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三相智能電動機缺相運行危害及防范措施
摘 要：以一例系統(tǒng)缺相運行造成電動機燒毀案例為背景，深入剖析電動機缺相運行的危害及事故發(fā)生的原因和電流、磁場的變化情況。結(jié)合現(xiàn)場情況制定相應的防范措施，達到保護電動機及系統(tǒng)安全的目的。
關鍵詞：缺相運行；電流變化；控制回路；自動保護裝置
0 引言
2020年5月10日，由于110kV變電站進線B相故障，引發(fā)系統(tǒng)諧振，造成站內(nèi)110kVI段母線B相避雷器發(fā)生擊穿故障，導致引流線斷裂。線路重合閘成功后，110kV進線缺相，故變壓器降壓后的6(10)V電壓缺相運行，造成多臺電動機燒毀。
1 電動機缺相運行原因分析
電力系統(tǒng)缺相運行很少發(fā)生，具有潛伏期長、危害不明顯等特點，處理不及時，經(jīng)長期積累將造成大面積電氣設備燒毀等事故發(fā)生。除電源本身缺相的原因外，電動機熔絲斷、低壓電源線斷線、開關接觸不良、連接導線的接頭松動或斷線等原因都會造成電動機缺相運行。
2 電動機缺相運行危害
電機缺相運行時磁場產(chǎn)生畸變，振動增大，聲音異常；電流增大、溫度升高、轉(zhuǎn)速下降。缺相時電動機無法啟動。
2.1定子缺相運行磁場變化情況
電動機正常運行氣隙中產(chǎn)生均勻的圓形磁場，缺相運行后磁場發(fā)生畸變，變成三相諧波成分較高的橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場。由于定子線圈不會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場只會產(chǎn)生脈動磁場，無法帶動電動機旋轉(zhuǎn)，因為慣性電動機缺相后仍能運轉(zhuǎn)，但由于大負荷使電動機旋轉(zhuǎn)逐漸變慢，造成轉(zhuǎn)子切割磁力線增多，定子電流逐漸增大，溫升提高，時間長會燒毀電動機。電動機啟動時缺相無啟動轉(zhuǎn)矩。
2.2定子缺相運行電流變化情況
2.2.1星型連接，見圖1
圖1定子星型接法電機缺相運行等效電路
正常星型接法運行的定子，任一相繞組斷線或電源斷線，都形成另兩相繞組反串聯(lián)接在線電壓Be下，每相繞組承擔的電壓為0.5Ue。
三相正常運行輸入功率P e = 3 Be E cos ， cos為常數(shù)，E為電機額定相電流。兩相運行，負載功率有兩相承擔，若維持功率不變，
E = 2 × 0.5Ue Pecos = Quebecois ，得到 E=3Ie
正常星型接法的電動機缺相運行時電流會增大到三相正常運行的3倍,在短時間內(nèi)不斷電會破壞絕緣而燒毀電動機。
2.2.2三角形接法，見圖2
三角形接法運行的定子，當一相電源斷線時，電機定子形成兩相繞組順串聯(lián)和第三相繞組并聯(lián)接在電源單相線電壓下。
圖2定子三角形接法缺相運行等效電路
支路2繞組電壓不變，支路1兩相繞組中每相繞組電壓下降為額定線電壓的一半。電動機正常進行時額定相電流IP =
，額定線電流I1 =
= 3IP 。缺相后設支路2繞組相電流為
P, 支 路 1 電 流 為P /2, 額 定 功 率 為PN =
,
,線
.
根據(jù)分析可知在額定負荷下三角形接線的電動機在缺相運行時的線電流為額定線電流的3 倍 ，其中支路2相電流為額定相電流的2倍，更容易燒毀。支路1繞組相電流與正常相電流相等，長期運行將燒毀電動機。
3 電動機缺相運行防范措施
3.1 低壓電機過載保護及控制回路優(yōu)化改造
3.1.1 過載保護
加裝熱繼電器進行過載保護, 過載電流通過熱元件后，使有不同膨脹系數(shù)的雙金屬片發(fā)生形變，當形變達到一定距離時，就推動連桿動作，使控制電路斷開，從而使接觸器失電，主電路斷開，實現(xiàn)電動機的過載保護。
3.1.2 優(yōu)化電動機控制電路
優(yōu)化電動機控制回路，見圖3。啟動時缺L1、L2、L3任何一相,有線圈不吸合電機無法啟動；運行時U、V、W相，造成主接觸器線圈失電電機自動停機，實現(xiàn)缺相運行。
圖3電動機控制回路原理圖
3.2高壓電機自動保護裝置
電動機微機綜保裝置主要用于10 V及以下電壓等級的電動機保護，可以直接安裝在高壓開關柜上，實現(xiàn)高壓電動機的各類保護。
3.2.1 過流保護
在微機綜保系統(tǒng)投過流保護，按 1.2倍額定電流整定值，達到保護定值時反時限延時跳閘防止誤動，保護電動機電流過大而損壞絕緣。
3.2.2 失壓或欠壓保護
高壓電動機投失壓和欠壓保護，可以有效防止電動機在過低電壓下啟動或運行時燒毀，并且可以防止電動機在運行中突然斷電后又恢復供電時的自啟動。在電源電壓降低過多(欠壓)，設置一定延時后，故障信號仍不消失時，保護裝置動作，使電動機自動從電源上切除，達到保護電機安全的目的。
3.2.3 負序保護
電機缺相運行時定子旋轉(zhuǎn)磁場嚴重不平衡，定子繞組會產(chǎn)生負序電流，負序磁場和轉(zhuǎn)子發(fā)生電磁感應，會出現(xiàn)100 Hz的電動勢，使轉(zhuǎn)子電流劇增引起嚴重發(fā)熱。在微機綜保裝置投負序保護，按照電動機負序過電流保護動作判據(jù)和整定計算方法算負序電流動作值和時間整定值，確保電動機在發(fā)生缺相時能可靠切除，防止燒毀事件發(fā)生。
3.3防范措施
在平時的維護保養(yǎng)中要加強運行中的監(jiān)視和檢查。對電動機定期進行點巡檢，發(fā)現(xiàn)電動機聲音、振動或者溫度異常及時上報，盡快將設備停下來查明原因；電動機長期未啟動前先遙測絕緣，絕緣合格后再行啟動，陰雨天盡量不要啟動設備；定期檢查接電動機線盒，防止引流線燒斷引發(fā)短路。
4 安科瑞ARD系列智能電動機保護器介紹與綜合選型
4.1產(chǎn)品簡介
ARD該系列低壓電動機保護器，具有過載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、堵轉(zhuǎn)等保護功能。可與接觸器、電動機起動器等電器元件構(gòu)成電動機控制保護單元，具有遠程自動控制、現(xiàn)場直接控制、面板指示、信號報警、現(xiàn)場總線通信等功能。應用范圍：可廣泛應用于煤礦、石化、冶煉、電力、建筑等行業(yè)的配電領域。
4.2產(chǎn)品選型
產(chǎn)品功能
說明：“√”表示具備“■”表示可選
5結(jié)束語
電動機因缺相運行造成溫度升高使絕緣損壞故障發(fā)生的比例較大，因此對電動機缺相運行的研究需要加強和重視。根據(jù)電動機的實際情況,通過對低壓電動機加裝熱繼電器、優(yōu)化控制回路等方式實現(xiàn)電動機相啟動運行；為高壓電動機配備微機綜保裝置，投入過流、過負荷、低壓欠壓、負序保護，達到設定目標值而可靠動作；同時要加強運行中的監(jiān)視和檢查。
【參考文獻】
[1]任士榮. 電動機缺相運行危害及防范措施[J].冶金動力,2021（1）:251.
[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.06版.