基于決策表分析的正反轉(zhuǎn)電動機缺相保護功能改進研究

樂曉蓉 盧慶港 毛 華

(1.蘇州工藝美術(shù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 蘇州 215104；2.蘇州熱工研究院有限公司，江蘇 蘇州 215043；3.珠海許繼電氣有限公司，廣東 珠海 519001)

基于決策表分析的正反轉(zhuǎn)電動機缺相保護功能改進研究

樂曉蓉1盧慶港2毛 華3

(1.蘇州工藝美術(shù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 蘇州 215104；2.蘇州熱工研究院有限公司，江蘇 蘇州 215043；3.珠海許繼電氣有限公司，廣東 珠海 519001)

為了保障電動機的可靠運行，需投入缺相保護功能，但在工業(yè)正反轉(zhuǎn)兩用電動機的運行中發(fā)現(xiàn)，電動機反轉(zhuǎn)時缺相保護誤動，影響了工業(yè)生產(chǎn)的連續(xù)性。為查找問題原因，使用決策表對原缺相保護邏輯進行了分析，發(fā)現(xiàn)邏輯中存在不完善之處，利用電動機缺相時另外兩相電流增大的特點改進了原方案，并使用決策表進行了分析驗證。采用新方案改造后的電動機正反轉(zhuǎn)經(jīng)過長時間運行檢驗反饋效果良好，未再出現(xiàn)保護誤動。

電動機；缺相保護；誤動；決策表

0 引言

繼電保護運行的可靠性直接影響供電系統(tǒng)運行的可靠性，為了可靠保障電動機的運行，避免供電電壓不平衡、相序錯誤、斷線、繞組內(nèi)部匝間短路以及兩相短路等故障時出現(xiàn)的負(fù)序電流對電動機造成破壞性影響，通常投入負(fù)序保護功能[1-2]，通過實時檢測計算負(fù)序電流來實現(xiàn)。但對于工業(yè)正反轉(zhuǎn)兩用電動機而言，該保護原理存在缺陷，導(dǎo)致缺相保護功能無法實現(xiàn)。

1 實際問題

工業(yè)生產(chǎn)中，部分生產(chǎn)環(huán)節(jié)需要往返傳遞，提供動力的電動機采用特殊的正反轉(zhuǎn)運行方式，控制方式如圖1所示。

圖1 正反轉(zhuǎn)控制方式

通過控制FC1、FC2 2個接觸器，實現(xiàn)電動機的正反轉(zhuǎn)控制。不同的運轉(zhuǎn)方式下，電動機空載電流存在差異，由于保護裝置的安裝位置固定，反轉(zhuǎn)時保護裝置測量到的均為負(fù)序電流，無法實現(xiàn)缺相保護功能。

為了可靠保障電動機的運行，保證生產(chǎn)的安全進行，經(jīng)過討論，利用內(nèi)部功能模塊來組合實現(xiàn)缺相保護，原理邏輯圖如圖2所示。

圖2 缺相保護邏輯

用內(nèi)部功能模塊實現(xiàn)缺相保護的原理是通過檢測每相的電流，設(shè)定電動機的空載電流為閾值Ith1，如果檢測到三相電流未能同時超過閾值Ith1，經(jīng)過設(shè)定的延時后保護動作出口；如果三相電流均大于該閾值，則缺相保護功能被閉鎖，保護不會動作。由于僅是對每相的電流幅值進行檢測，不需要電流相位信息，該方式在電動機正反轉(zhuǎn)運行時均可使用。

2 數(shù)據(jù)分析

由于時間緊迫，并且此功能之前未有使用先例，初步驗證原理可行后未經(jīng)詳細(xì)測試就投入使用，在運行中，電動機正轉(zhuǎn)時無任何問題，但用戶發(fā)現(xiàn)空載運行的電動機反轉(zhuǎn)時會出現(xiàn)缺相保護跳閘。為了查找問題原因，對圖2進行了反轉(zhuǎn)誤動時的決策表分析(表1)。

表1 反轉(zhuǎn)誤動時的決策表

經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)在條件組合1～3出現(xiàn)了跳閘的情況，這不是期待的結(jié)果，按照缺相功能設(shè)計預(yù)期，此時不應(yīng)該跳閘。

根據(jù)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)記錄，檢查發(fā)現(xiàn)電動機反轉(zhuǎn)時的空載電流在啟動門檻值附近波動。綜上分析，缺相動作是由于設(shè)定的過流啟動閾值Ith1與實際空載電流過于接近，沒有預(yù)留足夠的冗余度，當(dāng)滿足延時條件后保護動作出口。

3 解決方法

為了消除反轉(zhuǎn)時的缺相誤動，保障生產(chǎn)的順利進行，首先嘗試降低過流保護閾值，但由于受保護裝置的程序運行代碼限制，此閾值已經(jīng)設(shè)置為最小值1 A，無法降低，代碼升級則需要至少半年時間方可完成，如果更換較小變比的CT則需要增加較大成本。

三相感應(yīng)電動機一相斷線時，電動機的轉(zhuǎn)速將下降，轉(zhuǎn)差率s增大，以使驅(qū)動轉(zhuǎn)矩增大，由于s增大，導(dǎo)致異步電動機的正序阻抗減小，因此正常的兩相流入電動機的定子電流也急劇增大[3]，為此，嘗試?yán)秒妱訖C缺相時另外兩相電流增大的特點，在原有邏輯中增加閉鎖以避免誤動。

改進后邏輯中的新增閉鎖條件如圖3中虛線框內(nèi)所示，即另外再投入一組過流檢測功能，其啟動閾值Ith2設(shè)定為大于反轉(zhuǎn)空載電流，在本次改進中設(shè)定為空載電流的1.5倍，為了驗證新的邏輯的可靠性，對圖3進行了方案改進后的決策表分析(表2)。

表2中的條件組合7～9中出現(xiàn)了不跳閘的情況，不是功能設(shè)計的預(yù)期結(jié)果，分析表明該邏輯存在空載缺相時拒動情況。通過本次方案的改進，解決了保護誤動問題，避免了誤動對生產(chǎn)的影響。考慮到電動機空載時間短、大多都在重載運行的特性以及空載缺相運行時電動機的承受能力，空載缺相拒動的缺陷可以被接受。采用改進方案進行工程改造后，電動機正反轉(zhuǎn)時均未再出現(xiàn)保護誤動，經(jīng)過長時間運行檢驗反饋效果良好。

圖3 改進后的缺相保護邏輯

表2 方案改進后的決策表

4 結(jié)語

產(chǎn)品的功能設(shè)計需要周密考慮應(yīng)用中存在的特殊情況，并盡量采用通用的方案來實現(xiàn)，對于臨時變更實現(xiàn)的新功能，必須經(jīng)過嚴(yán)密的軟件測試后方可推廣應(yīng)用。在所有的測試方法中，決策表是分析和表達(dá)多邏輯條件下執(zhí)行不同操作情況的工具，決策表具有邏輯嚴(yán)密性，基于決策表的測試方法是最嚴(yán)格的[4]，通過本次處理過程可以發(fā)現(xiàn)，如果在應(yīng)用之前進行了決策表分析，可以有效發(fā)現(xiàn)此類問題。

[1]王維儉.電氣主設(shè)備繼電保護原理與應(yīng)用[M].第2版.中國電力出版社，2002

[2]賀家李，宋從矩.電力系統(tǒng)繼電保護原理(增訂版)[M].中國電力出版社，2004

[3]陳世元.電機學(xué)[M].中國電力出版社，2008

[4]Ron Patton.軟件測試[M].第2版.機械工業(yè)出版社，2006

2014-06-03

樂曉蓉(1981—)，女，江蘇蘇州人，工程師，從事計算機教學(xué)與研究工作。