葛暉

北京市南水北調(diào)南干渠管理處 北京 100195

雁棲泵站是密云水庫(kù)調(diào)蓄工程第八級(jí)泵站，設(shè)單級(jí)雙吸臥式離心泵3臺(tái)，2工1備，配套電動(dòng)機(jī)為三相異步電動(dòng)機(jī)，額定電壓10kV，額定功率4000kW，額定轉(zhuǎn)速497r/min，采用高壓固態(tài)軟啟動(dòng)器啟動(dòng)，工頻運(yùn)行。

雁棲泵站電力負(fù)荷等級(jí)設(shè)計(jì)為二級(jí)，10kV雙回路供電，采用單母線分段接線方式，帶聯(lián)絡(luò)。電源采用ZRC-YJY22-8．7/15kV-3＊300電纜，自上級(jí)變電站不同主變的10kV母線經(jīng)開閉站、分界室引至泵站10kV高壓配電室，長(zhǎng)度約6．65km。

10kVⅠ段可分別為1#電動(dòng)機(jī)和2#電動(dòng)機(jī)供電，10kVⅡ段可分別為2#電動(dòng)機(jī)和3#電動(dòng)機(jī)供電。

10kV電機(jī)饋線柜-軟啟柜-電機(jī)采用ZRC-YJY22-8．7/15kV-3＊240電纜，長(zhǎng)度約0．12km，饋線柜設(shè)低電壓保護(hù)，定值為 70V、0．5s。

泵站0．4kV側(cè)用電由兩臺(tái)800kVA的站用變提供，兩臺(tái)變壓器分別引自10kV側(cè)不同母線段。0．4kV側(cè)采用單母線分段接線方式，帶聯(lián)絡(luò)，母聯(lián)斷路器在自投手復(fù)位。

0．4kV側(cè)自投功能由可編程控制器和電壓監(jiān)測(cè)繼電器配合完成，當(dāng)電壓監(jiān)測(cè)繼電器監(jiān)測(cè)到該段母線的電壓超過設(shè)定的過/欠壓閾值，且時(shí)長(zhǎng)超過繼電器延時(shí)設(shè)定值后，繼電器動(dòng)作?？删幊炭刂破鞑杉嚼^電器動(dòng)作信號(hào)后，發(fā)出指令，斷開該段401或402斷路器，母聯(lián)投入。

1 電壓暫降引起的故障

1.1 主電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)低壓斷路器跳閘故障

泵站機(jī)組試運(yùn)行時(shí)，啟動(dòng)10kVⅠ段1#電動(dòng)機(jī)導(dǎo)致該段母線0．4kV側(cè)401斷路器跳閘，3秒鐘后低壓母聯(lián)445投運(yùn)，該段0．4kV設(shè)備改由Ⅱ段供電。當(dāng)更換Ⅱ段3#電動(dòng)機(jī)再次試機(jī)時(shí)，發(fā)現(xiàn)Ⅰ段401斷路器也出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象。主電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，目視觀測(cè)照明設(shè)備先暗后亮，錄像觀測(cè)高壓側(cè)電壓由10．5kV降至8kV左右后逐漸恢復(fù)，低壓側(cè)電壓由410V降至310V后逐漸恢復(fù)。

1.2 低壓跳閘對(duì)運(yùn)行的影響

目前情況下，無論開啟10kVⅠ段機(jī)組，還是10kVⅡ段的機(jī)組，均會(huì)引起兩段低壓斷路器跳閘現(xiàn)象，母聯(lián)雖可自投，但各輔機(jī)（液壓站、稀油站、技術(shù)供水）斷電后均突然停運(yùn)，需重新手動(dòng)啟動(dòng)，以確保上位機(jī)能夠及時(shí)接收到相關(guān)反饋信號(hào)，保證機(jī)組能夠正常啟動(dòng)，給機(jī)組安全運(yùn)行帶來了威脅。同時(shí)低壓斷路器跳閘還會(huì)引起辦公生活設(shè)備斷電，對(duì)生產(chǎn)生活均造成較大影響[1]。

2 主要元器件參數(shù)

2.1 401/402斷路器

斷路器本體：ABB SACE Emax系列 E2S2000配PR121/P-LSIG脫扣器。

欠壓線圈+延時(shí)繼電器（YU+D）：當(dāng)脫扣器電源電壓等于35-70%Un時(shí)，斷路器延時(shí)3s分閘。

圖1 低壓斷路器保護(hù)定值

2.2 電壓監(jiān)測(cè)繼電器及可編程控制器

電壓監(jiān)測(cè)繼電器：schneider RM4-TR32 其中過電壓閾值設(shè)定為440V,欠電壓閾值設(shè)定為360V，延時(shí)3s。

圖2 低壓斷路器延時(shí)繼電器和電壓繼電器

可編程控制器：MOELLER EASY719

圖3 可編程控制器

2.3 電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器及補(bǔ)償電容

表1 高壓軟啟裝置主要參數(shù)

表2 高壓無功補(bǔ)償裝置主要參數(shù)

3 故障原因排查分析

為查清故障原因，特邀請(qǐng)斷路器廠家技術(shù)人員對(duì)斷路器進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)查斷路器本體無故障。后經(jīng)試驗(yàn)，確認(rèn)401/402斷路器跳閘的原因是欠壓導(dǎo)致電壓監(jiān)測(cè)繼電器欠壓動(dòng)作并報(bào)警，可編程控制器檢測(cè)到動(dòng)作信號(hào)后遙控?cái)嗦菲鞣珠l[2]。因此，可以斷定是因?yàn)橹麟妱?dòng)機(jī)啟動(dòng)負(fù)載過大將10kV母線電壓拉低導(dǎo)致同段母線上的站用變壓器產(chǎn)生低電壓所致。

為了驗(yàn)證該分析，在10kVⅡ段電壓互感器測(cè)量回路并聯(lián)接入波形記錄儀，在啟動(dòng)3#機(jī)組時(shí)，對(duì)該段母線電壓波形進(jìn)行了監(jiān)測(cè)記錄，波形如下圖所示。

圖4 3#機(jī)組啟動(dòng)A相電壓變化

圖5 3#機(jī)組啟動(dòng)B相電壓變化

圖6 3#機(jī)組啟動(dòng)C相電壓變化

由電壓監(jiān)測(cè)圖可知，機(jī)組啟動(dòng)時(shí)電壓暫降持續(xù)時(shí)間約10s，最大壓降約為23%。一般來說，不頻繁啟動(dòng)的電機(jī)，端子電壓不宜低于系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的85%，現(xiàn)有情況下，啟動(dòng)時(shí)的電壓暫降顯然不滿足要求。

而導(dǎo)致電壓降幅過大的原因應(yīng)該是電網(wǎng)系統(tǒng)容量冗余度不足所致。經(jīng)與上級(jí)變電站了解，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展近年周邊受電區(qū)域新增大量用電負(fù)荷，系統(tǒng)容量飽和度逐漸提高，冗余度下降。

4 應(yīng)對(duì)措施

通過減小電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)限流倍數(shù)等參數(shù)可以稍微減小對(duì)電網(wǎng)的沖擊，減小電壓降低幅值，考慮到水泵是帶載啟動(dòng)，現(xiàn)有軟啟設(shè)定的限流倍數(shù)等參數(shù)適當(dāng)，且已經(jīng)過數(shù)年多次啟動(dòng)的驗(yàn)證。另外，減小電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)限流倍數(shù)必然導(dǎo)致啟動(dòng)時(shí)間變長(zhǎng)，長(zhǎng)時(shí)間在大電流下工作會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)發(fā)熱嚴(yán)重減損壽命[3]。

通過調(diào)整電壓監(jiān)測(cè)繼電器欠壓閾值、加長(zhǎng)延時(shí)時(shí)間也可躲過電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電壓暫降，但最低電壓僅有正常值的77%且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，若再調(diào)低欠壓閾值，可能造成低壓側(cè)電機(jī)堵轉(zhuǎn)，也會(huì)影響對(duì)電壓敏感的電氣電子設(shè)備的正常工作。

綜合以上因素，建議采取以下方式抑制電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電壓降低：

（1）提高短路容量。與電力公司協(xié)商增加系統(tǒng)容量或更換更大線徑電纜減小系統(tǒng)阻抗，以提高接入點(diǎn)母線短路容量，以減小啟動(dòng)時(shí)壓降。

（2）將電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式改為變頻啟動(dòng)。將電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式由軟啟啟動(dòng)改為變頻啟動(dòng)，平滑啟動(dòng)，減小對(duì)電網(wǎng)的沖擊，減小啟動(dòng)時(shí)壓降[4]。

（3）啟動(dòng)時(shí)同步投入電容補(bǔ)償裝置。目前電容補(bǔ)償裝置是在軟啟裝置切至旁路運(yùn)行時(shí)才投入運(yùn)行用于改善功率因數(shù)。如果將電容補(bǔ)償裝置的投入時(shí)機(jī)調(diào)整為機(jī)組啟動(dòng)同步投入，則可以在啟動(dòng)過程補(bǔ)償感性電流，可以有效改善啟動(dòng)電壓，減小壓降[5]。

現(xiàn)階段來看，提高系統(tǒng)容量的思路最不易實(shí)現(xiàn)；改變電容補(bǔ)償裝置投入時(shí)機(jī)的思路操作起來難度最低，更容易實(shí)現(xiàn)，但是改善幅度有限；而將電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式改為變頻從根本上講無疑是更有效的方式。

5 結(jié)語

本文對(duì)雁棲泵站主電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程導(dǎo)致低壓斷路器跳閘的現(xiàn)象進(jìn)行了細(xì)致描述，并對(duì)故障原因進(jìn)行了排查分析，結(jié)合分析結(jié)果提出了3種解決方案為大功率高壓電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程改善提供了參考思路。