朱煥杰

湛江港(集團(tuán))股份有限公司

1 引言

高壓供電系統(tǒng)中,F-C(Fuse-Contactor,高壓限流熔斷器-真空接觸器)組合回路應(yīng)用廣泛。真空接觸器能承受頻繁的分、合閘操作循環(huán),具有優(yōu)越的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能,特別適合用于電動(dòng)機(jī)、變壓器等電氣設(shè)備的控制和保護(hù)。熔斷器作為短路保護(hù),當(dāng)設(shè)備故障時(shí),靠熔斷器熔斷來切斷回路大電流。但是,當(dāng)熔斷器選型不合適或使用不當(dāng)時(shí),會(huì)失去應(yīng)有的保護(hù)功能。

2 事故經(jīng)過及原因分析

2.1 事故經(jīng)過

某港口碼頭裝、卸船流程皮帶線高壓電機(jī)電源開關(guān)采用F-C方式,供電單線示意圖見圖1。某日通過中控啟動(dòng)流程,2#皮帶機(jī)未能正常啟動(dòng),對設(shè)備進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)高壓皮帶機(jī)出線柜接觸器室觀察窗玻璃已碎裂,保護(hù)裝置無故障動(dòng)作指示,上級斷路器F01開關(guān)跳閘,斷路器柜保護(hù)裝置顯示一段過流動(dòng)作,動(dòng)作電流約2 800 A。

圖1 供電單線示意圖

對皮帶機(jī)高壓電機(jī)、高壓出線電纜進(jìn)行檢測,未發(fā)現(xiàn)異常。檢查皮帶機(jī)出線柜高壓接觸器小車時(shí),發(fā)現(xiàn)C相高壓限流熔斷器炸開,撞針未彈出,且三相熔斷器管體表面均有高溫烤灼現(xiàn)象,接觸器小車上觸頭均有燒熔痕跡。通過對上級斷路器F01開關(guān)保護(hù)裝置錄播文件進(jìn)行分析,故障過程為C相電流先增大,然后BC相發(fā)生相間短路。

2.2 事故原因分析

2.2.1 復(fù)核熔斷器選型

該皮帶機(jī)高壓出線柜接觸器小車熔斷器型號為:SFMAJ-12 kV 100 A;現(xiàn)場電機(jī)型號為:YKK 500-4 WF2,10 kV,560 kW,39.9 A,啟動(dòng)時(shí)間平均為4 s;接觸器型號:ABB VSC/P12 400 A,短路開斷能力4 000 A。

熔斷器的額定電流應(yīng)避開電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流,因無熔斷器電流選擇曲線,直接啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)其熔斷器額定電流按下式計(jì)算,再根據(jù)熔斷器安裝和使用環(huán)境進(jìn)行降容后的修正[1]:

Iy=NI滿K

(1)

式中,N為電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流與電動(dòng)機(jī)滿載電流之比,此處取6;I滿為電動(dòng)機(jī)滿載電流;K與電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)頻率有關(guān)的系數(shù),按表1中數(shù)據(jù)選取,此處取1.7。

熔斷器管內(nèi)充滿石英砂,電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí),熔件上產(chǎn)生的熱量散發(fā)很慢,若短時(shí)間內(nèi)多次啟動(dòng),熱量會(huì)積聚,使得熔件可能在下一次啟動(dòng)中軟化或熔斷。除最初兩次連續(xù)啟動(dòng),高壓電動(dòng)機(jī)每小時(shí)啟動(dòng)次數(shù)要求有均勻的間隔[2]。根據(jù)《電氣裝置安裝工程旋轉(zhuǎn)電機(jī)施工及驗(yàn)收規(guī)范》規(guī)定:交流電動(dòng)機(jī)帶負(fù)荷啟動(dòng)次數(shù)應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件要求;當(dāng)無要求時(shí),則應(yīng)符合下列規(guī)定:冷態(tài)可啟動(dòng)2次,每次間隔時(shí)間不得小于5 min,熱態(tài)可啟動(dòng)1次。當(dāng)處理事故或啟動(dòng)時(shí)間不超過2～3 s時(shí),可再啟動(dòng)1次。

設(shè)備采用鎧裝式封閉柜,考慮散熱因素,熔斷器額定電流應(yīng)降容修正[3]。計(jì)算得Iy=407 A,將此值與啟動(dòng)時(shí)間4 s代入熔斷器時(shí)間-電流特性曲線(見圖2),最靠近交點(diǎn)右側(cè)的曲線額定電流值為100 A?？紤]環(huán)境溫度(降容2%)和安裝因素(降容10%),修正后的熔斷器額定電流值為113 A,現(xiàn)用熔斷器額定電流值偏小,應(yīng)改為125 A。依據(jù)圖2,額定電流125 A的熔斷器4 s時(shí)的過載電流為441 A,大于電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流239 A,滿足使用要求。

圖2 熔斷器時(shí)間-電流特性曲線

2.2.2 復(fù)核保護(hù)裝置定值

該皮帶機(jī)出線柜電流互感器變比為75∶5,電機(jī)額定電流Ie為39.9 A,電機(jī)啟動(dòng)中的速斷電流值為10Ie,啟動(dòng)后的速斷電流值為7Ie,速斷延時(shí)0.1 s;過流電流值為2Ie,延時(shí)25 s;FC閉鎖電流定為15Ie。

根據(jù)熔斷器時(shí)間-電流特性曲線,125 A熔斷器在電流達(dá)到1 040 A時(shí),熔斷時(shí)間為0.1 s,接觸器極限開斷電流(4 000 A)下熔斷是毫秒級,可以認(rèn)為是瞬時(shí)速斷,可保證高壓接觸器不會(huì)開斷于其極限電流之上。熔斷器資料說明125 A熔斷器最小開斷能力為875 A,故電動(dòng)機(jī)閉鎖電流保護(hù)定值偏小,同時(shí)考慮CT飽和影響,取值改為20Ie。電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間平均為4 s,過流保護(hù)延時(shí)25 s,延時(shí)過長。

2.2.3 查詢皮帶機(jī)運(yùn)行狀況

該皮帶機(jī)用于運(yùn)送鐵礦石,且運(yùn)行為爬坡段。經(jīng)查詢變電所電力監(jiān)控系統(tǒng)后臺(tái)記錄發(fā)現(xiàn),流程平時(shí)運(yùn)行過程中存在急停情況,皮帶上會(huì)積聚大量鐵礦石,此時(shí)皮帶機(jī)重載啟動(dòng),過流保護(hù)會(huì)動(dòng)作,接觸器合閘后又跳閘;中控人員會(huì)在短時(shí)間內(nèi)(最短時(shí)間隔1 min)再次合閘接觸器,造成高壓接觸器連續(xù)多次分合閘。

同時(shí),監(jiān)控記錄顯示該高壓出線柜曾經(jīng)報(bào)熔斷器熔斷,原因?yàn)殡娎|或電機(jī)短路故障造成A相、B相高壓限流熔斷器熔斷,解決方案只是更換故障熔斷器,并未三相一起更換。

根據(jù)以上分析,認(rèn)定故障原因?yàn)?該皮帶機(jī)出線柜以往運(yùn)行過程中發(fā)生過出線電纜、電機(jī)短路故障,當(dāng)時(shí)只是將故障的A、B相熔斷器更換,C相熔斷器未更換;且由于生產(chǎn)操作原因,皮帶流程急停后,重載啟動(dòng)時(shí)過流保護(hù)動(dòng)作跳閘,多次連續(xù)短時(shí)間內(nèi)熱態(tài)啟動(dòng),造成熔斷器內(nèi)部存在隱傷。本次皮帶機(jī)啟動(dòng)時(shí),熔斷器未能熔斷,造成管體炸開,后引起B(yǎng)、C相相間短路。

3 解決方案

(1)規(guī)范生產(chǎn)操作流程。要求生產(chǎn)操作人員在流程(重載)發(fā)生急停5 min后方可再次啟動(dòng)皮帶機(jī);如果皮帶機(jī)過流保護(hù)動(dòng)作,無法啟動(dòng),應(yīng)對皮帶上貨物進(jìn)行減載后方可再次啟動(dòng),兩次啟動(dòng)時(shí)間間隔不少于10 min。

(2)更換熔斷器及調(diào)整保護(hù)定值。高壓電流熔斷器額定值偏小,改為額定電流值為125 A的熔斷器;皮帶機(jī)過流保護(hù)定值延時(shí)時(shí)間過長,改為10 s,電動(dòng)機(jī)閉鎖電流定值調(diào)整為20Ie。

(3)熔斷器損傷后不能自行恢復(fù),按照IEC60282-1的規(guī)定,即使3相系統(tǒng)中只有1相或2相的熔斷器動(dòng)作,則3只熔斷器都必須更換,除非經(jīng)證明該熔斷器沒有承受過任何過電流。

4 結(jié)語

F-C回路中熔斷器作為負(fù)載保護(hù)的重要手段,其合理選擇和使用對設(shè)備安全運(yùn)行、減少系統(tǒng)故障具有重要作用。通過分析電機(jī)啟動(dòng)條件,方能合理對熔斷器進(jìn)行選型,確保生產(chǎn)安全。