给水泵过流跳闸事故分析.pdf

莱钢科技 第 4期( 总第 1 4 8期 ) 给水泵过流跳闸事故分析 李增光，李传纪，王新娣，关彦华，徐国强 ( 热电厂 ) 摘要 ： 主要针对给水泵电机在负荷 突变， 变频 器 自动由变频运行切换到工频运行时， 上级断 路器过流跳 闸的问题进行原 因分析 ， 并根据分析的原 因进行 了改造， 提 高了给水泵电机的运行 可靠性。 ’ 关键词 ： 变频切换工频 剩余 电压 非同期并列 过流 0 前言 莱钢股份热 电厂老 区现有 电动给水泵 、 汽动给 水泵共计 1 4台 ， 其中 4 、 5 给水泵采用变频控制 ， 自 1 9 9 9年投运 以来两台给水泵 均多次出现 由变频运 行切换到工频运行时 ， 上级断路器过流跳闸， 给水泵 停运 ， 造成锅炉给水系统因瞬间缺水而减负荷或被 迫停炉事故。 1 事故分析 1 ． 1 电动机失电瞬间 正常运行的异步电动机在突然失去外加电源电 压后 ， 转子 电流将在定子绕组 中产生感应 电压。该 感应 电压并不立 即减小到零 ， 而是能保持一定 的时 问 ， 此 电压称为失 电残余电压 ， 简称失电残压。 1 ． 1 ． 1 异步电机失电残余电压的产生 异步 电机突然失去外加 电源电压后 ， 定 子电流 突然降为零 ， 定 子 电流产 生的旋转磁 势 F也 降为 零 ； 但因定转子绕组的磁通不能突变 ， 所 以对转子来 说 ， 在转子 回路中产生瞬时感生电流 ， 抵消定子电流 突然消失引起磁通 的变化 ， 以维持磁通不突变。这 一 电流按转子绕组 时间常数衰减 ， 是缓 变的直流电 流。转子绕组 电流产生的磁场 与转子相对静止 ， 对 定子绕组则以 ∞ 转速旋转 ； 定子绕组 中感应 电动势 E ． 的频率为 ( 1 一s ) ( 1 ) 。 ， E ． 即为异步电机 的定子端 失电残余 电压。一般工程上测量线电压较方便 ， 所 以这里失 电残压指线电压 ， 以 U r e s 表示。随着转子绕 组直流电流的衰减以及电机转速的下 降， U 的幅值 作者简介： 李增光 ( 1 9 8 2一) ， 男 ， 2 0 0 5 牛业于山东水利职、 学 院机 电一体化专 业。主 要从事电气没备的试验及维修工作。 3 0 不断减小 ， 频率也不断下降。 1 ． 1 ． 2 失电残压的频率突变 在异步电机失电前后 ，机端电压的频率将发生 突变 。在失电前 ，其频率是 电源频率 ( 5 0 H z ) ； 失 电后 ，由于转子绕组中的电流是缓慢衰减的直流电 流 ，这时异步电机类似于同步发电机 ，其定子绕组 失电残压频率主要 由电机的结构 ( 极对数 )和转 子的转速决定。如失 电前 电机运行 的转差率 S为 0 ． 0 4 ，机端电压 的频 率将 由 5 0 Hz突然下 降至 4 8 Hz 。 1 ． 1 ． 3 异步电机失电残压模型 对理想 的三相异步 电机 ， 定子电压矩 阵可写成 下列形式 M 。=p +R。 i 、 “ 6 = p + R 6 i 6 ； ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ( 1 ) “ =p +R i J 式中 、 1 I ， 、 、 l ， 一定子绕组磁链 则电机的电压为 M =“。 一 M 6 ： P ( q , o — )+( R i 一 R 6 i 6 ) 1 ： 6 一 M = p ( 一 ) +( R 6 i 6 一R i )J ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ( 2 ) 电机失 电瞬 问， 定转子回路 电流值 、 机械转速 、 位置角等均保留下来 ； 失电后 ， 定子电流变为零。根 据瞬问磁链守恒原理 Lf s l m+L rrl r o =1 l ， T o 一 = T o = L Ur l r=L t L rsl s o+I m 式 中 I +I 一分别为失 电前的定子 回路 、 转子 回路电流 I 一 失电后转子回路电流 失电后 ， 式 ( 1 ) 和式( 2 ) 分别变为 莱钢科技 2 0 1 0年 8月 二 U 二 )．．．⋯ ⋯ 4 = u 一 = p ( 一 ) J 其中， 失电后定子磁链为 由十 转 于 电 j 盘为 零 ， 有 0=孚 则 d I , =一 可 得 。 = [ ] ， r 一 ( E a r - L br ) 尺 ， ，1 = [ 】，， 一 ( L br - L cr) 1R r，r J ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ( 6 ) 根据电机结构 、 绕组 、 材料等计算 电机各回路电 感 ， 然后根据式( 6 ) 进行计算 ， 可 以得到电机失 电残 压波形。图 1为 Y 9 0 S一4三相异步电机失 电残压 仿真计算图形 ， 可以看出， 失电残压的幅值是衰减的 弦波 图 1 电机 失电后定子端 电压仿真 波形 1 ． 1 ． 4失电残压实验测试 在电机实验室对 Y 9 0 S一 4三相异步 电机失 电 前后的电机端电压 ( 线 电压 ) 进行实测。图 2为其 实测数据的波形 ， 其 幅值是经传感器变换后 的毫伏 值( 图中失电前的幅值约 6 5 8 V) 。图 2 ( b ) 是从 图2 ( a ) 中截取的失电后定 子电压前几周 的波形 。比较 图 1与图2 ( b ) 可见 ， 所建立模型的计算结果与实验 测试结果一致。 ( a ) 电机 失电前后定子端 电压波形 ＼ 、 ／、＼ 八 ／^＼ ● ●● ●● ● - f “⋯ ” l l I - V t ／ ms ( b ) 失 电后定子 电压前几周的波形 图 2 电机 失电前后定子端 电压 实测波形 通过上面分析可知 ， 异步 电机电源失电后一段 时间内， 由于转子绕组 电流的存在， 在定子绕组中会 产生感应电势即失电残压。 1 ． 2工频合闸瞬间 上面对异步电动机失电瞬间的过程进行理论分 析， 由分析可知三相异步电动机失 电瞬间的运行状 态类似于三相同步发电机 ， 那么发 电机发 出的三相 交流电就存在一定 的电压 、 频率和波形 ， 当工频电源 与正运行在发电机状态 的三相异步电动机接通时 ， 若此时的发电机发 出的三相交流电跟工频电源相位 间的电压差 △u、 频率差 Af 与波形差较大时 ， 将会 引发断路器两侧的电源瞬问出现非 同期并列现象 ， 进而引发短路器两侧 的电源瞬间发生短路 ， 当短路 电流达到过流保护动作值时， 断路器过流保护动作 跳闸， 给水泵电机失 电停运 。 2 解决方案制定及实施 根据上面分析 ， 造成异步电动机过流跳闸的主 要原因是因为在变频切换工频 瞬间， 工频电源与异 步电动机的失电残压短路造成过流保护动作跳闸 ， 根据图 2 ( a ) 可以看出， 异步电动机失 电残压在失 电 后 0 ． 6 S 时间 内基本衰减 到零。据此 ， 2 0 0 9年 5月 2 8日， 决定在不改变原来 控制线路 的情 况下， 将原 31 姗 。 一 ～ ， ， l_ lI I ， - ●● J p p p = = = 0 6 C Ⅱ ， ● ● ● ● ， ●， ● ● J = = ： 李增光 ， 等： 给水泵过流跳闸事故分析 第 4期 ( 总第 1 4 8期 ) 来用作变频故障报警及启动工频的中问继电器更换 为时间继电器。在变频故障或者负荷突变切换工频 时， 在变频器断开后 ， 经过短时问的延时 ( 根据现场 工艺 ， 整定时间为 1 ． 5 S ) 再切换至工频 ， 这样就有效 ( a ) 改造前 图 3 其 中， 上图中 K A1为原 中间继 电器接点 、 S J为 时间继电器接点。 3 结语 给水泵电机控制回路改造完成后 ， 现场模拟锅 炉给水工艺参数瞬问变化 ， 电动机瞬间由变频 运行 切换至工频运行试验 3次 ， 每一次都实现了切换成 避免 了异步电动机在失电残压未完全消失前人工频 电源造成的过流保护动作问题 。改造前 、 后原理见 图 3 。 ( b ) 改造后 原 理 图 功。通过近 1 0个 月 的实 际运行 情况 看 ，效果 良 好 ，在先后出现 的 5次变频切工频运行方式 变化 时 ，没有再 发生 断路 器过 流保护 动作 跳 闸事 故 ， 有效地确保 了给水泵电机的运行可靠性 ，为 以后 变频调节给水系统控制回路的设计 、改造提供 了 宝贵经验 。 特邀编辑 ： 杨爱华 An Ana l y s i s o f A W a t e r Su ppl y Pump Ov e r c ur r e n t Tr i p Ac c i de nt L i Z e n g g u a n g ， L i C h u a n j i ， Wa n g X i n d i ，G u a n Y a n h u a ， X u G u o q i a n g ( T h e T h e r ma l P o w e r P l a n t ) Abs t r ac t ： Ai me d a t t h e c a u s e s o f o v e r e u r r e n t t r i p s i n h i g h — l e v e l c u r r e n t b r e a k e r s o f t h e wa t e r s u p pl y p u mp e l e c t r i c mo t o r s whe n t h e i r l o a d s c h a n g e d s u d d e n l y a n d t h e i r fre qu e n c y t r a n s f o r me r s we r e a u t o ma t i c a l l y c h a n g i n g o v e r f r o m fre q ue n c y — c o n v e r s i o n t o po we r fre q u e n c y， a n a n a l y s i S wa s c a r r i e d o u t ，ba s e d o n wh i c h a t r a n s f o rm a t i o n wa s ma d e， i mp r o v i n g t h e r e l i a b i l i t y i n t h e mo v i n g o f t h e wa t e r s u p p l y pu mp e l e c t r i c mo — t o r s ． Ke y wo r ds： c h a n g i n g o v e r f r o m fre q u e n c y c o n v e r s i o n t o p o we r fre q u e n c y；r e s i d u a l v o l t a g e；a s y n c hr o n o u s i u x t a p o s i t i o n；o v e r e u r r e u t 3 2 山 钢 经 营 宗 旨 精 品 赢 得 市 场 市 场 创 造 未 来