吳承杰

（大慶鉆探工程公司鉆井三公司，黑龍江大慶 163413）

0 引言

交流異步電機在石油鉆井平臺上面發(fā)揮十分重要的作用，實際應(yīng)用時也常會發(fā)生故障，比如短路、欠壓過載或是斷相等。斷相也是最為嚴(yán)重與常見的故障之一，因為出現(xiàn)斷相不容易被工作人員發(fā)現(xiàn)，后果是燒毀電機，因此，電機安裝斷相保護裝置具有十分重要的意義。

1 交流電機缺相故障的具體分析

導(dǎo)致電機燒毀事故發(fā)生的關(guān)鍵是定子模塊瞬間流過過大的電流。出現(xiàn)較大電流的因素比較多，對于異步電機來說，定子繞組具有2種連接方式，即星形接法與三角形接法，不管是采用何種方式的接法，從分布上看，三相定子繞組模塊應(yīng)是對稱的。電機通常都是借助三相對稱電源，產(chǎn)生較大旋轉(zhuǎn)磁場，進而能夠使轉(zhuǎn)子有效運轉(zhuǎn)。星形接法在啟動電機過程中，若是將一相電源斷開，并向兩相電源進行連接，那么便不會有旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生，此時僅存在脈沖磁場，旋轉(zhuǎn)力矩下降為0，那么電機轉(zhuǎn)子便只能夠振動而不會轉(zhuǎn)動，工作人員就會立即察覺到。如果運行后出現(xiàn)斷開一相電源的狀況，轉(zhuǎn)子在慣性力作用下，電機還會低速運行，不過轉(zhuǎn)矩已大大降低，如果負載恒定不變，電機轉(zhuǎn)速將明顯降低，轉(zhuǎn)差率升高，由此加大了定子電流，進而燒毀串聯(lián)的兩相繞組。

就三角形接法電機看，當(dāng)缺少一相電源時，類似于星形接法，區(qū)別在于兩相繞組進行串聯(lián)后會并聯(lián)于另一組繞組，在電源線電壓中進行連接，所以對一相繞組進行并聯(lián)產(chǎn)生的電流是比兩相繞組進行串聯(lián)的電流更大，這就會立刻燒毀一組繞組，接著便會將兩相串聯(lián)的繞組也燒毀。在電機運行工況下，有一項繞組突然缺失，電機的運行是能夠繼續(xù)的，如果該種狀況沒能被及時有效發(fā)現(xiàn)和處理，則會出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)磁場不均勻，轉(zhuǎn)差率提高、電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速出現(xiàn)大幅降低，并且定子電流增大且每個線的電流不一樣，如果經(jīng)較長時間的運行，則會燒毀2個定子繞組。

2 電機斷相的常見保護方法分析

（1）保險絲保護。提升保險絲容量，應(yīng)用的熔絲熔斷電流通常是在4倍額定電流上下，這就實現(xiàn)了處于非短路狀況下，熔絲不會出現(xiàn)熔斷現(xiàn)象。該法僅可以避免因為保險絲熔斷導(dǎo)致的斷相問題，無法避免斷相運行或是其他故障造成的線路斷相問題。

（2）零電流保護，對電機的電流開展實際分析，如果其中的一相電流是零時，判斷其是電機斷相運行，利用實時切斷電源的方法進行保護。這種模式雖然有效但也有缺陷，如果電機采用的是三角形接法，這種保護策略的效果不大。

（3）溫度保護。將溫度傳感器設(shè)置到電機繞組內(nèi)，對于電機內(nèi)部溫度進行實時測量和分析，如果其內(nèi)部的溫度超過規(guī)定數(shù)值，則將電源切斷，以此來對電源進行保護。該方法可靠性和安全性較高，并且能夠有效保護繞組絕緣和過載，但其不足在于要將溫度檢測裝置安裝在電機內(nèi)部。

3 缺相保護的新方法研究

電機燒毀的主要因素是定子繞組的電流過大，引起電流過大的主要因素為缺相運行。雖然缺相保護的方法較多，但都具有自身的不足，為此產(chǎn)生一種新的設(shè)計。對于優(yōu)異的電機保護裝置首先需要具有可靠的操作，同時安裝與維護簡單。新的設(shè)計是根據(jù)缺相時繞組中性點電壓位移的特征，來對控制裝置給以有效保護，缺相保護控制電路見圖1。

圖1 缺相保護控制電路

N′，N中性線內(nèi)存在整流控制模式，使其存在三相四線控制的一種控制結(jié)構(gòu)，如果系統(tǒng)正常運行，N′，N側(cè)具備的電壓是0，整流模塊沒有電壓輸出。如果三相異步電機電源缺相、觸頭接觸不良、繞組一相或兩相斷開，N′位置的電壓出現(xiàn)大幅度增加，繼電器出現(xiàn)閉合狀態(tài)，KV控制電路斷開，同時電機停止運轉(zhuǎn)。

在整流控制模塊內(nèi)部存在電阻R，調(diào)節(jié)繼電器KV在動作之后的電壓，因為定子三相繞組以及三相電源是無法實現(xiàn)堆成的，在整流裝置 N′N中，因為電壓是比較小，對R進行調(diào)節(jié)，則能夠讓繼電器KV只是在有缺相出現(xiàn)后才能夠工作，以此來保證系統(tǒng)工作的正常。若是電機具備較低的電壓，或是具備過大的負載，則會造成定子出現(xiàn)過大的電流，熱繼電器KH開始運行，并且打開控制電路KH，此時接觸器KM則失電，主觸頭KM斷開，進而使電機運行停止。在運行過程中，電機若是出現(xiàn)突然斷相，繼電器KV則會將電機電源迅速切斷，這就使得由于熱繼電器KH動作較為緩慢而造成的易燒毀問題得到解決。所以繼電器KV，具備雙重保護電機的功能，就多種電機連接模式，還可以選擇不同的控制線路接線方式。如果固定好了電機連接模式，在接線盒處僅能夠進行3個出線端口的引出，可以通過3個等容的電容連接成為Y形，固定到接線盒內(nèi)部得到一個電容的中性點N′，如圖2所示。

圖2 接線盒出線端連接

利用整流裝置來進行三相四線控制電路的構(gòu)建，若是出現(xiàn)繞組斷開或是電源斷開情況，電容中性點就會發(fā)生偏移，N′N內(nèi)部產(chǎn)生電壓，繼電器KV就會動作，電機停止運行，進而達到保護電機的目標(biāo)。

4 結(jié)束語

現(xiàn)在很多的鉆井平臺運行的三相電機缺少斷相保護設(shè)備，如果斷相時間長的話容易造成電機毀壞，影響正常的生產(chǎn)活動，有必要對于異步電機加裝保護裝置。

［1］張景杰.礦用三相異步電動機故障仿真分析［J］.電氣工程學(xué)報，2017（7）：40-46.

［2］張霞明.基于電流檢測的三相異步電動機熱保護裝置的應(yīng)用研究［J］.水電站機電技術(shù)，2016（5）：11-12，76.

［3］ 喬之勇，何彥杉.永磁同步電動機變頻調(diào)速的分析［J］.電焊機，2015（8）：134-138.

［4］ 姚宇.基于模糊控制的三相異步電動機軟啟動研究［J/OL］.電子技術(shù)與軟件工程，2014（21）：167-168.