韶关市擎能设计有限公司 广东省 512000
摘要：电动机以其可调的功率因数和输出转矩以及对电网电压波动较不敏感等良好的运行性能在大功率电气传动领域独占鳌头。是驱动大型风机、水泵、压缩机、高炉鼓风机、短路实验机组的优选机型，更是抽水蓄能电站必不可少的关键设备。同步电机虽然有很多优点，但它的最大缺点是起动困难。文章主要针对调频电动机零序保护频繁启动原因分析及对方面进行详细分析，希望能给相关人士提供重要的参考价值。
关键词：调频电动机；零序保护；频繁
引言：现在对于大型同步电机的起动大都采用静止变频起动装置（SFC）。早期由于技术和条件的限制，全控型的功率器件如：可关断晶闸管（GTO）、绝缘栅双极晶体管（IGBT）等容量还不够大，静止变频起动装置（SFC）多数采用半控型电力电子器件——普通晶闸管。由于这种器件的开通可控而关断不可控，在逆变器中需要采用特殊的关断措施才能达到变频的目的。因此，针对静止变频器的同步电机起动大多采用自控式的控制方式（利用负载同步电机的交流反电势关断逆变器中的晶闸管）。变频装置需要在电机轴上安装转子位置检测器，使得整个变频装置不便于安装，而控制系统也相对复杂。近来由于大功率器件的迅猛发展，像GTO、IGBT等全控型电力电子器件得以更广泛的使用。由晶闸管构成的原静止变频起动装置（SFC）可由IGBT等功率器件代替。利用这种变频器对同步电机起动进行开环恒压频比控制，就大大简化了原来的SFC系统，同时这种开环变频起动能够应用在不同的同步电机上，使其更具有普遍性和广泛性。
1.故障现象
某公司一台10kV高压变频电动机，加装零序电流保护，零序电流互感器为穿心式，电动机由三相电缆供电。变频电动机未见故障，故障录波正常；电动机变频调速过程中，零序保护频繁启动但未动作。观察电动机电流和功率波形，未见异常。电动机电流和功率波形如图1所示（上侧为电流波形，下侧为功率波形）。
图1.电动机电流和功率波形图：
2.起动过程的理论
调频起动方法的实质是设法改变定子旋转磁场的转速，以利用定、转子磁场间的同步转矩来起动。为此，开始起动时，需把调频电源的频率调得很低，使定子三相电流所产生的旋转磁场转得极慢，定、转子磁场间能产生一定的平均同步转矩而不致滑极。调频起动的步骤为：向转子加上直流励磁，定子电流的频率从零开始逐步向上增加，直至额定频率为止。这样，转子的转速就将随着定子磁场旋转速度的逐步上升而同增加，直到额定转速[1]。同时，低频同步起动过程，实质上是个连续拉入同步的过程。在电动机牵入同步之前，定子磁场的旋转速度和转子的旋转速度差要保证在一定范围内才能使电动机顺利地牵入同步。如同步电动机的磁极对数为p，则有如下关系：θ=p⋅α，ω=p⋅Ω。其中α为实际的机械角；Ω为角速度；θ为电角度；ω为转子角频率。
3.零序保护原理
在中性点非直接接地电网中的高压电动机，当电网对地电容很大，电动机内部接地时，接地电容电流较大，若危及电动机的绝缘与安全运行，则应当装设反映接地故障的零序电流保护。零序保护由零序电流互感器、零序继电器、信号继电器和中间继电器组成，最后一级中间继电器是执行元件，接通跳闸回路。其中，零序电流互感器为穿心式电流互感器，三相负荷电缆穿过其中。当设备正常工作时，I•A+I•B+I•C=0，零序电流互感器不输出信号，保护回路不动作。当电路中出现接地、短路等情况时，穿过零序电流互感器的三相电流相量和不为零。若该数值大于零序保护整定值，零序电流互感器就会输出一个信号，保护回路动作，使主电路跳闸从而保护电气设备。（电动机在电网正弦波供电情况下，I•A+I•B+I•C=0是成立的。然而，在PWM调制波供电时，三相电流的相量之和实际上是不为零的。这可以从变频器三相输出电压的任一时刻的合成中看出。由于零序电压总存在一定值，使得零序电流总会呈现一定的数值，并不是零。当然该值一般不会大于零序保护整流值）。
4.原因分析及故障处理
由于电动机零序保护频繁启动而又未见动作，所以我们排除电动机故障。如果电动机出现接地故障，零序保护会立即动作[2]。电动机接线原理图如图2所示。我们详细检查了电动机、零序电流互感器、变频器的接线情况，没有发现异常情况。由于电动机是在变频调速过程中零序保护频繁启动，所以我们怀疑是变频器的问题，是否因变频器产生一定的谐波导致零序保护启动。变频器是广州智光生产的，我们联系了变频器厂家，对变频器进行了试验，变频器谐波水平在正常范围内。经过一系列的排除，我们认为问题出在保护本身上。我们检查了保护出口压板、零序电流互感器及信号回路接点，都未发现问题。经过思考，我们认为问题可能出现在两个方面。一是，零序保护整定值太小，导致保护太敏感，进而导致保护频繁启动。二是，保护内部逻辑错误。我们首先修改了整定值，将整定值调高，结果零序保护启动次数减少，但是仍然启动。至此，故障原因极有可能是保护内部逻辑错误。保护是北京四方继保公司生产的，我们联系了保护厂商，技术人员通过检查保护装置，发现报文与实际不对应。故障原因是保护定义错误，电动机起动保护定义成了零序电流接地保护，导致电动机在变频调速过程中零序电流保护频繁启动但未见动作。根据上述分析更改了保护内部的判断式，再次将保护投入运行。电动机在变频调速过程中，没有出现零序保护启动现象[3]。
图2.电动机连接图：
结论：
文章针对某地区企业调频电动机零序保护频繁启动原因分析及对策方面进行了详细分析，希望能够提高调频电动机稳定性能的同时，也能为相关人士提供重要的参考价值。
参考文献：
[1]贺家李，宋从矩．电力系统继电保护原理[M].增订版．北京：中国电力出版社，2018．
[2]孙嘉宁．大中型异步电动机综合保护理论及实现[J].继电器，2019，28（12）：20－23．
[3]杨顺义，杨宏．小电流接地系统接地检测（选线）的新判据[J].电力系统自动化设备，207，21（8）：62－64．
论文作者:敬永虎
论文发表刊物:《基层建设》2019年第20期
论文发表时间:2019/10/8
标签：电动机论文; 电流论文; 变频器论文; 转子论文; 频繁论文; 定子论文; 磁场论文; 《基层建设》2019年第20期论文;