某項目90kw籠型電機啟動時保護誤動的分析

屈振華

（金誠信礦山工程設計院有限公司，北京 100700）

1 電機起動簡述

電機啟動需要考慮的問題較多，首先要確認電機啟動的方式，一般分為全壓啟動（直接啟動）、降壓啟動和變頻啟動三種，其中降壓啟動又分為星形-三角形降壓啟動，電阻降壓啟動，電抗器降壓啟動，自耦變壓器降壓啟動，晶閘管降壓軟起動等方式。其次，電機啟動需與電機保護相配合，要保證電機正常啟動時保護不動作，啟動超時或啟動過程中發(fā)生故障時保護動作。

籠型電動機啟動過程中電流是隨著轉(zhuǎn)速變化的，接通后暫態(tài)過程與短路類似，首先出現(xiàn)一個沖擊電流，峰值發(fā)生在第一半波，在第二、三周波內(nèi)急劇衰減。在隨后的絕大部分啟動時間內(nèi)，電流相對穩(wěn)定，但隨著轉(zhuǎn)速的升高而略有下降。在接近額定轉(zhuǎn)速時，電流迅速下降，啟動結(jié)束時，降至電動機額定電流或更低?；\型電動機啟動過程中轉(zhuǎn)速和電流曲線見圖1。

圖1 電機啟動特性曲線

電機啟動時啟動電流較大，用的最多的籠型電動機啟動電流一般為額定電流的4倍～8.4倍，而啟動過程中包括周期分量和非周期分量的全電流最大瞬時值，一般是啟動電流的2倍，個別可達到2.3倍，電機啟動時間一般在1s～15s之間，由于啟動電流很大，容易造成瞬時過電流繼電器或脫扣器動作，導致啟動失敗，甚至會使電流互感器過飽和，影響保護動作性能，意外跳閘。

電機啟動還應對變壓器過負荷進行校驗。若每晝夜啟動6次，每次啟動持續(xù)時間不超過15s，變壓器的負荷率小于90%時（或每次啟動持續(xù)時間不超過30s，變壓器的負荷率小于70%時），最大啟動電流允許值為變壓器額定電流的4倍。若若每晝夜啟動10次～12次（每次啟動時間和變壓器的負荷率同前），則允許最大啟動電流減小為變壓器額定電流的2倍～3倍。當不符合上述條件時，應加大變壓器的容量，而不應進一步降低啟動電壓的方法。降低啟動電壓會延長電機啟動時間，使變壓器過熱。

大型電機啟動還應考慮電動機及其啟動設備的動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定，啟動時的動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定電流應符合制造廠的標準。例如，電動機的啟動條件（全壓啟動和降壓啟動）和連續(xù)啟動次數(shù)（一般規(guī)定電機冷態(tài)連續(xù)啟動次數(shù)為3次，熱態(tài)連續(xù)啟動次數(shù)為2次）以及啟動設備的熱穩(wěn)定等。

2 事件描述與分析

某鉛鋅礦項目空壓機額定功率Pr=90kW,額定電壓Ur=380V,上游變壓器為10/0.4kV，2000kVA，經(jīng)計算采用直接啟動方式，保護采用智能型馬達保護器，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)無法啟動，屢次跳閘。

現(xiàn)場調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)空壓機單機不帶負載調(diào)試時能起動，啟動時保護器面板顯示接地故障電流Ig≈40A。電動機啟動完成后，面板顯示故障電流Ig=0A。但當帶負載調(diào)試時，無法起動空壓機，此時面板顯示故障電流Ig≈400A。

空壓機的短路故障保護采用斷路器瞬時脫扣保護，過載及接地故障保護采用電動機綜合保護器?？諌簷C額定電流及保護設置如下表。

表1 空壓機額定電流及保護設置的定值

首先分析電氣設備選型是否有問題，經(jīng)核查，斷路器為常熟CM5系塑殼開關額定電流為200A＞162A,馬達保護器為深圳中電PMC-550M系列，配電流互感器MTA-300A，接觸器為常熟產(chǎn)品CK3系列適用電機90kW，電氣設備選型沒有問題。

根據(jù)馬達保護器廠家資料，接地故障電流是通過計算得出，接地故障電流：Ig=Ia+Ib+Ic。

根據(jù)上述資料得知，設定的接地故障電流整定值為0.3Iset1=51A，當不帶負載時接地故障電流Ig≈40A小于整定值，故接地故障不動作，電動機能起動。但是帶負載起動時，接地故障電流Ig≈400A大于整定值，觸發(fā)保護動作，無法起動。所以綜保設定保護正常。

理想情況下，電動機運行時三相平衡，接地故障電流應該為0。根據(jù)空壓機不帶負載起動情況分析，空壓機起動后接地故障電流Ig為零。所以空壓機本身無問題，無接地故障。

變壓器一、二次側(cè)開關未跳閘，且變壓器容量足夠大，現(xiàn)場測得負荷率僅為50%，變壓器并無過載問題。

查資料得知，此電機堵轉(zhuǎn)電流倍數(shù)為5.8，啟動電流為5.8×162=939.6A，考慮非周期分量瞬時值為2.3×939.6=2161A，而斷路器的瞬時整定值為12×200=2400A＞2161A,斷路器整定并無問題。

通過進一步分析，起動過程中接地故障電流Ig一直保持著較大值，特別是在帶負載起動的情況下，接地故障電流急劇增大導致接地故障保護動作。從上面的分析知空壓機及線路本身無問題。故初步判斷，由于起動電流較大，通過電流互感器的一次側(cè)電流過大，引起CT飽和，導致波形畸變，其二次電流波形處在變壞的狀況下，三相的和電流即不平衡電流也就不再為零，所以面板顯示的Ig電流較大，致使接地故障保護誤動作。當起動結(jié)束后，通過電流互感器的一次側(cè)電流降低到額定電流值，故檢測顯示接地故障電流恢復正常。

綜上，問題出自于起動過程中因電流互感器過飽和、無法準確測量起動電流而導致誤動作。將綜保接地保護動作延時時間設定為7s，即躲過起動電流。重新設定綜保整定值后，再次對空壓機帶負載起動測試，空壓機啟動正常，沒有再發(fā)生保護誤動的現(xiàn)象，問題得以解決。

3 結(jié)論

電機啟動失敗原因很多，有些是啟動設備選型的原因，有些是保護整定的原因，檢查原因應首先從設備選型開始，檢查接觸器、斷路器等是否選的額定值過小，若設備選型沒問題，則要核對電機每種保護的整定值是否能夠躲過電機的正常啟動或整定是否錯誤，于此同時，設計人員還要和供應商索要電機主要參數(shù)，比如全壓和降壓時啟動電流倍數(shù)，額定電流，滿載和空載功率因數(shù)，啟動時間，堵轉(zhuǎn)允許時間等等，電機保護的整定需要這些參數(shù)，如不能提供則要根據(jù)經(jīng)驗選取類似電機的參數(shù)，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)試修改完善保護整定值，本次電機啟動失敗原因比較少見，對今后分析類似情況有參考意義。

選擇電動機回路電流互感器時，對于低壓電機我們一般按電機額定電流來選擇，即互感器一次側(cè)額定電流為電機額定電流的3/2倍，除此之外，還應核算電流互感器的容量，對于啟動電流大，啟動時間長的電動機保護回路應該選用準確等級較高的電流互感器。比如上述空壓機如選擇保護用電流互感器，變比300/1，準確等級為5P20，即可解決起動過程中的接地故障保護誤動作問題。