众所周知,电动机频繁启动将导致绝缘材料劣化、缩短使用寿命。在正常情况下,电动机在冷状态下允许启动2-3次,电动机每次启动间隔时间不得小于5分钟;在热状态下允许启动一次。
在事故处理时,可以多起动一次。并注意电动机温度,降至环境温度时再起动。220kW电动机允许在冷状态下连续起动两次。但是对于风机在启动过程中,启动电流大,在冷状态下启动一次,应在30-60分钟后启动第二次。
某日3时,电力监控后台突然收到故障报警信息,值班人员检查发现A风机“零序过电压I段动作”,“过流Ⅱ段动作跳A B C三相”,配电室检查发现A风机开关柜跳闸灯亮,综合保护继电器Micom P241报过电流Ⅱ段动作。
停电后测量绝缘电阻,三相对地均为0MΩ,现场检查A风机室内有焦臭味,打开接线盖,拆除电缆测量绕组绝缘电阻三相对地为零,风机解体后发现鼠笼断条,定子绕组烧毁。同年某日22时,该风机再次发生转子扫膛接地故障。
该风机额定功率为900kW,额定电流为102.8A,事故发生时C相电压最低为2464V,三相电流显著增大,C相电流最高达4113.6A,稳定接地电压为300V左右,远大于继电器过流Ⅱ段设定值,判断为C相接地短路,故障实时录波如图1所示。
该类型风机共有三台,调阅另两台综合保护继电器P241实时数据,启动电流为968.9A,已达9.4倍,远远超过设计规范和风机启动电流限制要求。
图1 P241综合保护继电器故障录波图
经核实,工艺操作不规范,经常远程操控频繁启动该风机,风机启动后不能满足稳定运行条件,仪控故障联锁发出跳车命令,风机跳闸后DCS系统再次循环启动。
经查证,该风机最高启动频次达到一小时二十六次之多,频繁启动使得该风机定子绕组长期过热变形,绝缘老化最终导致风机烧毁,所以限制启动次数势在必行。
该风机不适合于频繁启动,需重新选型更换。原风机经常过负荷,额定功率增大为1120kW,更换为低损耗高效率异步电动机。
为防止工艺频繁启动电动机带来设备危害,启动回路中需增设启动闭锁和启动限次功能。
MICOM P241继电保护装置具有保护、测量、控制和监视功能,可为电动机提供短路、过载、堵转、负序、接地、低电压等全面的保护,在工矿企业中应用广泛。
在风机控制设计图中,P241继电保护装置原本带启动闭锁和启动限次功能,但只有在断路器分闸时才生效,设计之初为防止断路器辅助触点工作不可靠,故在逻辑中将断路器状态监测强制至“1”,如图2所示。
此时电动机启动闭锁、启动间隔、热启和冷启限次限时功能均失效,不能有效避免工艺频繁启停风机。
图2 原断路器状态监测逻辑图
该风机启动控制回路如图3所示。
图3 风机控制原理图
该风机有三种启动方式:现场合闸、DCS启动、联锁启动。K86为电气故障闭锁继电器,DL为断路器辅助接点,HQ为合闸继电器,R6为P241输出继电器6,该风机通过R6来实现启动限时限次闭锁功能。
由于风机带载启动电流大,风机发热,间隔60分钟后重新启动风机此时风机已冷却,符合启动条件。经与工艺协商确定每小时限制启动风机一次。技术人员在现场调研后,确定在不改变原逻辑的基础上通过增设锁存器实现限时启动功能。
P241继电保护装置内部不带锁存器,没有虚拟锁存变量,但可以借助指示灯或输出继电器实现锁存功能。进行反复研究和探讨,不断改进完善,最终通过P241继电保护装置有限的控制功能实现了风机限时启动闭锁功能。重新优化后的风机启动闭锁逻辑框图见图4所示。
图4 P241装置限时启动闭锁逻辑图
执行送电操作后断路器在工作位,处于热备用分闸状态。合上控制电源开关,P241继电保护装置初次上电,LED3指示灯灭,延时0.5s后据闭锁条件开放启动闭锁输出继电器6,此时可以随时开启风机。
不论工艺正常停机或设备故障,一旦断路器分闸,通过LED3灯启动锁存,提前闭锁初次上电逻辑回路,闭锁启动指示灯LED4亮,表明此时不能启动风机,工艺人员必须等待60分钟后,输出继电器6开放,LED4灯灭,届时方可重新启动风机。
注:断路器分闸后LED3灯以后恒亮。由于P241继电保护装置带锁存记忆功能,常规断电方式不能对其进行复归。若需紧急重启风机,须在“查看记录”菜单下按“复位指示”键复归指示灯和各输出继电器。
历时一年多来,该风机一直运行平稳,再未出现类似设备故障使用效果良好。本次修订适用于启动时间较长的设备(如风机等),类似设备均可借鉴。
解决此类问题方法很多,充分发掘和利用现有资源,简化技术改造方案,将会大大减轻工作量,实现可持续生产。本案也为电气控制和技术人员提供了一种新思路和新方法,值得大力推广。
本文编自《电气技术》,标题为“一例风机限时起动闭锁控制应用案例”,作者为石鸿、王玉峰 等。