電機(jī)三相電源相序自動(dòng)矯正與缺相保護(hù)

彭超龍，黃靜群，鄧風(fēng)琴，黃志勇

(深圳市燃?xì)饧瘓F(tuán)股份有限公司，廣東 深圳 518049)

燃?xì)馐侨粘Ｉ钪泻苤匾馁Y源，燃?xì)馔ㄟ^高壓管線或者次高壓管線傳輸，管線沿線設(shè)置有許多閥室，每個(gè)閥室中通過電液聯(lián)動(dòng)閥控制燃?xì)獾妮斔汀Ｔ撻y采用三相異步油泵電機(jī)，通過接入三相交流電控制油泵電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，抽取液壓油，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)液壓開關(guān)閥門的功能。深圳燃?xì)飧邏骸⒋胃邏汗芫€共有60多座閥室，閥室電液聯(lián)動(dòng)閥油泵電機(jī)均采用三相電源供電，一般由市政電網(wǎng)專用變壓器供電。通過對(duì)該閥歷史維護(hù)報(bào)告和生產(chǎn)運(yùn)行記錄數(shù)據(jù)分析，近年來多個(gè)站點(diǎn)陸續(xù)發(fā)生了因市政電網(wǎng)三相電源相序變化或缺相使得電機(jī)空轉(zhuǎn)、缺相運(yùn)行致使油泵電機(jī)泵頭過熱而燒毀的事件。

1 電液聯(lián)動(dòng)閥存在的問題

三相異步電動(dòng)機(jī)由固定的定子和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩部分組成，通入三相對(duì)稱交流電后，將產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子繞組，從而在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流，載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下將產(chǎn)生電磁力，從而在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)[1]。閥室的電液聯(lián)動(dòng)閥供電設(shè)備不統(tǒng)一，例如市政環(huán)網(wǎng)柜、工業(yè)園電柜、公用配電箱等，使得電液聯(lián)動(dòng)閥供電環(huán)境復(fù)雜。經(jīng)常會(huì)碰到電力系統(tǒng)維保后出現(xiàn)電源相序改變的情況，而三相異步電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向與三相電源的相序相關(guān)[2-3]，因此會(huì)導(dǎo)致電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)或電機(jī)空轉(zhuǎn)，無法實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的液壓功能。若供電系統(tǒng)的電源相序改變或缺相后，未能及時(shí)得到調(diào)整，電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行將會(huì)導(dǎo)致電機(jī)或者油泵發(fā)熱損壞。電機(jī)泵頭損壞，油壓不足將直接導(dǎo)致電液聯(lián)動(dòng)閥無法遠(yuǎn)程控制或者操作，當(dāng)發(fā)生緊急情況時(shí)，該閥失去遠(yuǎn)程關(guān)閉事故段管線的功能。另外，電機(jī)、油泵屬于進(jìn)口設(shè)備，造價(jià)高昂且購買時(shí)間較長(zhǎng)。如果電機(jī)及油泵損壞，不僅會(huì)帶來一定的財(cái)產(chǎn)損失，長(zhǎng)時(shí)間未修復(fù)還將對(duì)管線造成巨大運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。因此，現(xiàn)有使用的電液聯(lián)動(dòng)閥技術(shù)還有待改進(jìn)和提高。

2 故障解決途徑

通過實(shí)地考察和問題分析，造成電液聯(lián)動(dòng)閥油泵電機(jī)反轉(zhuǎn)和空轉(zhuǎn)的根本原因是市政電網(wǎng)輸入的三相電源不穩(wěn)定及相序的改變，導(dǎo)致油泵電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生了變化，造成油泵電機(jī)反轉(zhuǎn)或缺相運(yùn)行[4]。因此，為了電源相序不因外部環(huán)境變化而改變，需要從調(diào)整相序入手，增加1套相序保護(hù)器，監(jiān)控和判斷當(dāng)前相序的變化；再增加1套可逆交流接觸器，由此可實(shí)現(xiàn)電源相序的自動(dòng)矯正與缺相保護(hù)。當(dāng)電源相序改變時(shí)，根據(jù)相序保護(hù)器的監(jiān)控狀態(tài)，交流接觸器動(dòng)作，使得主回路閉合的交流接觸器輸出三相交流電源一直保持為正轉(zhuǎn)相序。當(dāng)電源缺相時(shí)，相序保護(hù)器電路能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)切斷電機(jī)供電線路，從而避免出現(xiàn)因缺相導(dǎo)致油泵電機(jī)燒壞的現(xiàn)象。

3 油泵電機(jī)保護(hù)電路實(shí)施方案

為了實(shí)現(xiàn)三相電源相序的自動(dòng)矯正與缺相保護(hù)，通過對(duì)現(xiàn)有油泵電機(jī)電路的分析，需要在現(xiàn)有電路接入側(cè)增加正、逆相序保護(hù)器和交流接觸器。三相電源相序自動(dòng)矯正與缺相保護(hù)電路如圖1所示。電源相序保護(hù)器具有電壓測(cè)量、相序保護(hù)、欠電壓保護(hù)、缺相保護(hù)、過電壓保護(hù)、告警顯示以及獨(dú)立常開、常閉觸點(diǎn)輸出等功能。電液聯(lián)動(dòng)閥三相電源相序自動(dòng)矯正與缺相保護(hù)電路工作原理為： 當(dāng)相序保護(hù)器端子1，2，3輸入電源相序?yàn)閁-V-W/V-W-U/W-U-V正相序時(shí)，正相序保護(hù)器起作用，正相序保護(hù)器的端子7和8導(dǎo)通，端子5和6斷開；逆相序保護(hù)器的端子7和8斷開，端子5和6導(dǎo)通，逆相序保護(hù)器不起作用。交流接觸器KM1線圈得電，觸點(diǎn)開關(guān)1動(dòng)作，電液聯(lián)動(dòng)閥油泵電機(jī)正轉(zhuǎn)。同理，當(dāng)相序保護(hù)器端子1，2，3輸入電源相序?yàn)閁-W-V/W-V-U/V-U-W逆相序時(shí)，任一兩相相序發(fā)生變化時(shí)，逆相序保護(hù)器起作用，交流接觸器KM2線圈得電，觸電開關(guān)2動(dòng)作，由于KM1的輸出端V，W相與KM2的輸出端W，V相連接，因此實(shí)現(xiàn)了三相電機(jī)相序的自動(dòng)矯正，油泵電機(jī)仍然保持正轉(zhuǎn)。此外，當(dāng)三相電源相線L1，L2，L3中的任一一相缺相時(shí)，正相序保護(hù)器和逆相序保護(hù)器均不動(dòng)作，接觸器的KM1和KM2線圈無法得電，油泵電機(jī)不啟動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了油泵電機(jī)的缺相保護(hù)。

圖1 三相電源相序自動(dòng)矯正與缺相保護(hù)電路示意

現(xiàn)場(chǎng)為了減少對(duì)原來電路接線的改動(dòng)及設(shè)備防爆性能的破壞，將整個(gè)三相電源相序自動(dòng)矯正與缺相保護(hù)電路中所有涉及的相序保護(hù)器、交流接觸器、熱繼電器及空開端子等電器元件按照電氣施工圖紙全部集成于相序保護(hù)配電箱內(nèi)。從輸入和輸出端看，相序保護(hù)配電箱為黑匣子，在實(shí)際應(yīng)用中輸入端僅需外接市政電網(wǎng)三相電源，輸出端則自動(dòng)輸出矯正相序后的380 V交流電源，保證了負(fù)載油泵電機(jī)始終具備保持正轉(zhuǎn)的條件或正常運(yùn)行的環(huán)境。

4 結(jié)束語

閥室市電電源改造項(xiàng)目中分別利用正、反2個(gè)相序保護(hù)器和2個(gè)接觸器接在三相電源相線L1，L2，L3上，按照正向和反向兩種方式接線的交流接觸器，實(shí)現(xiàn)了三相電源自動(dòng)相序識(shí)別，即當(dāng)輸入端的交流電相序發(fā)生變化時(shí)，輸出端能夠?qū)⑾嘈蛴枰猿C正。同時(shí)，還實(shí)現(xiàn)了三相電源的缺相保護(hù)。三相電源相序自動(dòng)矯正與缺相保護(hù)方案主要解決了燃?xì)忾y室電液聯(lián)動(dòng)閥供電的兩個(gè)主要問題：

1)利用相序保護(hù)器的關(guān)斷觸點(diǎn)和正反轉(zhuǎn)交流接觸器，實(shí)現(xiàn)了外部電源相序自動(dòng)識(shí)別和矯正，避免了發(fā)生油泵電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間空轉(zhuǎn)，燒壞電機(jī)泵頭。

2)利用相序保護(hù)器，實(shí)現(xiàn)了外部電源缺相保護(hù)，避免了因供電方電源缺相或者線路斷路導(dǎo)致的油泵電機(jī)缺相運(yùn)行情況。

相序保護(hù)箱安裝在給油泵供電的配電箱側(cè)面，原配電箱給油泵電機(jī)供電的出線移到相序保護(hù)箱出線側(cè)，只需在原配電箱與相序保護(hù)箱之間增加一小段的電源線。整體來說現(xiàn)場(chǎng)改造非常方便，整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)安裝施工接線工作量非常小。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)對(duì)油泵電機(jī)實(shí)地測(cè)試，測(cè)試結(jié)果完全符合預(yù)期要求的功能。為了更好地保障燃?xì)忾y室的正常運(yùn)行，除了通過改造供電電源線路來保證油泵電機(jī)不空轉(zhuǎn)和缺相運(yùn)行外，未來在產(chǎn)品選型時(shí)還應(yīng)當(dāng)考慮先進(jìn)的油泵電機(jī)控制保護(hù)技術(shù)，比如自帶相序矯正電路、缺相運(yùn)行保護(hù)等功能，以此來進(jìn)一步來保障燃?xì)忾y室的安全穩(wěn)定運(yùn)行。