眾所周知，電動(dòng)機(jī)頻繁啟動(dòng)將導(dǎo)致絕緣材料劣化、縮短使用壽命。在正常情況下，電動(dòng)機(jī)在冷狀態(tài)下允許啟動(dòng)2-3次，電動(dòng)機(jī)每次啟動(dòng)間隔時(shí)間不得小于5分鐘；在熱狀態(tài)下允許啟動(dòng)一次。

在事故處理時(shí)，可以多起動(dòng)一次。并注意電動(dòng)機(jī)溫度，降至環(huán)境溫度時(shí)再起動(dòng)。220kW電動(dòng)機(jī)允許在冷狀態(tài)下連續(xù)起動(dòng)兩次。但是對(duì)于風(fēng)機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中，啟動(dòng)電流大，在冷狀態(tài)下啟動(dòng)一次，應(yīng)在30-60分鐘后啟動(dòng)第二次。

事故經(jīng)過(guò)

某日3時(shí)，電力監(jiān)控后臺(tái)突然收到故障報(bào)警信息，值班人員檢查發(fā)現(xiàn)A風(fēng)機(jī)“零序過(guò)電壓I段動(dòng)作”，“過(guò)流Ⅱ段動(dòng)作跳A B C三相”，配電室檢查發(fā)現(xiàn)A風(fēng)機(jī)開(kāi)關(guān)柜跳閘燈亮，綜合保護(hù)繼電器Micom P241報(bào)過(guò)電流Ⅱ段動(dòng)作。

停電后測(cè)量絕緣電阻，三相對(duì)地均為0MΩ，現(xiàn)場(chǎng)檢查A風(fēng)機(jī)室內(nèi)有焦臭味，打開(kāi)接線蓋，拆除電纜測(cè)量繞組絕緣電阻三相對(duì)地為零，風(fēng)機(jī)解體后發(fā)現(xiàn)鼠籠斷條，定子繞組燒毀。同年某日22時(shí)，該風(fēng)機(jī)再次發(fā)生轉(zhuǎn)子掃膛接地故障。

原因分析

該風(fēng)機(jī)額定功率為900kW，額定電流為102.8A，事故發(fā)生時(shí)C相電壓最低為2464V，三相電流顯著增大，C相電流最高達(dá)4113.6A，穩(wěn)定接地電壓為300V左右，遠(yuǎn)大于繼電器過(guò)流Ⅱ段設(shè)定值，判斷為C相接地短路，故障實(shí)時(shí)錄波如圖1所示。

該類型風(fēng)機(jī)共有三臺(tái)，調(diào)閱另兩臺(tái)綜合保護(hù)繼電器P241實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，啟動(dòng)電流為968.9A，已達(dá)9.4倍，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)范和風(fēng)機(jī)啟動(dòng)電流限制要求。

圖1 P241綜合保護(hù)繼電器故障錄波圖

經(jīng)核實(shí)，工藝操作不規(guī)范，經(jīng)常遠(yuǎn)程操控頻繁啟動(dòng)該風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后不能滿足穩(wěn)定運(yùn)行條件，儀控故障聯(lián)鎖發(fā)出跳車(chē)命令，風(fēng)機(jī)跳閘后DCS系統(tǒng)再次循環(huán)啟動(dòng)。

經(jīng)查證，該風(fēng)機(jī)最高啟動(dòng)頻次達(dá)到一小時(shí)二十六次之多，頻繁啟動(dòng)使得該風(fēng)機(jī)定子繞組長(zhǎng)期過(guò)熱變形，絕緣老化最終導(dǎo)致風(fēng)機(jī)燒毀，所以限制啟動(dòng)次數(shù)勢(shì)在必行。

解決措施

該風(fēng)機(jī)不適合于頻繁啟動(dòng)，需重新選型更換。原風(fēng)機(jī)經(jīng)常過(guò)負(fù)荷，額定功率增大為1120kW，更換為低損耗高效率異步電動(dòng)機(jī)。

為防止工藝頻繁啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)帶來(lái)設(shè)備危害，啟動(dòng)回路中需增設(shè)啟動(dòng)閉鎖和啟動(dòng)限次功能。

MICOM P241繼電保護(hù)裝置具有保護(hù)、測(cè)量、控制和監(jiān)視功能，可為電動(dòng)機(jī)提供短路、過(guò)載、堵轉(zhuǎn)、負(fù)序、接地、低電壓等全面的保護(hù)，在工礦企業(yè)中應(yīng)用廣泛。

在風(fēng)機(jī)控制設(shè)計(jì)圖中，P241繼電保護(hù)裝置原本帶啟動(dòng)閉鎖和啟動(dòng)限次功能，但只有在斷路器分閘時(shí)才生效，設(shè)計(jì)之初為防止斷路器輔助觸點(diǎn)工作不可靠，故在邏輯中將斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)強(qiáng)制至“1”，如圖2所示。

此時(shí)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)閉鎖、啟動(dòng)間隔、熱啟和冷啟限次限時(shí)功能均失效，不能有效避免工藝頻繁啟停風(fēng)機(jī)。

圖2 原斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)邏輯圖

該風(fēng)機(jī)啟動(dòng)控制回路如圖3所示。

圖3 風(fēng)機(jī)控制原理圖

該風(fēng)機(jī)有三種啟動(dòng)方式：現(xiàn)場(chǎng)合閘、DCS啟動(dòng)、聯(lián)鎖啟動(dòng)。K86為電氣故障閉鎖繼電器，DL為斷路器輔助接點(diǎn)，HQ為合閘繼電器，R6為P241輸出繼電器6，該風(fēng)機(jī)通過(guò)R6來(lái)實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)限時(shí)限次閉鎖功能。

由于風(fēng)機(jī)帶載啟動(dòng)電流大，風(fēng)機(jī)發(fā)熱，間隔60分鐘后重新啟動(dòng)風(fēng)機(jī)此時(shí)風(fēng)機(jī)已冷卻，符合啟動(dòng)條件。經(jīng)與工藝協(xié)商確定每小時(shí)限制啟動(dòng)風(fēng)機(jī)一次。技術(shù)人員在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研后，確定在不改變?cè)壿嫷幕A(chǔ)上通過(guò)增設(shè)鎖存器實(shí)現(xiàn)限時(shí)啟動(dòng)功能。

P241繼電保護(hù)裝置內(nèi)部不帶鎖存器，沒(méi)有虛擬鎖存變量，但可以借助指示燈或輸出繼電器實(shí)現(xiàn)鎖存功能。進(jìn)行反復(fù)研究和探討，不斷改進(jìn)完善，最終通過(guò)P241繼電保護(hù)裝置有限的控制功能實(shí)現(xiàn)了風(fēng)機(jī)限時(shí)啟動(dòng)閉鎖功能。重新優(yōu)化后的風(fēng)機(jī)啟動(dòng)閉鎖邏輯框圖見(jiàn)圖4所示。

圖4 P241裝置限時(shí)啟動(dòng)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(kāi)關(guān)，P241繼電保護(hù)裝置初次上電，LED3指示燈滅，延時(shí)0.5s后據(jù)閉鎖條件開(kāi)放啟動(dòng)閉鎖輸出繼電器6，此時(shí)可以隨時(shí)開(kāi)啟風(fēng)機(jī)。

不論工藝正常停機(jī)或設(shè)備故障，一旦斷路器分閘，通過(guò)LED3燈啟動(dòng)鎖存，提前閉鎖初次上電邏輯回路，閉鎖啟動(dòng)指示燈LED4亮，表明此時(shí)不能啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，工藝人員必須等待60分鐘后，輸出繼電器6開(kāi)放，LED4燈滅，屆時(shí)方可重新啟動(dòng)風(fēng)機(jī)。

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

歷時(shí)一年多來(lái)，該風(fēng)機(jī)一直運(yùn)行平穩(wěn)，再未出現(xiàn)類似設(shè)備故障使用效果良好。本次修訂適用于啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)的設(shè)備（如風(fēng)機(jī)等），類似設(shè)備均可借鑒。

結(jié)束語(yǔ)

解決此類問(wèn)題方法很多，充分發(fā)掘和利用現(xiàn)有資源，簡(jiǎn)化技術(shù)改造方案，將會(huì)大大減輕工作量，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)生產(chǎn)。本案也為電氣控制和技術(shù)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(shù)》，標(biāo)題為“一例風(fēng)機(jī)限時(shí)起動(dòng)閉鎖控制應(yīng)用案例”，作者為石鴻、王玉峰 等。