金福鑫
(中國(guó)石油天然氣股份有限公司錦西石化公司電氣車(chē)間,遼寧葫蘆島125001)
高壓水泵電機(jī)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)水泵電機(jī))是2010年延遲焦化隱患整改項(xiàng)目中,新增加的高壓電機(jī),由高壓間6kV 母線直接供電。這臺(tái)電機(jī)采用的是開(kāi)關(guān)變壓器式高壓電機(jī)軟啟動(dòng)裝置進(jìn)行起動(dòng)的。水泵電機(jī)自投入運(yùn)行以來(lái)在高壓間母線電壓低時(shí)先后幾次在繼電保護(hù)方面出現(xiàn)起動(dòng)超時(shí)、過(guò)流保護(hù)動(dòng)作跳閘的事故,不能正常起動(dòng),本文結(jié)合水泵電機(jī)的繼電保護(hù)設(shè)定值,對(duì)不同電壓下水泵電機(jī)的起動(dòng)過(guò)程中電壓降進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算,找出起動(dòng)失敗的原因,并對(duì)解決方案進(jìn)行分析探討。
水泵電機(jī)起動(dòng)方式是用開(kāi)關(guān)變壓器的高壓繞組與電機(jī)串聯(lián),低壓繞組與可控硅和控制系統(tǒng)相連,通過(guò)控制晶閘管的導(dǎo)通角,改變低壓側(cè)的電壓來(lái)改變高壓側(cè)的電壓,即可實(shí)現(xiàn)電機(jī)端電壓從零電壓到額定電壓的變化,將電機(jī)逐步平滑加速到額定速度,電機(jī)達(dá)到額定速度之后,電機(jī)起動(dòng)電流開(kāi)始下降,當(dāng)下降到設(shè)定值時(shí),將電機(jī)切換到運(yùn)行回路,完成軟啟動(dòng)過(guò)程。水泵電機(jī)起動(dòng)時(shí),3605 運(yùn)行柜斷路器合閘,其常開(kāi)接點(diǎn)聯(lián)鎖合3601隔離柜斷路器,電機(jī)軟啟動(dòng)開(kāi)始。當(dāng)軟啟動(dòng)柜檢測(cè)到電機(jī)電流下降到預(yù)設(shè)值時(shí)或時(shí)間到預(yù)設(shè)值時(shí)發(fā)出合3603 星點(diǎn)柜命令,3603 柜斷路器合閘,并將3601 斷路器分閘,使開(kāi)關(guān)變壓器從電網(wǎng)脫離,電機(jī)軟啟動(dòng)結(jié)束,進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài),如圖1 所示。
圖1 水泵電機(jī)配電一次系統(tǒng)圖
額定功率:3400kW;額定電壓:6kV;功率因數(shù):0.87;轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量:255kg.m2;額 定 轉(zhuǎn) 速:1495rpm;起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù):0.5;最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù):1.8;堵轉(zhuǎn)電流:6.5;負(fù)載參數(shù):轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:30kg.m2。
開(kāi)關(guān)變壓器容量:2500kVA,阻抗:3.9%;采用恒流方式;大于3.6In 時(shí)直接跳閘;在起動(dòng)過(guò)程中,大于1.2Un 或者小于0.8Un 時(shí)直接跳閘;40s內(nèi)起動(dòng)不起來(lái),則直接跳閘。
過(guò)流保護(hù):定時(shí)限,600A,24s 跳閘,速斷保護(hù):定時(shí)限,2220A,0s 跳閘,差動(dòng)138A,0s 跳閘。
水泵電機(jī)起動(dòng)失敗時(shí)均出現(xiàn)了3603 星點(diǎn)柜未合閘,3601 隔離柜未跳閘狀態(tài),而3605 運(yùn)行柜綜合保護(hù)器面板上顯示相過(guò)流故障、起動(dòng)超時(shí),說(shuō)明軟啟動(dòng)過(guò)程尚未結(jié)束過(guò)流保護(hù)就已動(dòng)作。
通過(guò)調(diào)取高壓綜合保護(hù)器兩次跳閘時(shí)的錄波文件,提取出水泵電機(jī)起動(dòng)前和起動(dòng)跳閘時(shí)刻的電壓、電流值,見(jiàn)表1。
表1 水泵電機(jī)跳閘時(shí)電壓電流記錄表
從表1 可以看出,水泵電機(jī)起動(dòng)前電壓較低,而根據(jù)軟啟動(dòng)廠家計(jì)算可知此臺(tái)電機(jī)起動(dòng)時(shí)電壓要從0.4U 起調(diào),滿足0.4U ~0.7U 的平均轉(zhuǎn)矩—轉(zhuǎn)速曲線,這時(shí)當(dāng)系統(tǒng)電壓為6kV 時(shí)起動(dòng)時(shí)間為△t=34.8s,最大起動(dòng)電流為3.31 倍額定電流。這是正常電壓下的起動(dòng)數(shù)據(jù)。這時(shí)電機(jī)起動(dòng)時(shí)電壓波動(dòng)率和電機(jī)端電壓計(jì)算如下
設(shè)高壓間母線電壓為6kV,短路容量為71.3MVA計(jì)算,則系統(tǒng)等效阻抗為XL=Un2/Sf=36×106/(71.3×106)=0.5Ω 6kV 母線電壓波動(dòng)率
電機(jī)端電壓的計(jì)算
根據(jù)上述計(jì)算,可以按3.31Ie 完成起動(dòng),開(kāi)關(guān)變壓器的短路壓降為4%,最大電流時(shí)壓降為13.24%,則最大電流時(shí)電機(jī)端電壓為電機(jī)端電壓:100%-13.24%-13.97%=72.79%。
當(dāng)系統(tǒng)電壓降為6000V、5950V、5900V、5850V 時(shí),按上述方式計(jì)算各端電壓見(jiàn)表2。
表2 各電壓下機(jī)端電壓計(jì)算值
由表2 可看出,由于系統(tǒng)電壓過(guò)低,導(dǎo)致電機(jī)端電壓降低,遠(yuǎn)低于0.85U,由于轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比造成起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)低于0.5,轉(zhuǎn)矩不夠至使起動(dòng)電流長(zhǎng)時(shí)間降不下來(lái),超過(guò)過(guò)流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間32s,使過(guò)流保護(hù)動(dòng)作跳閘。
通過(guò)調(diào)取軟啟動(dòng)柜的起動(dòng)曲線也發(fā)現(xiàn)起動(dòng)成功時(shí)的起動(dòng)時(shí)間僅為25.5s ~26.4s,電流就降下來(lái),而起動(dòng)失敗時(shí)的起動(dòng)時(shí)間為35.5s 時(shí),電流仍然為1085/391=2.77 倍額定電流還降不下來(lái),導(dǎo)致過(guò)流保護(hù)動(dòng)作跳閘,所以水泵電機(jī)無(wú)法正常起動(dòng)的根本原因就在于起動(dòng)前系統(tǒng)電壓過(guò)低。
通過(guò)上述論述,解決水泵電機(jī)無(wú)法正常起動(dòng)的途徑可以通過(guò)改變保護(hù)定值或提高高壓間的母線電壓。下面就這兩方面進(jìn)行分析與探討。
水泵電機(jī)軟啟動(dòng)采用的是恒流方式,起動(dòng)倍數(shù)限定在3.2 倍,在起動(dòng)過(guò)程中,系統(tǒng)電壓大于1.2Un 或者小于0.8Un 時(shí)直接跳閘(Un=6kV);40s 內(nèi)起動(dòng)不起來(lái),則直接跳閘。
根據(jù)軟啟動(dòng)的數(shù)據(jù),可以將水泵電機(jī)過(guò)流保護(hù)時(shí)間延長(zhǎng)為40s,即600A,40s 跳閘。這種方法僅適用于系統(tǒng)電壓降低不多的情況,當(dāng)系統(tǒng)電壓波動(dòng)大時(shí)不能保證電機(jī)起動(dòng)成功。同時(shí)還必須保證焦化母線電壓不能低于85%,即系統(tǒng)電壓不能低于5078V/0.85=5974V。否則會(huì)對(duì)同一段上的其他電氣設(shè)備造成影響。
高壓間從總降經(jīng)電抗器配出,由3 根3×240 長(zhǎng)度1120m 的電纜供電。由于電纜長(zhǎng)度較長(zhǎng),電壓損失較多,且高壓間所帶高壓電機(jī)較多,功率因數(shù)較低,經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際考察,發(fā)現(xiàn)高壓間兩段的功率因數(shù)分別為0.86 和0.87,因此采用補(bǔ)償電容器對(duì)高壓間就地進(jìn)行合理的補(bǔ)償,降低線路電壓損失,提高功率因數(shù),進(jìn)而提高高壓間的電壓。
3.2.1 用補(bǔ)償后功率因數(shù)按0.9 考慮進(jìn)行補(bǔ)償
焦化高壓間進(jìn)線電流互感器800/5,最大負(fù)荷按800A 考慮
Q=1.732×Ue×Ig×(tgΦ1-tgΦ2)=1.732×6×800(0.593-0.484)=906(kVar)式中,Ig—最大有功電流,A;tgΦ1、tgΦ2—補(bǔ)償前后功率因數(shù)角的正切值。
3.2.2 按提高電壓補(bǔ)償線路電壓降考慮
從總降到高壓間的線路壓降經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)表計(jì)顯示為60V,電抗器為1000A,7.5%,阻抗為0.26Ω,電纜阻抗為0.03Ω,若補(bǔ)償?shù)诫妷褐禐?kV,則,
Q=ΔU×U2/X=60×6/0.29=1241(kVar)式中,ΔU—需要提高的電壓值,V;U2—需要達(dá)到的電壓值,kV;X—線路電抗。
根據(jù)以上計(jì)算可以用1200kVar 補(bǔ)償即可。
水泵電機(jī)容量大,且屬于帶載起動(dòng),尤其是其配電系統(tǒng)中的開(kāi)關(guān)變壓器本身就是一種降壓起動(dòng)方式,為保證電機(jī)能正常起動(dòng),當(dāng)電壓降低不多時(shí),可適當(dāng)延長(zhǎng)過(guò)流時(shí)限,但從根本上還應(yīng)采用補(bǔ)償電容器對(duì)高壓間就地進(jìn)行合理的補(bǔ)償,提高供電電壓,進(jìn)行繼電保護(hù),使得水泵電機(jī)能夠正常起動(dòng)運(yùn)行。
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