屈振華

（金誠信礦山工程設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100700）

1 電機(jī)起動(dòng)簡述

電機(jī)啟動(dòng)需要考慮的問題較多，首先要確認(rèn)電機(jī)啟動(dòng)的方式，一般分為全壓啟動(dòng)（直接啟動(dòng)）、降壓啟動(dòng)和變頻啟動(dòng)三種，其中降壓啟動(dòng)又分為星形-三角形降壓啟動(dòng)，電阻降壓啟動(dòng)，電抗器降壓啟動(dòng)，自耦變壓器降壓啟動(dòng)，晶閘管降壓軟起動(dòng)等方式。其次，電機(jī)啟動(dòng)需與電機(jī)保護(hù)相配合，要保證電機(jī)正常啟動(dòng)時(shí)保護(hù)不動(dòng)作，啟動(dòng)超時(shí)或啟動(dòng)過程中發(fā)生故障時(shí)保護(hù)動(dòng)作。

籠型電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程中電流是隨著轉(zhuǎn)速變化的，接通后暫態(tài)過程與短路類似，首先出現(xiàn)一個(gè)沖擊電流，峰值發(fā)生在第一半波，在第二、三周波內(nèi)急劇衰減。在隨后的絕大部分啟動(dòng)時(shí)間內(nèi)，電流相對穩(wěn)定，但隨著轉(zhuǎn)速的升高而略有下降。在接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)，電流迅速下降，啟動(dòng)結(jié)束時(shí)，降至電動(dòng)機(jī)額定電流或更低?；\型電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程中轉(zhuǎn)速和電流曲線見圖1。

圖1 電機(jī)啟動(dòng)特性曲線

電機(jī)啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電流較大，用的最多的籠型電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流一般為額定電流的4倍～8.4倍，而啟動(dòng)過程中包括周期分量和非周期分量的全電流最大瞬時(shí)值，一般是啟動(dòng)電流的2倍，個(gè)別可達(dá)到2.3倍，電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間一般在1s～15s之間，由于啟動(dòng)電流很大，容易造成瞬時(shí)過電流繼電器或脫扣器動(dòng)作，導(dǎo)致啟動(dòng)失敗，甚至?xí)闺娏骰ジ衅鬟^飽和，影響保護(hù)動(dòng)作性能，意外跳閘。

電機(jī)啟動(dòng)還應(yīng)對變壓器過負(fù)荷進(jìn)行校驗(yàn)。若每晝夜啟動(dòng)6次，每次啟動(dòng)持續(xù)時(shí)間不超過15s，變壓器的負(fù)荷率小于90%時(shí)（或每次啟動(dòng)持續(xù)時(shí)間不超過30s，變壓器的負(fù)荷率小于70%時(shí)），最大啟動(dòng)電流允許值為變壓器額定電流的4倍。若若每晝夜啟動(dòng)10次～12次（每次啟動(dòng)時(shí)間和變壓器的負(fù)荷率同前），則允許最大啟動(dòng)電流減小為變壓器額定電流的2倍～3倍。當(dāng)不符合上述條件時(shí)，應(yīng)加大變壓器的容量，而不應(yīng)進(jìn)一步降低啟動(dòng)電壓的方法。降低啟動(dòng)電壓會(huì)延長電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間，使變壓器過熱。

大型電機(jī)啟動(dòng)還應(yīng)考慮電動(dòng)機(jī)及其啟動(dòng)設(shè)備的動(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定，啟動(dòng)時(shí)的動(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定電流應(yīng)符合制造廠的標(biāo)準(zhǔn)。例如，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)條件（全壓啟動(dòng)和降壓啟動(dòng)）和連續(xù)啟動(dòng)次數(shù)（一般規(guī)定電機(jī)冷態(tài)連續(xù)啟動(dòng)次數(shù)為3次，熱態(tài)連續(xù)啟動(dòng)次數(shù)為2次）以及啟動(dòng)設(shè)備的熱穩(wěn)定等。

2 事件描述與分析

某鉛鋅礦項(xiàng)目空壓機(jī)額定功率Pr=90kW,額定電壓Ur=380V,上游變壓器為10/0.4kV，2000kVA，經(jīng)計(jì)算采用直接啟動(dòng)方式，保護(hù)采用智能型馬達(dá)保護(hù)器，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)無法啟動(dòng)，屢次跳閘。

現(xiàn)場調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)空壓機(jī)單機(jī)不帶負(fù)載調(diào)試時(shí)能起動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)保護(hù)器面板顯示接地故障電流Ig≈40A。電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)完成后，面板顯示故障電流Ig=0A。但當(dāng)帶負(fù)載調(diào)試時(shí)，無法起動(dòng)空壓機(jī)，此時(shí)面板顯示故障電流Ig≈400A。

空壓機(jī)的短路故障保護(hù)采用斷路器瞬時(shí)脫扣保護(hù)，過載及接地故障保護(hù)采用電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)器?？諌簷C(jī)額定電流及保護(hù)設(shè)置如下表。

表1 空壓機(jī)額定電流及保護(hù)設(shè)置的定值

首先分析電氣設(shè)備選型是否有問題，經(jīng)核查，斷路器為常熟CM5系塑殼開關(guān)額定電流為200A＞162A,馬達(dá)保護(hù)器為深圳中電PMC-550M系列，配電流互感器MTA-300A，接觸器為常熟產(chǎn)品CK3系列適用電機(jī)90kW，電氣設(shè)備選型沒有問題。

根據(jù)馬達(dá)保護(hù)器廠家資料，接地故障電流是通過計(jì)算得出，接地故障電流：Ig=Ia+Ib+Ic。

根據(jù)上述資料得知，設(shè)定的接地故障電流整定值為0.3Iset1=51A，當(dāng)不帶負(fù)載時(shí)接地故障電流Ig≈40A小于整定值，故接地故障不動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)能起動(dòng)。但是帶負(fù)載起動(dòng)時(shí)，接地故障電流Ig≈400A大于整定值，觸發(fā)保護(hù)動(dòng)作，無法起動(dòng)。所以綜保設(shè)定保護(hù)正常。

理想情況下，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)三相平衡，接地故障電流應(yīng)該為0。根據(jù)空壓機(jī)不帶負(fù)載起動(dòng)情況分析，空壓機(jī)起動(dòng)后接地故障電流Ig為零。所以空壓機(jī)本身無問題，無接地故障。

變壓器一、二次側(cè)開關(guān)未跳閘，且變壓器容量足夠大，現(xiàn)場測得負(fù)荷率僅為50%，變壓器并無過載問題。

查資料得知，此電機(jī)堵轉(zhuǎn)電流倍數(shù)為5.8，啟動(dòng)電流為5.8×162=939.6A，考慮非周期分量瞬時(shí)值為2.3×939.6=2161A，而斷路器的瞬時(shí)整定值為12×200=2400A＞2161A,斷路器整定并無問題。

通過進(jìn)一步分析，起動(dòng)過程中接地故障電流Ig一直保持著較大值，特別是在帶負(fù)載起動(dòng)的情況下，接地故障電流急劇增大導(dǎo)致接地故障保護(hù)動(dòng)作。從上面的分析知空壓機(jī)及線路本身無問題。故初步判斷，由于起動(dòng)電流較大，通過電流互感器的一次側(cè)電流過大，引起CT飽和，導(dǎo)致波形畸變，其二次電流波形處在變壞的狀況下，三相的和電流即不平衡電流也就不再為零，所以面板顯示的Ig電流較大，致使接地故障保護(hù)誤動(dòng)作。當(dāng)起動(dòng)結(jié)束后，通過電流互感器的一次側(cè)電流降低到額定電流值，故檢測顯示接地故障電流恢復(fù)正常。

綜上，問題出自于起動(dòng)過程中因電流互感器過飽和、無法準(zhǔn)確測量起動(dòng)電流而導(dǎo)致誤動(dòng)作。將綜保接地保護(hù)動(dòng)作延時(shí)時(shí)間設(shè)定為7s，即躲過起動(dòng)電流。重新設(shè)定綜保整定值后，再次對空壓機(jī)帶負(fù)載起動(dòng)測試，空壓機(jī)啟動(dòng)正常，沒有再發(fā)生保護(hù)誤動(dòng)的現(xiàn)象，問題得以解決。

3 結(jié)論

電機(jī)啟動(dòng)失敗原因很多，有些是啟動(dòng)設(shè)備選型的原因，有些是保護(hù)整定的原因，檢查原因應(yīng)首先從設(shè)備選型開始，檢查接觸器、斷路器等是否選的額定值過小，若設(shè)備選型沒問題，則要核對電機(jī)每種保護(hù)的整定值是否能夠躲過電機(jī)的正常啟動(dòng)或整定是否錯(cuò)誤，于此同時(shí)，設(shè)計(jì)人員還要和供應(yīng)商索要電機(jī)主要參數(shù)，比如全壓和降壓時(shí)啟動(dòng)電流倍數(shù)，額定電流，滿載和空載功率因數(shù)，啟動(dòng)時(shí)間，堵轉(zhuǎn)允許時(shí)間等等，電機(jī)保護(hù)的整定需要這些參數(shù)，如不能提供則要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取類似電機(jī)的參數(shù)，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)試修改完善保護(hù)整定值，本次電機(jī)啟動(dòng)失敗原因比較少見，對今后分析類似情況有參考意義。

選擇電動(dòng)機(jī)回路電流互感器時(shí)，對于低壓電機(jī)我們一般按電機(jī)額定電流來選擇，即互感器一次側(cè)額定電流為電機(jī)額定電流的3/2倍，除此之外，還應(yīng)核算電流互感器的容量，對于啟動(dòng)電流大，啟動(dòng)時(shí)間長的電動(dòng)機(jī)保護(hù)回路應(yīng)該選用準(zhǔn)確等級較高的電流互感器。比如上述空壓機(jī)如選擇保護(hù)用電流互感器，變比300/1，準(zhǔn)確等級為5P20，即可解決起動(dòng)過程中的接地故障保護(hù)誤動(dòng)作問題。