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調(diào)蓄工程第八級泵站，設(shè)單級雙吸臥式離心泵3臺，2工1備，配套電動機為三相異步電動機，額定電壓10kV，額定功率4000kW，額定轉(zhuǎn)速497r/min，采用高壓固態(tài)軟啟動器啟動，工頻運行。

雁棲泵站電力負(fù)荷等級設(shè)計為二級，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，長度約6．65km。

10kVⅠ段可分別為1#電動機和2#電動機供電，10kVⅡ段可分別為2#電動機和3#電動機供電。

10kV電機饋線柜-軟啟柜-電機采用ZRC-YJY22-8．7/15kV-3＊240電纜，長度約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800kVA的站用變提供，兩臺變壓器分別引自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)測繼電器配合完成，當(dāng)電壓監(jiān)測繼電器監(jiān)測到該段母線的電壓超過設(shè)定的過/欠壓閾值，且時長超過繼電器延時設(shè)定值后，繼電器動作?？删幊炭刂破鞑杉嚼^電器動作信號后，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 主電動機啟動時低壓斷路器跳閘故障

泵站機組試運行時，啟動10kVⅠ段1#電動機導(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，該段0．4kV設(shè)備改由Ⅱ段供電。當(dāng)更換Ⅱ段3#電動機再次試機時，發(fā)現(xiàn)Ⅰ段401斷路器也出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象。主電動機啟動時，目視觀測照明設(shè)備先暗后亮，錄像觀測高壓側(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 低壓跳閘對運行的影響

目前情況下，無論開啟10kVⅠ段機組，還是10kVⅡ段的機組，均會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（液壓站、稀油站、技術(shù)供水）斷電后均突然停運，需重新手動啟動，以確保上位機能夠及時接收到相關(guān)反饋信號，保證機組能夠正常啟動，給機組安全運行帶來了威脅。同時低壓斷路器跳閘還會引起辦公生活設(shè)備斷電，對生產(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+延時繼電器（YU+D）：當(dāng)脫扣器電源電壓等于35-70%Un時，斷路器延時3s分閘。

圖1 低壓斷路器保護(hù)定值

2.2 電壓監(jiān)測繼電器及可編程控制器

電壓監(jiān)測繼電器：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3s。

圖2 低壓斷路器延時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 電動機軟啟動器及補償電容

表1 高壓軟啟裝置主要參數(shù)

表2 高壓無功補償裝置主要參數(shù)

3 故障原因排查分析

為查清故障原因，特邀請斷路器廠家技術(shù)人員對斷路器進(jìn)行檢測，經(jīng)查斷路器本體無故障。后經(jīng)試驗，確認(rèn)401/402斷路器跳閘的原因是欠壓導(dǎo)致電壓監(jiān)測繼電器欠壓動作并報警，可編程控制器檢測到動作信號后遙控斷路器分閘[2]。因此，可以斷定是因為主電動機啟動負(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。

為了驗證該分析，在10kVⅡ段電壓互感器測量回路并聯(lián)接入波形記錄儀，在啟動3#機組時，對該段母線電壓波形進(jìn)行了監(jiān)測記錄，波形如下圖所示。

圖4 3#機組啟動A相電壓變化

圖5 3#機組啟動B相電壓變化

圖6 3#機組啟動C相電壓變化

由電壓監(jiān)測圖可知，機組啟動時電壓暫降持續(xù)時間約10s，最大壓降約為23%。一般來說，不頻繁啟動的電機，端子電壓不宜低于系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的85%，現(xiàn)有情況下，啟動時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)與上級變電站了解，隨著經(jīng)濟發(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)對措施

通過減小電動機啟動限流倍數(shù)等參數(shù)可以稍微減小對電網(wǎng)的沖擊，減小電壓降低幅值，考慮到水泵是帶載啟動，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)年多次啟動的驗證。另外，減小電動機啟動限流倍數(shù)必然導(dǎo)致啟動時間變長，長時間在大電流下工作會導(dǎo)致電動機發(fā)熱嚴(yán)重減損壽命[3]。

通過調(diào)整電壓監(jiān)測繼電器欠壓閾值、加長延時時間也可躲過電機啟動時的電壓暫降，但最低電壓僅有正常值的77%且持續(xù)時間較長，若再調(diào)低欠壓閾值，可能造成低壓側(cè)電機堵轉(zhuǎn)，也會影響對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啟動時的電壓降低：

（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，以提高接入點母線短路容量，以減小啟動時壓降。

（2）將電動機啟動方式改為變頻啟動。將電動機啟動方式由軟啟啟動改為變頻啟動，平滑啟動，減小對電網(wǎng)的沖擊，減小啟動時壓降[4]。

（3）啟動時同步投入電容補償裝置。目前電容補償裝置是在軟啟裝置切至旁路運行時才投入運行用于改善功率因數(shù)。如果將電容補償裝置的投入時機調(diào)整為機組啟動同步投入，則可以在啟動過程補償感性電流，可以有效改善啟動電壓，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現(xiàn)；改變電容補償裝置投入時機的思路操作起來難度最低，更容易實現(xiàn)，但是改善幅度有限；而將電動機啟動方式改為變頻從根本上講無疑是更有效的方式。

5 結(jié)語

本文對雁棲泵站主電動機啟動過程導(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機啟動過程改善提供了參考思路。