某項目90kw籠型電機(jī)啟動時保護(hù)誤動的分析

屈振華

（金誠信礦山工程設(shè)計院有限公司，北京 100700）

1 電機(jī)起動簡述

電機(jī)啟動需要考慮的問題較多，首先要確認(rèn)電機(jī)啟動的方式，一般分為全壓啟動（直接啟動）、降壓啟動和變頻啟動三種，其中降壓啟動又分為星形-三角形降壓啟動，電阻降壓啟動，電抗器降壓啟動，自耦變壓器降壓啟動，晶閘管降壓軟起動等方式。其次，電機(jī)啟動需與電機(jī)保護(hù)相配合，要保證電機(jī)正常啟動時保護(hù)不動作，啟動超時或啟動過程中發(fā)生故障時保護(hù)動作。

籠型電動機(jī)啟動過程中電流是隨著轉(zhuǎn)速變化的，接通后暫態(tài)過程與短路類似，首先出現(xiàn)一個沖擊電流，峰值發(fā)生在第一半波，在第二、三周波內(nèi)急劇衰減。在隨后的絕大部分啟動時間內(nèi)，電流相對穩(wěn)定，但隨著轉(zhuǎn)速的升高而略有下降。在接近額定轉(zhuǎn)速時，電流迅速下降，啟動結(jié)束時，降至電動機(jī)額定電流或更低。籠型電動機(jī)啟動過程中轉(zhuǎn)速和電流曲線見圖1。

圖1 電機(jī)啟動特性曲線

電機(jī)啟動時啟動電流較大，用的最多的籠型電動機(jī)啟動電流一般為額定電流的4倍～8.4倍，而啟動過程中包括周期分量和非周期分量的全電流最大瞬時值，一般是啟動電流的2倍，個別可達(dá)到2.3倍，電機(jī)啟動時間一般在1s～15s之間，由于啟動電流很大，容易造成瞬時過電流繼電器或脫扣器動作，導(dǎo)致啟動失敗，甚至?xí)闺娏骰ジ衅鬟^飽和，影響保護(hù)動作性能，意外跳閘。

電機(jī)啟動還應(yīng)對變壓器過負(fù)荷進(jìn)行校驗。若每晝夜啟動6次，每次啟動持續(xù)時間不超過15s，變壓器的負(fù)荷率小于90%時（或每次啟動持續(xù)時間不超過30s，變壓器的負(fù)荷率小于70%時），最大啟動電流允許值為變壓器額定電流的4倍。若若每晝夜啟動10次～12次（每次啟動時間和變壓器的負(fù)荷率同前），則允許最大啟動電流減小為變壓器額定電流的2倍～3倍。當(dāng)不符合上述條件時，應(yīng)加大變壓器的容量，而不應(yīng)進(jìn)一步降低啟動電壓的方法。降低啟動電壓會延長電機(jī)啟動時間，使變壓器過熱。

大型電機(jī)啟動還應(yīng)考慮電動機(jī)及其啟動設(shè)備的動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定，啟動時的動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定電流應(yīng)符合制造廠的標(biāo)準(zhǔn)。例如，電動機(jī)的啟動條件（全壓啟動和降壓啟動）和連續(xù)啟動次數(shù)（一般規(guī)定電機(jī)冷態(tài)連續(xù)啟動次數(shù)為3次，熱態(tài)連續(xù)啟動次數(shù)為2次）以及啟動設(shè)備的熱穩(wěn)定等。

2 事件描述與分析

某鉛鋅礦項目空壓機(jī)額定功率Pr=90kW,額定電壓Ur=380V,上游變壓器為10/0.4kV，2000kVA，經(jīng)計算采用直接啟動方式，保護(hù)采用智能型馬達(dá)保護(hù)器，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)無法啟動，屢次跳閘。

現(xiàn)場調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)空壓機(jī)單機(jī)不帶負(fù)載調(diào)試時能起動，啟動時保護(hù)器面板顯示接地故障電流Ig≈40A。電動機(jī)啟動完成后，面板顯示故障電流Ig=0A。但當(dāng)帶負(fù)載調(diào)試時，無法起動空壓機(jī)，此時面板顯示故障電流Ig≈400A。

空壓機(jī)的短路故障保護(hù)采用斷路器瞬時脫扣保護(hù)，過載及接地故障保護(hù)采用電動機(jī)綜合保護(hù)器。空壓機(jī)額定電流及保護(hù)設(shè)置如下表。

表1 空壓機(jī)額定電流及保護(hù)設(shè)置的定值

首先分析電氣設(shè)備選型是否有問題，經(jīng)核查，斷路器為常熟CM5系塑殼開關(guān)額定電流為200A＞162A,馬達(dá)保護(hù)器為深圳中電PMC-550M系列，配電流互感器MTA-300A，接觸器為常熟產(chǎn)品CK3系列適用電機(jī)90kW，電氣設(shè)備選型沒有問題。

根據(jù)馬達(dá)保護(hù)器廠家資料，接地故障電流是通過計算得出，接地故障電流：Ig=Ia+Ib+Ic。

根據(jù)上述資料得知，設(shè)定的接地故障電流整定值為0.3Iset1=51A，當(dāng)不帶負(fù)載時接地故障電流Ig≈40A小于整定值，故接地故障不動作，電動機(jī)能起動。但是帶負(fù)載起動時，接地故障電流Ig≈400A大于整定值，觸發(fā)保護(hù)動作，無法起動。所以綜保設(shè)定保護(hù)正常。

理想情況下，電動機(jī)運行時三相平衡，接地故障電流應(yīng)該為0。根據(jù)空壓機(jī)不帶負(fù)載起動情況分析，空壓機(jī)起動后接地故障電流Ig為零。所以空壓機(jī)本身無問題，無接地故障。

變壓器一、二次側(cè)開關(guān)未跳閘，且變壓器容量足夠大，現(xiàn)場測得負(fù)荷率僅為50%，變壓器并無過載問題。

查資料得知，此電機(jī)堵轉(zhuǎn)電流倍數(shù)為5.8，啟動電流為5.8×162=939.6A，考慮非周期分量瞬時值為2.3×939.6=2161A，而斷路器的瞬時整定值為12×200=2400A＞2161A,斷路器整定并無問題。

通過進(jìn)一步分析，起動過程中接地故障電流Ig一直保持著較大值，特別是在帶負(fù)載起動的情況下，接地故障電流急劇增大導(dǎo)致接地故障保護(hù)動作。從上面的分析知空壓機(jī)及線路本身無問題。故初步判斷，由于起動電流較大，通過電流互感器的一次側(cè)電流過大，引起CT飽和，導(dǎo)致波形畸變，其二次電流波形處在變壞的狀況下，三相的和電流即不平衡電流也就不再為零，所以面板顯示的Ig電流較大，致使接地故障保護(hù)誤動作。當(dāng)起動結(jié)束后，通過電流互感器的一次側(cè)電流降低到額定電流值，故檢測顯示接地故障電流恢復(fù)正常。

綜上，問題出自于起動過程中因電流互感器過飽和、無法準(zhǔn)確測量起動電流而導(dǎo)致誤動作。將綜保接地保護(hù)動作延時時間設(shè)定為7s，即躲過起動電流。重新設(shè)定綜保整定值后，再次對空壓機(jī)帶負(fù)載起動測試，空壓機(jī)啟動正常，沒有再發(fā)生保護(hù)誤動的現(xiàn)象，問題得以解決。

3 結(jié)論

電機(jī)啟動失敗原因很多，有些是啟動設(shè)備選型的原因，有些是保護(hù)整定的原因，檢查原因應(yīng)首先從設(shè)備選型開始，檢查接觸器、斷路器等是否選的額定值過小，若設(shè)備選型沒問題，則要核對電機(jī)每種保護(hù)的整定值是否能夠躲過電機(jī)的正常啟動或整定是否錯誤，于此同時，設(shè)計人員還要和供應(yīng)商索要電機(jī)主要參數(shù)，比如全壓和降壓時啟動電流倍數(shù)，額定電流，滿載和空載功率因數(shù)，啟動時間，堵轉(zhuǎn)允許時間等等，電機(jī)保護(hù)的整定需要這些參數(shù)，如不能提供則要根據(jù)經(jīng)驗選取類似電機(jī)的參數(shù)，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)試修改完善保護(hù)整定值，本次電機(jī)啟動失敗原因比較少見，對今后分析類似情況有參考意義。

選擇電動機(jī)回路電流互感器時，對于低壓電機(jī)我們一般按電機(jī)額定電流來選擇，即互感器一次側(cè)額定電流為電機(jī)額定電流的3/2倍，除此之外，還應(yīng)核算電流互感器的容量，對于啟動電流大，啟動時間長的電動機(jī)保護(hù)回路應(yīng)該選用準(zhǔn)確等級較高的電流互感器。比如上述空壓機(jī)如選擇保護(hù)用電流互感器，變比300/1，準(zhǔn)確等級為5P20，即可解決起動過程中的接地故障保護(hù)誤動作問題。