電機(jī)水阻啟動(dòng)裝置故障處理

李 琳

（山鋼股份濟(jì)南分公司氣體廠 濟(jì)南）

一、故障現(xiàn)象

濟(jì)南鋼鐵集團(tuán)氣體廠氧壓機(jī)房1#6000氧壓機(jī)和2#20 000氮壓機(jī)均為繞線式異步電機(jī)（表1），采用一拖二水阻啟動(dòng)方式，即1臺(tái)GZYQ-4000/6-YT型水阻啟動(dòng)裝置（湖北追日電氣設(shè)備廠生產(chǎn)）分時(shí)啟動(dòng)6000氧壓機(jī)和20 000氮壓機(jī)。2013年12月26日，在6000氧壓機(jī)運(yùn)行情況下，啟動(dòng)20 000氮壓機(jī)，啟動(dòng)過程中，水阻控制柜"啟動(dòng)超時(shí)"報(bào)警燈亮，接著水阻星點(diǎn)柜合閘，電機(jī)星點(diǎn)短接，水阻裝置切除瞬間造成電機(jī)所在高壓進(jìn)線速斷跳閘。

二、故障分析

水阻啟動(dòng)裝置利用液體電阻變化實(shí)現(xiàn)降壓啟動(dòng)（繞線式電機(jī)在轉(zhuǎn)子回路串電阻）。在電解液中放置兩塊極板，極板距離由

1套伺服系統(tǒng)進(jìn)行無級(jí)調(diào)節(jié)，西門子S7-200 PLC程序控制星點(diǎn)合閘和啟動(dòng)時(shí)間，通過改變極板距離而改變電阻值，實(shí)現(xiàn)降壓軟啟動(dòng)。電機(jī)啟動(dòng)完成后電機(jī)星點(diǎn)短接，水阻裝置切除。檢查、確認(rèn)電機(jī)本體相間絕緣和對(duì)地絕緣、電機(jī)高壓柜輔點(diǎn)和微機(jī)保護(hù)裝置保護(hù)動(dòng)作值無異常，初步判斷此次停機(jī)原因是水阻啟動(dòng)超時(shí)和啟動(dòng)跳閘兩個(gè)相互獨(dú)立的故障。

1.水阻啟動(dòng)超時(shí)

分析水阻控制柜PLC程序（圖1、圖2）得知，I0.2、I0.4和I1.4條件具備后，電機(jī)才能啟動(dòng)。電機(jī)啟動(dòng)后，啟動(dòng)超時(shí)計(jì)時(shí)器只與I0.3信號(hào)有關(guān)，I0.3信號(hào)丟失，將會(huì)報(bào)出啟動(dòng)超時(shí)故障。而星點(diǎn)合閘主要受I1.0和I0.7兩個(gè)限位開關(guān)信號(hào)的控制，與電機(jī)電流、電機(jī)轉(zhuǎn)速無關(guān)。檢查發(fā)現(xiàn)PLC模塊的I0.3輸入端子松動(dòng)，壓接牢固后聯(lián)動(dòng)試機(jī)，啟動(dòng)超時(shí)故障消失。

圖1 啟動(dòng)超時(shí)程序

圖2 星點(diǎn)合閘程序

2.啟動(dòng)跳閘

（1）電機(jī)機(jī)械部分原因。電機(jī)跳閘主要機(jī)械原因是啟動(dòng)負(fù)載過大。冬季環(huán)境溫度低，雖然電機(jī)潤滑油已加熱，但經(jīng)過軸承后的油溫仍然很低，造成電機(jī)負(fù)載變大。電機(jī)要在啟動(dòng)時(shí)間內(nèi)達(dá)到并網(wǎng)轉(zhuǎn)速（2980 r/min），就需要加大啟動(dòng)電流。若啟動(dòng)電流保持不變，則會(huì)在電機(jī)并網(wǎng)、電機(jī)星點(diǎn)短接時(shí)因電機(jī)無法達(dá)到或接近并網(wǎng)轉(zhuǎn)速，并網(wǎng)瞬間產(chǎn)生較大沖擊電流，造成高壓柜微機(jī)保護(hù)裝置過流動(dòng)作跳閘。由于20 000氮壓機(jī)為室內(nèi)廠房安裝，啟動(dòng)時(shí)電機(jī)環(huán)境溫度并不很低，且油溫達(dá)到聯(lián)鎖溫度后方可啟動(dòng)，因此機(jī)械部分原因不是啟動(dòng)跳閘的主因。

（2）水阻啟動(dòng)裝置原因。水阻啟動(dòng)裝置造成啟動(dòng)跳閘的主因是啟動(dòng)電流的變化，需要從極板和水阻箱電解液兩方面分析。①極板。水阻啟動(dòng)裝置動(dòng)靜極板是紫銅材料，長期浸泡在電解液中極板接觸面生出銅銹，極板間阻值增大，達(dá)不到電機(jī)應(yīng)有的啟動(dòng)電流。造成電機(jī)并網(wǎng)、電機(jī)星點(diǎn)短接時(shí)因電機(jī)無法達(dá)到或接近并網(wǎng)轉(zhuǎn)速，并網(wǎng)瞬間產(chǎn)生較大的沖擊電流，造成高壓柜微機(jī)保護(hù)裝置過流動(dòng)作跳閘。同時(shí)，在啟動(dòng)過程極板間產(chǎn)生拉弧現(xiàn)象，也影響電機(jī)正常啟動(dòng)。②水阻箱電解液。由于水阻啟動(dòng)裝置的液阻值是通過添加電解粉來調(diào)節(jié)，因此要考慮電解液濃度是否合理。水阻啟動(dòng)裝置水箱中的液阻值過大或過小，均會(huì)造成高壓柜微機(jī)保護(hù)裝置過流動(dòng)作跳閘，但跳閘現(xiàn)象不同。若電解粉過多，水箱中的液阻值就會(huì)變得很小。電機(jī)啟動(dòng)瞬間（1～2 s）會(huì)產(chǎn)生較大的啟動(dòng)初始電流，導(dǎo)致高壓柜微機(jī)保護(hù)裝置過流動(dòng)作跳閘；若電解粉過少，水箱中的液阻值就會(huì)變得很大，從而降低啟動(dòng)電流。電機(jī)啟動(dòng)一段時(shí)間（升降機(jī)經(jīng)過由高位到低位的時(shí)間約35 s），在水阻柜啟動(dòng)完成、電機(jī)星點(diǎn)合閘、電機(jī)并網(wǎng)的瞬間，由于啟動(dòng)電流小造成電機(jī)并網(wǎng)時(shí)無法達(dá)到或接近并網(wǎng)所需轉(zhuǎn)速。此時(shí)，PLC程序就將電機(jī)星點(diǎn)合閘（圖2），轉(zhuǎn)子回路短接。瞬間，降壓啟動(dòng)變?yōu)橹苯訂?dòng)，電機(jī)主回路產(chǎn)生較大的沖擊電流，造成高壓柜微機(jī)保護(hù)裝置過流動(dòng)作跳閘。結(jié)合故障現(xiàn)象判斷是液阻值過大。式（1）是電解液阻值調(diào)試公式。

式中 R——電解液阻值，Ω

Un——電機(jī)額定電壓，V

In——電機(jī)額定電流，A

A——設(shè)定的啟動(dòng)電流倍數(shù)

環(huán)境溫度過低，會(huì)造成水阻箱中電解液溫度過低，有部分電解質(zhì)結(jié)晶析出，導(dǎo)致電解液濃度降低，R變大。在電機(jī)額定電壓和電流不變情況下，R與A成反比。R增大，使A減小，即啟動(dòng)電流減小。以B相為例，低溫未打磨動(dòng)靜極板時(shí)R為7.24 Ω，根據(jù)公式1計(jì)算，啟動(dòng)電流為額定電流的1.45倍，而正常啟動(dòng)電流約為額定電流的2.5倍。可見，低溫造成水箱內(nèi)液阻值變大，使得啟動(dòng)電流減小。再結(jié)合當(dāng)日環(huán)境溫度（-7℃），水阻箱內(nèi)液體溫度接近0℃，低溫造成電解粉結(jié)晶析出，液阻值增大。因此環(huán)境溫度低是啟動(dòng)跳閘故障的關(guān)鍵原因，而極板銹蝕則加劇了啟動(dòng)電流過小。

三、故障處理

將水阻裝置的3對(duì)動(dòng)靜機(jī)板拆卸后打磨銅銹，打磨完成后在6.3 V電壓下測量3個(gè)水阻箱中的液阻值；然后用電加熱棒將水阻箱內(nèi)液體溫度加熱至20℃，極板上下限位間往返運(yùn)動(dòng)5次，再在6.3 V電壓下測量3個(gè)水阻箱中的液阻值（表2）。由此可見水阻箱中動(dòng)極板打磨，液體加熱至20℃后，液阻值下降明顯。以B相為例，根據(jù)公式1計(jì)算，低溫未打磨動(dòng)靜極板時(shí)啟動(dòng)電流為額定電流的1.45倍，加熱打磨動(dòng)靜極板后啟動(dòng)電流為額定電流的2.41倍，啟動(dòng)電流明顯增大。

表2 水阻箱液阻值 Ω

措施實(shí)施后，啟動(dòng)20 000氮壓機(jī)，啟動(dòng)過程正常，順利并網(wǎng)運(yùn)行，啟動(dòng)超時(shí)、星點(diǎn)合閘瞬間高壓柜微機(jī)保護(hù)裝置過流動(dòng)作跳閘故障現(xiàn)象消失。

根據(jù)水阻啟動(dòng)裝置的工作原理，受環(huán)境溫度影響較大是其固有缺陷，在北方冬季低溫環(huán)境下，故障現(xiàn)象尤為明顯。為此定期檢查水箱中液阻值，定期打磨動(dòng)靜極板，確保啟動(dòng)時(shí)水箱中液體溫度，可有效降低啟動(dòng)故障率。