一起燃机启动电动机电流速断跳闸的分析及处理

一起燃机启动电动机电流速断跳闸的分析及处理
王成平
【摘要】结合一起电动机电流速断保护频动事故,对事故发生的原因从电气和机械特性方面进行了详细分析,并结合电动机的实际运行情况进行了故障处理,最终判定跳闸主要是由电动机启动瞬间的电流衰减时间较空载时间长引起的.通过调整定值,启动电动机出现电流速断保护动作跳闸的问题得到解决.
【期刊名称】《上海电机学院学报》
【年(卷),期】2015(018)001
【总页数】5页(P58-62)
【关键词】燃气轮机;启动电动机;电流速断保护;故障处理
【作者】王成平
【作者单位】珠海深能洪湾电力有限公司,广东珠海519060
【正文语种】中文
【中图分类】TM774.2
2005年11月，珠海深能洪湾电力有限公司(简称“洪湾公司”)建有两套
PG9171E型燃气-蒸汽联合循环机组，分别为#4、#6机组。

燃机主要由6kV的高压电动机88CR启动、运行，若启动电动机发生故障，则将引起机组无法运行，严重影响电厂的生产运行，因此，保证启动电动机可靠、安全运行意义重大。

本文针对一起电动机电流速断保护频动事故，对事故发生的原因进行了详细分析，并结合
电动机的实际运行情况进行了故障处理。

88CR高压电动机是PG9171E型燃气-蒸汽联合循环机组的启动系统核心设备之一。

其通过液力变扭器传输动能，带动燃机透平大轴实现燃机机组的启动,因此，启动
电动机88CR一旦发生故障，必将引起燃机机组无法正常启动，影响电厂机组各项运行指标，且将受到电网考核；若故障情况恶化，必将导致设备和系统更大范围的事故发生[1]。

88CR电动机启动及正常运行时，厂用6kV母线电压控制在6.05~6.35kV，启动
时间约为 12min。

88CR电动机及电源开关铭牌参数如表1所示。

2009年4月，#6燃机常出现一启动，启动电动机88CR就因启动电流过大，而
触发电流速断保护动作，导致88CR电源开关6405跳闸，且大多数是第1次启动失败，第2次便成功，有且只有1次出现连续2次因电流速断而跳闸的情况。

电
源开关6405启动数据如表2所示。

在将启动电动机88CR的电源开关6305与6405对调后，#6燃机启动正常，而
#4燃机出现启动时因电流速断保护而跳闸的现象。

电源开关6305启动数据如表
3所示。

电动机88CR启动时出现两种现象：① 零起盘车；② 在盘车状态下正常启机。

针对上述故障现象和数据，本文进行电气和机械性能的分析[2]，从启动电压、保护
整定值、电气回路接触状况、开关机械特性质量、电动机质量、继电保护回路和装置、电动机负载转矩等方面进行排查。

(1) 启动电压。

根据电动机的启动特性可知[3]，在电动机启动瞬间，加在定子绕组的电压越高，其启动电流就越大。

通常，电动机的启动电流是额定电流的4~7倍。

同时，闭合的转子绕组中产生有电流，该电流与旋转磁场相互作用，使转子绕组受到电磁力F作用，进而产生电磁转矩，当电磁转矩(电磁转矩Me∝U2)大于负载转矩，电动机转子就转起来了。

因此，电压过高将使启动电流增大；反之，电压过低，
使电磁转矩小于负载转矩，也会出现启动电流过大的可能。

结合表2、3数据可知，在外部环境不变的情况下，启动电流跟加在定子绕组上的电压成正相关。

由于洪湾公司88CR电动机在低于额定电压(Ue)5%~10%的情况下运行，故因启动电压调整不合理造成启动电流过大的可能性可以排除。

(2) 保护整定值。

保护整定值合理与否直接关系到电动机能否可靠安全运行。

若整定值过大，将无法躲避危害电动机的不利环境；若整定值过小，则可能经常引起开关误跳，从而降低设备运行的可靠性[4]。

由于洪湾公司的88CR电动机是在低于5%~10%Ue的情况下运行的，运行电流显然大于额定值，且运行时间较长，因此，在过热保护整定值设置时，理论上应考虑予以适当调高。

但是，88CR电动机在满足最小启动转矩时，调低电压后会降低启动电流(类似于降压启动)，此时，理论上整定值可以适当调小或不变(即厂家根据系统参数计算出的整定值)。

因此，若盲目调大保护整定值，可能会因保护过度而造成电动机或开关被烧毁。

此外，洪湾公司的电流速断整定值已经调至8.62Ie(Ie为额定电流)，故在正常情况下，电动机正常启动时电流速断整定值能够躲过启动电流[5]。

根据以往的运行数据，启动电流约为730A时，出现电流速断跳闸的现象相对较少(不考虑外部的恶劣环境)；但是，若启动电动机的外部环境非常恶劣，则在某种程度上使其负载变大，启动电流衰减较慢，若在40ms内不能衰减到保护定值，则有可能导致保护动作而跳闸。

因此，因电流速断保护的整定值设置过小引起跳闸可能性是存在的。

(3) 电气回路接触。

检查电气回路绝缘是否正常，若合闸时，出现金属、非金属或击穿性接地都会造成电流速断或过流跳闸。

根据故障情况可知，电动机第1次启动不成功，第2次启动便成功，或电动机因1h内启动次数达到3次向燃机发出报警信号，然后电源开关6405跳闸(此时开关面板只有ALARM报警，无TRIP报警信号)；经断电复归后，启动正常至并网。

显然，88CR电动机运行中未出现过热
现象。

(4) 开关机械特性质量。

当88CR电动机启动时，正常启动电流(720~740A)较大，必然对额定值仅为630A的开关造成一定的机械冲击，长期分合操作必然对电源开关造成损害。

若开关特性本身存在问题，如开关驱动机构和传动机构配合不到位或存在受力偏移，特别是传动杆、绝缘杆与带动触头动作的导电杆连贯动作时出现间隙错位，将导致合闸时出现三相合闸不同期的现象；此外，当开关合闸时，由于触头弹簧弹力下降、拐臂和轴销间隙磨损变大，将引起开关合闸时弹跳时间过长(技
术标准为真空断路器触头弹跳时间≤2ms)，长期如此将导致触头烧坏或熔焊，进
而造成开关动、静触头接触电阻变大或三相直阻不平衡，引起开关合闸后接触不良或三相动作机构不灵活、以及三相合闸时间相差较大，造成启动电流过大，速断跳闸[6-8]。

真空开关故障发生部位及几率如表4所示[9]。

将#4与#6燃机的88CR电动机电源开关对调，短时间观察，#6燃机启动运行正常，而#4燃机启动时出现故障，且在短短3次启动中出现2次启动电流速断跳闸故障，这说明：① #6燃机88CR电动机电气回路正常；② 88CR电动机电源开
关6405存在故障。

因此，可初步判断电源开关6405故障的可能性较大。

(5) 电动机质量。

由于电动机运行环境完全符合其运行的参数要求，且测得电动机绕组的相间、相对地绝缘和直阻正常，此外，轴承、转子和风扇等辅助部件都正常，故可基本排除电动机运行环境的问题。

另外，电动机的检查数据中也未发现其有异常现象，且电动机启动时，运行电流、声音、振动、发热等也都正常。

因而，基本上可以断定电动机质量没有问题。

(6) 继电保护回路和装置。

88CR电动机二次回路接线良好，电流互感器TA特性
良好，测量误差在其允许范围内，能真实准确地反映一次回路的电流；同时，二次电流输入继电保护装置应准确无误，保证其输入保护采样值的连续和准确，以及保护装置软硬件工作正常[10-11]。

若不能真实、可靠地反映电动机的一次运行电流，
将其一次电流误放大，则有可能引起电流速断跳闸。

(7) 电动机负载转矩。

在电动机启动及运行过程中，其负载起着阻力力矩的作用。

在正常的启动状态下，电动机的电磁力矩大于阻力力矩。

但由于机械设备的故障造成负载阻力力矩增大或存在使负载阻力力矩增大的不正常启动条件时，负载则会对电动机的启动带来很大的影响。

若负载的机械部分处在不易启动的死区，则在已盘车状态下启动88CR电动机出现电流速断跳闸的可能性就很小；而在零启盘车时启动88CR会出现电流速断跳闸的现象。

从零启盘车的故障情况看，每次都是第一次启动时跳闸，因此，负载转矩过大的可能性还是存在的。

另外，因环境温度低导致润滑油粘度太高或润滑不良也可能造成负载转矩过大；但是，在已盘车状态下启动88CR出现该现象的可能性较小。

其次，当盘车电动机88TG停后，88CR启动后2s，液力变扭器充油电磁阀
20TU-1才带电进行充油，此前20TU-1一直处于失电泄油状态，且电机88TM将扭矩角度由43°调至68°，该过程虽然时间较短，但若匹配不好，即角度变化过程中卸油未完全，则可能额外增加88CR电动机的负载转矩[12]。

通过上述电气和机械方面的分析，本文采取以下措施进行检查，并找到了保护动作频现的原因。

(1) 对88CR进行电气回路整体检查，测得对地绝缘值R15S=348MΩ，
R60S=1176MΩ，吸收比K=3.379，同时测得电动机、电缆直阻、相间平衡、绝缘和直阻暂未发现问题，除非直阻偏小才可能造成电流过大，但这种情况已排除。

(2) 对6405开关进行全面检查，并进行开关的机械特性试验，发现分、合闸机械特性状态良好，同期效果也较好，试验数据如表5所示。

(3) 对#6燃机88CR电动机继电保护回路和保护装置进行校验未发现问题，并将电源开关6405与6305对换，则6#燃机启动正常，故继电保护回路和保护装置故障的可能性可以排除。

(4) 对燃机启机程序、20TU-1充油电磁阀、88TM和液力变扭器进行检查，均未
发现异常[13]；此外，运行时，润滑油温度控制在规定范围内，因此，电动机负载转矩基本恒定。

由此可见，因负载增加过大而引起启动电流过大的可能性可以排除。

(5) 对#6燃机88CR电动机的电流录波发现，启动电流约为 1060A，远远大于保
护定值 880A；这是由于电动机负载过大，导致启动电流衰减较慢，运行40ms后电流仍为880A左右，因而，导致保护电流速断跳闸。

由上述故障处理可知，电动机速断保护频动的原因是保护整定值设置不合理造成的。

电动机速断保护的整定原则是要躲过启动时的最大电流，在无法预知电动机启动电流的情况下，电流一般取为额定电流的5～7倍，通常按7Ie计算[14]。

如取1.5
倍可靠系数的话，则速断保护的整定值为10.5Ie。

在实际应用中，个别电动机的
启动电流会大于7Ie，甚至更大[15]，因此，需要根据实际情况来整定。

经调整，当电流整定值达到9Ie后，88CR电动机启动均正常，未再出现电流速断保护误动跳闸的情况。

燃机启动电动机88CR启动时频繁出现电流速断保护动作故障，较大影响了机组的启动可靠性，经过数据分析，以及从电气、机械特性的检查和试验，进一步查找到电流速断保护误动的原因，主要是由于电动机启动负载大，启动电流衰减较慢，速断保护整定值偏小无法躲过启动的瞬时大电流造成的。

通过适当调大电流整定值，88CR电动机启动运行正常，因此，彻底消除了该电动机电流速断保护误动的隐患，改善了机组的启动可靠性，同时，也对9E燃气机组相同类型的故障处理提供了一定的参考。

【相关文献】
[1] 周会芳.热电联供燃气-蒸汽联合循环若干问题的讨论[J].燃气轮机技术,2000,13(2)： 8-11.
[2] 樊月明.PG9171E型燃气轮机启动失败的故障原因及检修[J].中国科技纵横,2014(23)： 67.
[3] 令狐昌松.异步电动机启动电压的选择条件[J].中国高新技术企业,2013(20)： 81-82.
[4] 宋玉娟,杨国祥,席锋,等.高压电动机微机保护整定值计算[J].自动化应用,2012(5)： 16-17，25.
[5] 张琪,侯殿华.瞬时电流速断保护技术探讨[J].黑龙江科技信息,2013(32)： 49.
[6] 高春媛.真空开关的几个关键质量问题[J].科技视界,2014(11)： 86.
[7] 冯江生.KBG高压真空开关故障分析及处理方法[J].煤,2013,22(3)： 55-60.
[8] 马勇.真空断路器运行维护及常见故障分析处理[J].中国科技信息,2013(21)： 120-121.
[9] 房化勇.浅谈高压开关的机械参数及其调试[J].中国科技博览,2013(6)： 201.
[10] 冯匡一，袁季修，宋继成，等.GB 14285—2006继电保护和安全自动装置技术规程[S].北京：中国标准出版社,1993.
[11] 钟自勤.继电保护装置及二次回路故障检修典型实例[M].北京：机械工业出版社,2006：
188-191.
[12] 李麟章.大型单轴燃气-蒸汽联合循环机组控制系统及其特点[J].电力系统自动化,2006,30(18)：99-102.
[13] 张启勤,宋兆星.双轴燃气蒸汽联合循环机组协调控制策略研究[J].华北电力技术,2009(8)： 7-10,15.
[14] 曹红亮,包金良,王瑜,等.6kV真空开关频繁跳闸原因分析解决[J].河南电力,2013,41(4)： 39-40.
[15] 张志斌,黄华生.10kV柱上真空断路器保护频繁误动分析[J].电工技术,2014(6)： 71-72.。