眾所周知，電動機頻繁啟動將導致絕緣材料劣化、縮短使用壽命。在正常情況下，電動機在冷狀態(tài)下允許啟動2-3次，電動機每次啟動間隔時間不得小于5分鐘；在熱狀態(tài)下允許啟動一次。

在事故處理時，可以多起動一次。并注意電動機溫度，降至環(huán)境溫度時再起動。220kW電動機允許在冷狀態(tài)下連續(xù)起動兩次。但是對于風機在啟動過程中，啟動電流大，在冷狀態(tài)下啟動一次，應在30-60分鐘后啟動第二次。

事故經(jīng)過

某日3時，電力監(jiān)控后臺突然收到故障報警信息，值班人員檢查發(fā)現(xiàn)A風機“零序過電壓I段動作”，“過流Ⅱ段動作跳A B C三相”，配電室檢查發(fā)現(xiàn)A風機開關柜跳閘燈亮，綜合保護繼電器Micom P241報過電流Ⅱ段動作。

停電后測量絕緣電阻，三相對地均為0MΩ，現(xiàn)場檢查A風機室內(nèi)有焦臭味，打開接線蓋，拆除電纜測量繞組絕緣電阻三相對地為零，風機解體后發(fā)現(xiàn)鼠籠斷條，定子繞組燒毀。同年某日22時，該風機再次發(fā)生轉(zhuǎn)子掃膛接地故障。

原因分析

該風機額定功率為900kW，額定電流為102.8A，事故發(fā)生時C相電壓最低為2464V，三相電流顯著增大，C相電流最高達4113.6A，穩(wěn)定接地電壓為300V左右，遠大于繼電器過流Ⅱ段設定值，判斷為C相接地短路，故障實時錄波如圖1所示。

該類型風機共有三臺，調(diào)閱另兩臺綜合保護繼電器P241實時數(shù)據(jù)，啟動電流為968.9A，已達9.4倍，遠遠超過設計規(guī)范和風機啟動電流限制要求。

圖1 P241綜合保護繼電器故障錄波圖

經(jīng)核實，工藝操作不規(guī)范，經(jīng)常遠程操控頻繁啟動該風機，風機啟動后不能滿足穩(wěn)定運行條件，儀控故障聯(lián)鎖發(fā)出跳車命令，風機跳閘后DCS系統(tǒng)再次循環(huán)啟動。

經(jīng)查證，該風機最高啟動頻次達到一小時二十六次之多，頻繁啟動使得該風機定子繞組長期過熱變形，絕緣老化最終導致風機燒毀，所以限制啟動次數(shù)勢在必行。

解決措施

該風機不適合于頻繁啟動，需重新選型更換。原風機經(jīng)常過負荷，額定功率增大為1120kW，更換為低損耗高效率異步電動機。

為防止工藝頻繁啟動電動機帶來設備危害，啟動回路中需增設啟動閉鎖和啟動限次功能。

MICOM P241繼電保護裝置具有保護、測量、控制和監(jiān)視功能，可為電動機提供短路、過載、堵轉(zhuǎn)、負序、接地、低電壓等全面的保護，在工礦企業(yè)中應用廣泛。

在風機控制設計圖中，P241繼電保護裝置原本帶啟動閉鎖和啟動限次功能，但只有在斷路器分閘時才生效，設計之初為防止斷路器輔助觸點工作不可靠，故在邏輯中將斷路器狀態(tài)監(jiān)測強制至“1”，如圖2所示。

此時電動機啟動閉鎖、啟動間隔、熱啟和冷啟限次限時功能均失效，不能有效避免工藝頻繁啟停風機。

圖2 原斷路器狀態(tài)監(jiān)測邏輯圖

該風機啟動控制回路如圖3所示。

圖3 風機控制原理圖

該風機有三種啟動方式：現(xiàn)場合閘、DCS啟動、聯(lián)鎖啟動。K86為電氣故障閉鎖繼電器，DL為斷路器輔助接點，HQ為合閘繼電器，R6為P241輸出繼電器6，該風機通過R6來實現(xiàn)啟動限時限次閉鎖功能。

由于風機帶載啟動電流大，風機發(fā)熱，間隔60分鐘后重新啟動風機此時風機已冷卻，符合啟動條件。經(jīng)與工藝協(xié)商確定每小時限制啟動風機一次。技術人員在現(xiàn)場調(diào)研后，確定在不改變原邏輯的基礎上通過增設鎖存器實現(xiàn)限時啟動功能。

P241繼電保護裝置內(nèi)部不帶鎖存器，沒有虛擬鎖存變量，但可以借助指示燈或輸出繼電器實現(xiàn)鎖存功能。進行反復研究和探討，不斷改進完善，最終通過P241繼電保護裝置有限的控制功能實現(xiàn)了風機限時啟動閉鎖功能。重新優(yōu)化后的風機啟動閉鎖邏輯框圖見圖4所示。

圖4 P241裝置限時啟動閉鎖邏輯圖

執(zhí)行送電操作后斷路器在工作位，處于熱備用分閘狀態(tài)。合上控制電源開關，P241繼電保護裝置初次上電，LED3指示燈滅，延時0.5s后據(jù)閉鎖條件開放啟動閉鎖輸出繼電器6，此時可以隨時開啟風機。

不論工藝正常停機或設備故障，一旦斷路器分閘，通過LED3燈啟動鎖存，提前閉鎖初次上電邏輯回路，閉鎖啟動指示燈LED4亮，表明此時不能啟動風機，工藝人員必須等待60分鐘后，輸出繼電器6開放，LED4燈滅，屆時方可重新啟動風機。

注：斷路器分閘后LED3燈以后恒亮。由于P241繼電保護裝置帶鎖存記憶功能，常規(guī)斷電方式不能對其進行復歸。若需緊急重啟風機，須在“查看記錄”菜單下按“復位指示”鍵復歸指示燈和各輸出繼電器。

歷時一年多來，該風機一直運行平穩(wěn)，再未出現(xiàn)類似設備故障使用效果良好。本次修訂適用于啟動時間較長的設備（如風機等），類似設備均可借鑒。

結束語

解決此類問題方法很多，充分發(fā)掘和利用現(xiàn)有資源，簡化技術改造方案，將會大大減輕工作量，實現(xiàn)可持續(xù)生產(chǎn)。本案也為電氣控制和技術人員提供了一種新思路和新方法，值得大力推廣。

本文編自《電氣技術》，標題為“一例風機限時起動閉鎖控制應用案例”，作者為石鴻、王玉峰 等。