王成平

(珠海深能洪灣電力有限公司， 廣東 珠海 519060)

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一起燃機(jī)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)電流速斷跳閘的分析及處理

王成平

(珠海深能洪灣電力有限公司， 廣東 珠海 519060)

摘要:結(jié)合一起電動(dòng)機(jī)電流速斷保護(hù)頻動(dòng)事故，對(duì)事故發(fā)生的原因從電氣和機(jī)械特性方面進(jìn)行了詳細(xì)分析，并結(jié)合電動(dòng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行了故障處理，最終判定跳閘主要是由電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)瞬間的電流衰減時(shí)間較空載時(shí)間長(zhǎng)引起的。通過(guò)調(diào)整定值，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)電流速斷保護(hù)動(dòng)作跳閘的問(wèn)題得到解決。

關(guān)鍵詞:燃?xì)廨啓C(jī); 啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)； 電流速斷保護(hù)； 故障處理

2005年11月，珠海深能洪灣電力有限公司(簡(jiǎn)稱“洪灣公司”)建有兩套PG9171E型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，分別為#4、#6機(jī)組。燃機(jī)主要由6kV的高壓電動(dòng)機(jī)88CR啟動(dòng)、運(yùn)行，若啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障，則將引起機(jī)組無(wú)法運(yùn)行，嚴(yán)重影響電廠的生產(chǎn)運(yùn)行，因此，保證啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)可靠、安全運(yùn)行意義重大。本文針對(duì)一起電動(dòng)機(jī)電流速斷保護(hù)頻動(dòng)事故，對(duì)事故發(fā)生的原因進(jìn)行了詳細(xì)分析，并結(jié)合電動(dòng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行了故障處理。

1電動(dòng)機(jī)運(yùn)行及故障概況

88CR高壓電動(dòng)機(jī)是PG9171E型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的啟動(dòng)系統(tǒng)核心設(shè)備之一。其通過(guò)液力變扭器傳輸動(dòng)能，帶動(dòng)燃機(jī)透平大軸實(shí)現(xiàn)燃機(jī)機(jī)組的啟動(dòng),因此，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)88CR一旦發(fā)生故障，必將引起燃機(jī)機(jī)組無(wú)法正常啟動(dòng)，影響電廠機(jī)組各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)，且將受到電網(wǎng)考核；若故障情況惡化，必將導(dǎo)致設(shè)備和系統(tǒng)更大范圍的事故發(fā)生[1]。

88CR電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)及正常運(yùn)行時(shí)，廠用6kV母線電壓控制在6.05~6.35kV，啟動(dòng)時(shí)間約為 12min。88CR電動(dòng)機(jī)及電源開(kāi)關(guān)銘牌參數(shù)如表1所示。

表1　88CR電動(dòng)機(jī)和電源開(kāi)關(guān)銘牌參數(shù)Tab.1　Type 88CR motor and switch nameplate parameters

2009年4月，#6燃機(jī)常出現(xiàn)一啟動(dòng)，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)88CR就因啟動(dòng)電流過(guò)大，而觸發(fā)電流速斷保護(hù)動(dòng)作，導(dǎo)致88CR電源開(kāi)關(guān)6405跳閘，且大多數(shù)是第1次啟動(dòng)失敗，第2次便成功，有且只有1次出現(xiàn)連續(xù)2次因電流速斷而跳閘的情況。電源開(kāi)關(guān)6405啟動(dòng)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2　#6燃機(jī)88CR電動(dòng)機(jī)電源開(kāi)關(guān)6405啟動(dòng)數(shù)據(jù)Tab.2　Start data of the switch 6405 on type 88CR motor of No.6 machine

注： 滑油溫度為45~60℃；環(huán)境溫度為25℃；電流速斷整定值為880A；正常啟機(jī)時(shí)啟動(dòng)電流為725~740A

在將啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)88CR的電源開(kāi)關(guān)6305與6405對(duì)調(diào)后，#6燃機(jī)啟動(dòng)正常，而#4燃機(jī)出現(xiàn)啟動(dòng)時(shí)因電流速斷保護(hù)而跳閘的現(xiàn)象。電源開(kāi)關(guān)6305啟動(dòng)數(shù)據(jù)如表3所示。

表3　#6燃機(jī)88CR電動(dòng)機(jī)電源6305啟動(dòng)數(shù)據(jù)Tab.3　Start data of the switch 6305 on type 88CR motor of No.6 machine

2故障原因分析和排查

電動(dòng)機(jī)88CR啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)兩種現(xiàn)象： ① 零起盤車；② 在盤車狀態(tài)下正常啟機(jī)。針對(duì)上述故障現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，本文進(jìn)行電氣和機(jī)械性能的分析[2]，從啟動(dòng)電壓、保護(hù)整定值、電氣回路接觸狀況、開(kāi)關(guān)機(jī)械特性質(zhì)量、電動(dòng)機(jī)質(zhì)量、繼電保護(hù)回路和裝置、電動(dòng)機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩等方面進(jìn)行排查。

(1) 啟動(dòng)電壓。根據(jù)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性可知[3]，在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)瞬間，加在定子繞組的電壓越高，其啟動(dòng)電流就越大。通常，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流是額定電流的4~7倍。同時(shí)，閉合的轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生有電流，該電流與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用，使轉(zhuǎn)子繞組受到電磁力F作用，進(jìn)而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩(電磁轉(zhuǎn)矩Me∝U2)大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)起來(lái)了。因此，電壓過(guò)高將使啟動(dòng)電流增大；反之，電壓過(guò)低，使電磁轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，也會(huì)出現(xiàn)啟動(dòng)電流過(guò)大的可能。

結(jié)合表2、3數(shù)據(jù)可知，在外部環(huán)境不變的情況下，啟動(dòng)電流跟加在定子繞組上的電壓成正相關(guān)。由于洪灣公司88CR電動(dòng)機(jī)在低于額定電壓(Ue)5%~10%的情況下運(yùn)行，故因啟動(dòng)電壓調(diào)整不合理造成啟動(dòng)電流過(guò)大的可能性可以排除。

(2) 保護(hù)整定值。保護(hù)整定值合理與否直接關(guān)系到電動(dòng)機(jī)能否可靠安全運(yùn)行。若整定值過(guò)大，將無(wú)法躲避危害電動(dòng)機(jī)的不利環(huán)境；若整定值過(guò)小，則可能經(jīng)常引起開(kāi)關(guān)誤跳，從而降低設(shè)備運(yùn)行的可靠性[4]。

由于洪灣公司的88CR電動(dòng)機(jī)是在低于5%~10%Ue的情況下運(yùn)行的，運(yùn)行電流顯然大于額定值，且運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，因此，在過(guò)熱保護(hù)整定值設(shè)置時(shí)，理論上應(yīng)考慮予以適當(dāng)調(diào)高。但是，88CR電動(dòng)機(jī)在滿足最小啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩時(shí)，調(diào)低電壓后會(huì)降低啟動(dòng)電流(類似于降壓?jiǎn)?dòng))，此時(shí)，理論上整定值可以適當(dāng)調(diào)小或不變(即廠家根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算出的整定值)。因此，若盲目調(diào)大保護(hù)整定值，可能會(huì)因保護(hù)過(guò)度而造成電動(dòng)機(jī)或開(kāi)關(guān)被燒毀。

此外，洪灣公司的電流速斷整定值已經(jīng)調(diào)至8.62Ie(Ie為額定電流)，故在正常情況下，電動(dòng)機(jī)正常啟動(dòng)時(shí)電流速斷整定值能夠躲過(guò)啟動(dòng)電流[5]。根據(jù)以往的運(yùn)行數(shù)據(jù)，啟動(dòng)電流約為730A時(shí)，出現(xiàn)電流速斷跳閘的現(xiàn)象相對(duì)較少(不考慮外部的惡劣環(huán)境)；但是，若啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)的外部環(huán)境非常惡劣，則在某種程度上使其負(fù)載變大，啟動(dòng)電流衰減較慢，若在40ms內(nèi)不能衰減到保護(hù)定值，則有可能導(dǎo)致保護(hù)動(dòng)作而跳閘。因此，因電流速斷保護(hù)的整定值設(shè)置過(guò)小引起跳閘可能性是存在的。

(3) 電氣回路接觸。檢查電氣回路絕緣是否正常，若合閘時(shí)，出現(xiàn)金屬、非金屬或擊穿性接地都會(huì)造成電流速斷或過(guò)流跳閘。根據(jù)故障情況可知，電動(dòng)機(jī)第1次啟動(dòng)不成功，第2次啟動(dòng)便成功，或電動(dòng)機(jī)因1h內(nèi)啟動(dòng)次數(shù)達(dá)到3次向燃機(jī)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，然后電源開(kāi)關(guān)6405跳閘(此時(shí)開(kāi)關(guān)面板只有ALARM報(bào)警，無(wú)TRIP報(bào)警信號(hào))；經(jīng)斷電復(fù)歸后，啟動(dòng)正常至并網(wǎng)。顯然，88CR電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中未出現(xiàn)過(guò)熱現(xiàn)象。

(4) 開(kāi)關(guān)機(jī)械特性質(zhì)量。當(dāng)88CR電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，正常啟動(dòng)電流(720~740A)較大，必然對(duì)額定值僅為630A的開(kāi)關(guān)造成一定的機(jī)械沖擊，長(zhǎng)期分合操作必然對(duì)電源開(kāi)關(guān)造成損害。若開(kāi)關(guān)特性本身存在問(wèn)題，如開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)配合不到位或存在受力偏移，特別是傳動(dòng)桿、絕緣桿與帶動(dòng)觸頭動(dòng)作的導(dǎo)電桿連貫動(dòng)作時(shí)出現(xiàn)間隙錯(cuò)位，將導(dǎo)致合閘時(shí)出現(xiàn)三相合閘不同期的現(xiàn)象；此外，當(dāng)開(kāi)關(guān)合閘時(shí)，由于觸頭彈簧彈力下降、拐臂和軸銷間隙磨損變大，將引起開(kāi)關(guān)合閘時(shí)彈跳時(shí)間過(guò)長(zhǎng)(技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為真空斷路器觸頭彈跳時(shí)間≤2ms)，長(zhǎng)期如此將導(dǎo)致觸頭燒壞或熔焊，進(jìn)而造成開(kāi)關(guān)動(dòng)、靜觸頭接觸電阻變大或三相直阻不平衡，引起開(kāi)關(guān)合閘后接觸不良或三相動(dòng)作機(jī)構(gòu)不靈活、以及三相合閘時(shí)間相差較大，造成啟動(dòng)電流過(guò)大，速斷跳閘[6-8]。真空開(kāi)關(guān)故障發(fā)生部位及幾率如表4所示[9]。

表4　真空開(kāi)關(guān)故障發(fā)生部位及發(fā)生幾率對(duì)比Tab.4　Comparison of fault parts and occurrenceprobability of the vacuum switch

將#4與#6燃機(jī)的88CR電動(dòng)機(jī)電源開(kāi)關(guān)對(duì)調(diào)，短時(shí)間觀察，#6燃機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行正常，而#4燃機(jī)啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)故障，且在短短3次啟動(dòng)中出現(xiàn)2次啟動(dòng)電流速斷跳閘故障，這說(shuō)明： ① #6燃機(jī)88CR電動(dòng)機(jī)電氣回路正常；② 88CR電動(dòng)機(jī)電源開(kāi)關(guān)6405存在故障。因此，可初步判斷電源開(kāi)關(guān)6405故障的可能性較大。

(5) 電動(dòng)機(jī)質(zhì)量。由于電動(dòng)機(jī)運(yùn)行環(huán)境完全符合其運(yùn)行的參數(shù)要求，且測(cè)得電動(dòng)機(jī)繞組的相間、相對(duì)地絕緣和直阻正常，此外，軸承、轉(zhuǎn)子和風(fēng)扇等輔助部件都正常，故可基本排除電動(dòng)機(jī)運(yùn)行環(huán)境的問(wèn)題。另外，電動(dòng)機(jī)的檢查數(shù)據(jù)中也未發(fā)現(xiàn)其有異?，F(xiàn)象，且電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，運(yùn)行電流、聲音、振動(dòng)、發(fā)熱等也都正常。因而，基本上可以斷定電動(dòng)機(jī)質(zhì)量沒(méi)有問(wèn)題。

(6) 繼電保護(hù)回路和裝置。88CR電動(dòng)機(jī)二次回路接線良好，電流互感器TA特性良好，測(cè)量誤差在其允許范圍內(nèi)，能真實(shí)準(zhǔn)確地反映一次回路的電流；同時(shí)，二次電流輸入繼電保護(hù)裝置應(yīng)準(zhǔn)確無(wú)誤，保證其輸入保護(hù)采樣值的連續(xù)和準(zhǔn)確，以及保護(hù)裝置軟硬件工作正常[10-11]。若不能真實(shí)、可靠地反映電動(dòng)機(jī)的一次運(yùn)行電流，將其一次電流誤放大，則有可能引起電流速斷跳閘。

(7) 電動(dòng)機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩。在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)及運(yùn)行過(guò)程中，其負(fù)載起著阻力力矩的作用。在正常的啟動(dòng)狀態(tài)下，電動(dòng)機(jī)的電磁力矩大于阻力力矩。但由于機(jī)械設(shè)備的故障造成負(fù)載阻力力矩增大或存在使負(fù)載阻力力矩增大的不正常啟動(dòng)條件時(shí)，負(fù)載則會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)帶來(lái)很大的影響。若負(fù)載的機(jī)械部分處在不易啟動(dòng)的死區(qū)，則在已盤車狀態(tài)下啟動(dòng)88CR電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)電流速斷跳閘的可能性就很?。欢诹銌⒈P車時(shí)啟動(dòng)88CR會(huì)出現(xiàn)電流速斷跳閘的現(xiàn)象。從零啟盤車的故障情況看，每次都是第一次啟動(dòng)時(shí)跳閘，因此，負(fù)載轉(zhuǎn)矩過(guò)大的可能性還是存在的。另外，因環(huán)境溫度低導(dǎo)致潤(rùn)滑油粘度太高或潤(rùn)滑不良也可能造成負(fù)載轉(zhuǎn)矩過(guò)大；但是，在已盤車狀態(tài)下啟動(dòng)88CR出現(xiàn)該現(xiàn)象的可能性較小。

其次，當(dāng)盤車電動(dòng)機(jī)88TG停后，88CR啟動(dòng)后2s，液力變扭器充油電磁閥20TU-1才帶電進(jìn)行充油，此前20TU-1一直處于失電泄油狀態(tài)，且電機(jī)88TM將扭矩角度由43°調(diào)至68°，該過(guò)程雖然時(shí)間較短，但若匹配不好，即角度變化過(guò)程中卸油未完全，則可能額外增加88CR電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩[12]。

3故障處理

通過(guò)上述電氣和機(jī)械方面的分析，本文采取以下措施進(jìn)行檢查，并找到了保護(hù)動(dòng)作頻現(xiàn)的原因。

(1) 對(duì)88CR進(jìn)行電氣回路整體檢查，測(cè)得對(duì)地絕緣值R15S=348MΩ，R60S=1176MΩ，吸收比K=3.379，同時(shí)測(cè)得電動(dòng)機(jī)、電纜直阻、相間平衡、絕緣和直阻暫未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，除非直阻偏小才可能造成電流過(guò)大，但這種情況已排除。

(2) 對(duì)6405開(kāi)關(guān)進(jìn)行全面檢查，并進(jìn)行開(kāi)關(guān)的機(jī)械特性試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)分、合閘機(jī)械特性狀態(tài)良好，同期效果也較好，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表5所示。

表5　6405開(kāi)關(guān)合閘機(jī)械特性試驗(yàn)Tab.5　Test of mechanical properties of 6405 switch closing

(3) 對(duì)#6燃機(jī)88CR電動(dòng)機(jī)繼電保護(hù)回路和保護(hù)裝置進(jìn)行校驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并將電源開(kāi)關(guān)6405與6305對(duì)換，則6#燃機(jī)啟動(dòng)正常，故繼電保護(hù)回路和保護(hù)裝置故障的可能性可以排除。

(4) 對(duì)燃機(jī)啟機(jī)程序、20TU-1充油電磁閥、88TM和液力變扭器進(jìn)行檢查，均未發(fā)現(xiàn)異常[13]；此外，運(yùn)行時(shí)，潤(rùn)滑油溫度控制在規(guī)定范圍內(nèi)，因此，電動(dòng)機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩基本恒定。由此可見(jiàn)，因負(fù)載增加過(guò)大而引起啟動(dòng)電流過(guò)大的可能性可以排除。

(5) 對(duì)#6燃機(jī)88CR電動(dòng)機(jī)的電流錄波發(fā)現(xiàn)，啟動(dòng)電流約為 1060A，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于保護(hù)定值 880A；這是由于電動(dòng)機(jī)負(fù)載過(guò)大，導(dǎo)致啟動(dòng)電流衰減較慢，運(yùn)行40ms后電流仍為880A左右，因而，導(dǎo)致保護(hù)電流速斷跳閘。

由上述故障處理可知，電動(dòng)機(jī)速斷保護(hù)頻動(dòng)的原因是保護(hù)整定值設(shè)置不合理造成的。電動(dòng)機(jī)速斷保護(hù)的整定原則是要躲過(guò)啟動(dòng)時(shí)的最大電流，在無(wú)法預(yù)知電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流的情況下，電流一般取為額定電流的5～7倍，通常按7Ie計(jì)算[14]。如取1.5倍可靠系數(shù)的話，則速斷保護(hù)的整定值為10.5Ie。在實(shí)際應(yīng)用中，個(gè)別電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流會(huì)大于7Ie，甚至更大[15]，因此，需要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)整定。經(jīng)調(diào)整，當(dāng)電流整定值達(dá)到9Ie后，88CR電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)均正常，未再出現(xiàn)電流速斷保護(hù)誤動(dòng)跳閘的情況。

4結(jié)語(yǔ)

燃機(jī)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)88CR啟動(dòng)時(shí)頻繁出現(xiàn)電流速斷保護(hù)動(dòng)作故障，較大影響了機(jī)組的啟動(dòng)可靠性，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析，以及從電氣、機(jī)械特性的檢查和試驗(yàn)，進(jìn)一步查找到電流速斷保護(hù)誤動(dòng)的原因，主要是由于電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)負(fù)載大，啟動(dòng)電流衰減較慢，速斷保護(hù)整定值偏小無(wú)法躲過(guò)啟動(dòng)的瞬時(shí)大電流造成的。通過(guò)適當(dāng)調(diào)大電流整定值，88CR電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行正常，因此，徹底消除了該電動(dòng)機(jī)電流速斷保護(hù)誤動(dòng)的隱患，改善了機(jī)組的啟動(dòng)可靠性，同時(shí)，也對(duì)9E燃?xì)鈾C(jī)組相同類型的故障處理提供了一定的參考。

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Analysis and Processing of an Accident of Instantaneous Current Tripin a Gas Turbine Start Motor

WANGChengping

(Zhuhai Shenzhen Energy Hongwan Power Co., Ltd., Zhuhai 519060， Guangdong, China)

Abstract:This paper analyzes a motor current instantaneous protection frequency trip accident. The cause of the accident is studied in detail from the electrical and mechanical characteristics. The fault is dealt with according to the actual operation of the motor. It is determined that the main reason of tripping that, when the motor starts, the instant current decay time is longer than that without load. By adjust the setting values, the problem of start motor current instantaneous trip protection is resolved.

Key words:gas turbine； start motor; current instantaneous trip protection; fault treatment

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:

中圖分類號(hào):TM 774.2

文章編號(hào)2095 - 0020(2015)01 -0058 - 05

作者簡(jiǎn)介：王成平(1983-)，男，助理工程師，主要研究方向?yàn)殡姎馍a(chǎn)運(yùn)行管理，E-mail： xiaoping0127@126.com

收稿日期：2015 - 01 - 25