降不下來(lái)，導(dǎo)致過(guò)流保護(hù)動(dòng)作跳閘，所以水泵電機(jī)無(wú)法正常起動(dòng)的根本原因就在于起動(dòng)前系統(tǒng)電壓過(guò)低。

3 水泵電機(jī)起動(dòng)失敗解決方案的分析與探討［3、5、6］

通過(guò)上述論述，解決水泵電機(jī)無(wú)法正常起動(dòng)的途徑可以通過(guò)改變保護(hù)定值或提高高壓間的母線電壓。下面就這兩方面進(jìn)行分析與探討。

3.1 繼電保護(hù)定值更改的解決方案

水泵電機(jī)軟啟動(dòng)采用的是恒流方式，起動(dòng)倍數(shù)限定在3.2 倍，在起動(dòng)過(guò)程中，系統(tǒng)電壓大于1.2Un 或者小于0.8Un 時(shí)直接跳閘(Un=6kV);40s 內(nèi)起動(dòng)不起來(lái)，則直接跳閘。

根據(jù)軟啟動(dòng)的數(shù)據(jù)，可以將水泵電機(jī)過(guò)流保護(hù)時(shí)間延長(zhǎng)為40s，即600A，40s 跳閘。這種方法僅適用于系統(tǒng)電壓降低不多的情況，當(dāng)系統(tǒng)電壓波動(dòng)大時(shí)不能保證電機(jī)起動(dòng)成功。同時(shí)還必須保證焦化母線電壓不能低于85%，即系統(tǒng)電壓不能低于5078V/0.85=5974V。否則會(huì)對(duì)同一段上的其他電氣設(shè)備造成影響。

3.2 提高母線電壓的解決方案

高壓間從總降經(jīng)電抗器配出，由3 根3×240 長(zhǎng)度1120m 的電纜供電。由于電纜長(zhǎng)度較長(zhǎng)，電壓損失較多，且高壓間所帶高壓電機(jī)較多，功率因數(shù)較低，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際考察，發(fā)現(xiàn)高壓間兩段的功率因數(shù)分別為0.86 和0.87，因此采用補(bǔ)償電容器對(duì)高壓間就地進(jìn)行合理的補(bǔ)償，降低線路電壓損失，提高功率因數(shù)，進(jìn)而提高高壓間的電壓。

3.2.1 用補(bǔ)償后功率因數(shù)按0.9 考慮進(jìn)行補(bǔ)償

焦化高壓間進(jìn)線電流互感器800/5，最大負(fù)荷按800A 考慮

Q=1.732×Ue×Ig×(tgΦ1-tgΦ2)=1.732×6×800(0.593-0.484)=906(kVar)式中，Ig—最大有功電流，A;tgΦ1、tgΦ2—補(bǔ)償前后功率因數(shù)角的正切值。

3.2.2 按提高電壓補(bǔ)償線路電壓降考慮

從總降到高壓間的線路壓降經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)表計(jì)顯示為60V，電抗器為1000A，7.5%，阻抗為0.26Ω，電纜阻抗為0.03Ω，若補(bǔ)償?shù)诫妷褐禐?kV，則，

Q=ΔU×U2/X=60×6/0.29=1241(kVar)式中，ΔU—需要提高的電壓值，V;U2—需要達(dá)到的電壓值，kV;X—線路電抗。

根據(jù)以上計(jì)算可以用1200kVar 補(bǔ)償即可。

4 結(jié)語(yǔ)

水泵電機(jī)容量大，且屬于帶載起動(dòng)，尤其是其配電系統(tǒng)中的開(kāi)關(guān)變壓器本身就是一種降壓起動(dòng)方式，為保證電機(jī)能正常起動(dòng)，當(dāng)電壓降低不多時(shí)，可適當(dāng)延長(zhǎng)過(guò)流時(shí)限，但從根本上還應(yīng)采用補(bǔ)償電容器對(duì)高壓間就地進(jìn)行合理的補(bǔ)償，提高供電電壓，進(jìn)行繼電保護(hù)，使得水泵電機(jī)能夠正常起動(dòng)運(yùn)行。

［1］ 賀家李.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理.北京:中國(guó)電力出版社，2010.8.

［2］ 劉利，王棟.電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器入門(mén)與應(yīng)用實(shí)例. 北京:中國(guó)電力出版社，2012.4.

［3］ 中國(guó)航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)院.工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè).北京:中國(guó)電力出版社，2005.

［4］ 楊萬(wàn)青.防爆防腐電機(jī)檢修技術(shù)問(wèn)答.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2008.7.

［5］ 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社第四編輯室.防爆電機(jī)與防爆電器標(biāo)準(zhǔn)匯編.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1998.4.

［6］ 王成員.現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù).北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2009.1.