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一起高压电机速断动作问题浅析
徐艳
中石化济南分公司
摘要：
结合中石化济南分公司常减压装置一台高压电动机电流速断保护频动事故，对事故发生的原因从电气和机械特性方面进行分析，通过高压电机速断保护定值的计算及灵敏度的校验，并结合电机的实际运行情况进行了故障处理，最终判定跳闸主要是由电动机启动瞬间的电流过大引起的，通过调整定值，启动电动机出现电流速度保护动作跳闸的问题得到解决。
关键词：继电保护；非周期分量；启动电流；电流速断保护
0引言
年4月，我厂常减压装置开工前准备水联运试运行时，启动七开关站一高压电动机P2/1时，连续出现速断保护跳闸，后将电机退出备用状态，查找跳闸原因。
1故障分析
1.1情况简介
常减压P2/1为初馏塔底泵，其额定电流为56A，CT变比/5，电流互感器为两相不完全星型接线。故障发生后翻查故障定值设置26.9A）（一次电流值为A），大约为电机额定电流的10倍，翻看报警记录其B、C相故障电流0.44KA（约为额定电流的7.8倍），A相故障电流0.23KA，动作电流并未达到速断定值。
图1-1电机启动速断保护动作波形图
从故障录波器显示的波形图可以看出，第一个周波较之后面周波存在明显增大，从第二个周波开始为正常的电机启动电流，从数值上看正常电机启动电流是可以躲过去的，是第一周波的尖峰电流引起了速断保护动作，电机跳闸。
1.2故障排查
1.2.1电气设备的检查
随即我们对一、二次设备进行了详细地检查和试验，检查了动力电缆、电机相间及对地绝缘,测量了电机定子直流电阻，均未发现任何异常，由于跳闸事件发生时刚好是我厂大检修尾声装置开工时，刚做过保护定值的校验和高压开关柜的静态试验，均为正常。并且故障录波器中电压波形比较平稳，而由图1-3某次实际短路故障发生时的电压电流波形图可以看出，如存在短路故障时，电压值会随着短路电流的急剧增大而相应地降低，由此排除了实际故障的存在。
图1-2发生短路故障时电压电流波形图
1.2.2微机保护单元及保护定值的检查
在电力系统运行中常受到各种扰动，影响最大的故障就是短路故障了。短路是指电力系统正常运行之外的相与相之间或相与地之间发生的短接，其根本原因是由于电气设备载流部分相间或相对地之间的绝缘损坏。短路的危害非常大，短路电流产生的电动力、热效应对系统的破坏是非常大的，同时短路时系统电压大幅降低，对用户影响很大，如异步电动机转速下降甚至停转。
因此，我们要采取适当的措施来降低发生短路故障的概率及减小短路电流的影响范围，其中一项重要措施就是合理配置继电保护并整定其参数，当发生短路故障时，能迅速地将短路部分与系统隔离。
因为电流速断保护是无时限跳闸的，所以保护装置的动作电流应躲过电动机在全压启动时的启动电流，保护装置的动作电流为：
1.3保护动作原因分析
1.3.1启动电流过大
从电机启动特性图可以看出，电机启动电流很大，且启动瞬间有一个非周期分量的存在，由于非周期分量的影响，电机启动的第一个半周峰值Is远远大于启动电流的周期性分量Ist.max，即我们常说的电动机的启动电流指的就是电动机启动时的周期分量，大约为额定电流的4~7倍。前面介绍的高压电动机速断保护整定计算，并未考虑启动电流中非周期分量的影响，根据图1-1分析启动电流的第一个半周峰值，已接近其周期分量的1.6倍，甚至当异步电机接通电源时，如果电源初相角与回路参数构成的相位角之差的正弦值的绝对值最大时，那么非周期分量将最强，启动瞬间最大电流最大可达到周期分量的两倍。也就是说如果启动电流为额定电流的7倍，那么极限条件下启动时第一个半周的峰值能达到额定电流的14倍，而我们设定的定值为额定电流的10倍，在第一个半周的峰值冲击电流下是有可能使得速断保护误动作的。
这就可以解释为什么综保故障报警动作电流并未达到定值，而保护却动作。这是因为启动瞬间冲击电流Is已经达到了动作定值，而综保采样需要大约需要20ms的反应时间，采样时电流已经迅速衰减，所以采样值并未达到定值。
图1-1异步电动机启动特性图
为什么电机启动电流会那么大呢？那是因为当感应电动机处在停止状态时，从电磁的角度看，就象变压器，接到电源去的定子绕组相当于变压器的一次线圈，闭路的转子绕组相当于变压器被短路的二次线圈；定子绕组和转子绕组间无电的的联系，只有磁的联系，磁通经定子、气隙、转子铁芯成闭路。当合闸瞬间，转子因惯性还未转起来，旋转磁场以最大的切割速度——同步转速切割转子绕组，使转子绕组感应起可能达到的最高的电势，因而，在转子导体中流过很大的电流，这个电流产生抵消定子磁场的磁能，就象变压器二次磁通要抵消一次磁通的作用一样。定子方面为了维护与该时电源电压相适应的原有磁通，遂自动增加电流。因为此时转子的电流很大，故定子电流也增得很大，甚至高达额定电流的4~7倍，这就是启动电流大的缘由。启动后电流为什么变小？电动机转速增高，定子磁场切割转子导体的速度减小，转子导体中感应电势减小，转子导体中的电流也减小，于是定子电流中用来抵消转子电流所产生的磁通的影响的那部分电流也减小，所以定子电流就从大到小，直到正常。
1.3.2堵转电流的存在
由于常减压P2/1电机此次大检修过程中并未进行过更换或检修处理，平时设定的速断定值足够躲过电机的启动电流，并无任何问题。唯一与平时不同的时，当时恰逢装置开工水联运之时平时用来打油的机泵用来打水，由于水的比重比油重，所以使电机负载加重。但负载加重并不会影响启动电流的大小，因为定子在通电瞬间，转子无论带载还是空载都是停止的，所以旋转磁场切割速度是相同的，因此启动电流是一样大的。只是启动时间根据负荷性质的不同有所区别而已。因此当负载加重时，只是延长了启动时间而已，并未改变启动电流。
由于负载过重盘不动车时，会有堵转电流的存在。堵转电流和启动电流在理论数值上是相等的，但电机启动电流和堵转电流的持续时间不同，启动电流最大值出现在电机接通电源后的0.s以内，随着时间的推移按指数规律衰减，衰减速度与电机的时间常数有关；而电机的堵转电流并不随时间的推移衰减，而是保持不变的。
所以，此次速断保护动作，也有可能使堵转电流过大达到了速断定值，高压电机出现堵转时，速断不一定动作，但也是接近动作值的，但过流是肯定要跳的。
2故障处理
排除掉线路故障及电气故障后，我们找到了电机跳闸的原因为启动电流过大进而达到了速断的动作值。因此，我们将速断定值扩大到了额定电流的12倍，通过校验灵敏度为9.33≥2，符合灵敏度的要求，电机顺利启动。
由于此电机微机保护采用的是SIEMENS7SJ62，无堵转保护功能，堵转保护功能只能通过速断和反时限过流跳闸来实现。
3问题与建议
为保证异步电机能够正常启动，不至于影响生产，应当使速断保护的定值能够躲过由于非周期分量影响而产生的冲击电流，故应将速断保护定值适当扩大，可靠系数由1.3提高到1.4至1.8，计算出短路电流定值后，按公式校验灵敏度合格即可。
但也不能一味地增大定值，也要考虑实际存在堵转问题时，保护的可靠动作。为了保证电机出现堵转时的保护正常动作，在新增加设备时综保应具备堵转保护功能，以有效地保护电机真正出现堵转时的情况。
4结束语
本文通过此次大检修开工时常减压一高压电机P2/1速断跳闸的现象，通过故障排查和定值核算，结合自己所学知识及查询相关资料进行分析，并结合此次保护动作，提出了建议，怎么做才能既保护电气设备，跳开真正的故障，又能避免误动，不影响企业的连续性生产。
作者简介：
徐艳，女，年出生，本科，中级工程师，目前在中石化济南分公司电气作业部担任技术管理工作。
参考文献：
[1]中国航空规划设计研究总院组编.工业与民用供配电设计手册.第四版.北京：中国电力出版社，.12
[2]刘介才.工厂供电.北京：机械工业出版社,
[3]林瑞光.电机与拖动基础.杭州：浙江大学出版社,.8
[4]吕英.继电保护技术与应用.北京：中国石化出版社,.9
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