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安科瑞電氣股份有限公司，上海 嘉定 201801
摘 要：以一例系統(tǒng)缺相運(yùn)行造成電動(dòng)機(jī)燒毀案例為背景，深入剖析電動(dòng)機(jī)缺相運(yùn)行的危害及事故發(fā)生的原因和電流、磁場(chǎng)的變化情況。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況制定相應(yīng)的防范措施，達(dá)到保護(hù)電動(dòng)機(jī)及系統(tǒng)安全的目的。
關(guān)鍵詞：缺相運(yùn)行；電流變化；控制回路；自動(dòng)保護(hù)裝置
0 引言
2020年5月10日，由于110kV變電站進(jìn)線B相故障，引發(fā)系統(tǒng)諧振，造成站內(nèi)110kVI段母線B相避雷器發(fā)生擊穿故障，導(dǎo)致引流線斷裂。線路重合閘成功后，110kV進(jìn)線缺相，故變壓器降壓后的6(10)V電壓缺相運(yùn)行，造成多臺(tái)電動(dòng)機(jī)燒毀。
1 電動(dòng)機(jī)缺相運(yùn)行原因分析
電力系統(tǒng)缺相運(yùn)行很少發(fā)生，具有潛伏期長(zhǎng)、危害不明顯等特點(diǎn)，處理不及時(shí)，經(jīng)長(zhǎng)期積累將造成大面積電氣設(shè)備燒毀等事故發(fā)生。除電源本身缺相的原因外，電動(dòng)機(jī)熔絲斷、低壓電源線斷線、開關(guān)接觸不良、連接導(dǎo)線的接頭松動(dòng)或斷線等原因都會(huì)造成電動(dòng)機(jī)缺相運(yùn)行。
2 電動(dòng)機(jī)缺相運(yùn)行危害
電機(jī)缺相運(yùn)行時(shí)磁場(chǎng)產(chǎn)生畸變，振動(dòng)增大，聲音異常；電流增大、溫度升高、轉(zhuǎn)速下降。缺相時(shí)電動(dòng)機(jī)無(wú)法啟動(dòng)。
2.1定子缺相運(yùn)行磁場(chǎng)變化情況
電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行氣隙中產(chǎn)生均勻的圓形磁場(chǎng)，缺相運(yùn)行后磁場(chǎng)發(fā)生畸變，變成三相諧波成分較高的橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。由于定子線圈不會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)只會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)磁場(chǎng)，無(wú)法帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，因?yàn)閼T性電動(dòng)機(jī)缺相后仍能運(yùn)轉(zhuǎn)，但由于大負(fù)荷使電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)逐漸變慢，造成轉(zhuǎn)子切割磁力線增多，定子電流逐漸增大，溫升提高，時(shí)間長(zhǎng)會(huì)燒毀電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)缺相無(wú)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。
2.2定子缺相運(yùn)行電流變化情況
2.2.1星型連接，見圖1
圖1定子星型接法電機(jī)缺相運(yùn)行等效電路
正常星型接法運(yùn)行的定子，任一相繞組斷線或電源斷線，都形成另兩相繞組反串聯(lián)接在線電壓Be下，每相繞組承擔(dān)的電壓為0.5Ue。
三相正常運(yùn)行輸入功率P e = 3 Be E cos ， cos為常數(shù)，E為電機(jī)額定相電流。兩相運(yùn)行，負(fù)載功率有兩相承擔(dān)，若維持功率不變，
E = 2 × 0.5Ue Pecos = Quebecois ，得到 E=3Ie
正常星型接法的電動(dòng)機(jī)缺相運(yùn)行時(shí)電流會(huì)增大到三相正常運(yùn)行的3倍,在短時(shí)間內(nèi)不斷電會(huì)破壞絕緣而燒毀電動(dòng)機(jī)。
2.2.2三角形接法，見圖2
三角形接法運(yùn)行的定子，當(dāng)一相電源斷線時(shí)，電機(jī)定子形成兩相繞組順串聯(lián)和第三相繞組并聯(lián)接在電源單相線電壓下。
圖2定子三角形接法缺相運(yùn)行等效電路
支路2繞組電壓不變，支路1兩相繞組中每相繞組電壓下降為額定線電壓的一半。電動(dòng)機(jī)正常進(jìn)行時(shí)額定相電流IP =
，額定線電流I1 =
= 3IP 。缺相后設(shè)支路2繞組相電流為
P, 支 路 1 電 流 為P /2, 額 定 功 率 為PN =
,
,線
.
根據(jù)分析可知在額定負(fù)荷下三角形接線的電動(dòng)機(jī)在缺相運(yùn)行時(shí)的線電流為額定線電流的3 倍 ，其中支路2相電流為額定相電流的2倍，更容易燒毀。支路1繞組相電流與正常相電流相等，長(zhǎng)期運(yùn)行將燒毀電動(dòng)機(jī)。
3 電動(dòng)機(jī)缺相運(yùn)行防范措施
3.1 低壓電機(jī)過載保護(hù)及控制回路優(yōu)化改造
3.1.1 過載保護(hù)
加裝熱繼電器進(jìn)行過載保護(hù), 過載電流通過熱元件后，使有不同膨脹系數(shù)的雙金屬片發(fā)生形變，當(dāng)形變達(dá)到一定距離時(shí)，就推動(dòng)連桿動(dòng)作，使控制電路斷開，從而使接觸器失電，主電路斷開，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)。
3.1.2 優(yōu)化電動(dòng)機(jī)控制電路
優(yōu)化電動(dòng)機(jī)控制回路，見圖3。啟動(dòng)時(shí)缺L1、L2、L3任何一相,有線圈不吸合電機(jī)無(wú)法啟動(dòng)；運(yùn)行時(shí)U、V、W相，造成主接觸器線圈失電電機(jī)自動(dòng)停機(jī)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行。
圖3電動(dòng)機(jī)控制回路原理圖
3.2高壓電機(jī)自動(dòng)保護(hù)裝置
電動(dòng)機(jī)微機(jī)綜保裝置主要用于10 V及以下電壓等級(jí)的電動(dòng)機(jī)保護(hù)，可以直接安裝在高壓開關(guān)柜上，實(shí)現(xiàn)高壓電動(dòng)機(jī)的各類保護(hù)。
3.2.1 過流保護(hù)
在微機(jī)綜保系統(tǒng)投過流保護(hù)，按 1.2倍額定電流整定值，達(dá)到保護(hù)定值時(shí)反時(shí)限延時(shí)跳閘防止誤動(dòng)，保護(hù)電動(dòng)機(jī)電流過大而損壞絕緣。
3.2.2 失壓或欠壓保護(hù)
高壓電動(dòng)機(jī)投失壓和欠壓保護(hù)，可以有效防止電動(dòng)機(jī)在過低電壓下啟動(dòng)或運(yùn)行時(shí)燒毀，并且可以防止電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中突然斷電后又恢復(fù)供電時(shí)的自啟動(dòng)。在電源電壓降低過多(欠壓)，設(shè)置一定延時(shí)后，故障信號(hào)仍不消失時(shí)，保護(hù)裝置動(dòng)作，使電動(dòng)機(jī)自動(dòng)從電源上切除，達(dá)到保護(hù)電機(jī)安全的目的。
3.2.3 負(fù)序保護(hù)
電機(jī)缺相運(yùn)行時(shí)定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)嚴(yán)重不平衡，定子繞組會(huì)產(chǎn)生負(fù)序電流，負(fù)序磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子發(fā)生電磁感應(yīng)，會(huì)出現(xiàn)100 Hz的電動(dòng)勢(shì)，使轉(zhuǎn)子電流劇增引起嚴(yán)重發(fā)熱。在微機(jī)綜保裝置投負(fù)序保護(hù)，按照電動(dòng)機(jī)負(fù)序過電流保護(hù)動(dòng)作判據(jù)和整定計(jì)算方法算負(fù)序電流動(dòng)作值和時(shí)間整定值，確保電動(dòng)機(jī)在發(fā)生缺相時(shí)能可靠切除，防止燒毀事件發(fā)生。
3.3防范措施
在平時(shí)的維護(hù)保養(yǎng)中要加強(qiáng)運(yùn)行中的監(jiān)視和檢查。對(duì)電動(dòng)機(jī)定期進(jìn)行點(diǎn)巡檢，發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)聲音、振動(dòng)或者溫度異常及時(shí)上報(bào)，盡快將設(shè)備停下來(lái)查明原因；電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期未啟動(dòng)前先遙測(cè)絕緣，絕緣合格后再行啟動(dòng)，陰雨天盡量不要啟動(dòng)設(shè)備；定期檢查接電動(dòng)機(jī)線盒，防止引流線燒斷引發(fā)短路。
4 安科瑞ARD系列智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器介紹與綜合選型
4.1產(chǎn)品簡(jiǎn)介
ARD該系列低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器，具有過載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、堵轉(zhuǎn)等保護(hù)功能。可與接觸器、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器等電器元件構(gòu)成電動(dòng)機(jī)控制保護(hù)單元，具有遠(yuǎn)程自動(dòng)控制、現(xiàn)場(chǎng)直接控制、面板指示、信號(hào)報(bào)警、現(xiàn)場(chǎng)總線通信等功能。應(yīng)用范圍：可廣泛應(yīng)用于煤礦、石化、冶煉、電力、建筑等行業(yè)的配電領(lǐng)域。
4.2產(chǎn)品選型
產(chǎn)品功能
說(shuō)明：“√”表示具備“■”表示可選
5結(jié)束語(yǔ)
電動(dòng)機(jī)因缺相運(yùn)行造成溫度升高使絕緣損壞故障發(fā)生的比例較大，因此對(duì)電動(dòng)機(jī)缺相運(yùn)行的研究需要加強(qiáng)和重視。根據(jù)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際情況,通過對(duì)低壓電動(dòng)機(jī)加裝熱繼電器、優(yōu)化控制回路等方式實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行；為高壓電動(dòng)機(jī)配備微機(jī)綜保裝置，投入過流、過負(fù)荷、低壓欠壓、負(fù)序保護(hù)，達(dá)到設(shè)定目標(biāo)值而可靠動(dòng)作；同時(shí)要加強(qiáng)運(yùn)行中的監(jiān)視和檢查。
【參考文獻(xiàn)】
[1]任士榮. 電動(dòng)機(jī)缺相運(yùn)行危害及防范措施[J].冶金動(dòng)力,2021（1）:251.
[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2020.06版.
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