一種電動(dòng)機再起動(dòng)方法在石化企業(yè)中的應用

現有的采用PLC為核心的再起動(dòng)柜成本高、接線(xiàn)復雜， 單機再起動(dòng)繼電器僅靠依賴(lài)電動(dòng)機所在母線(xiàn)電壓及接觸器輔助觸點(diǎn)位置來(lái)判別失電，且需要輔助電源，再起動(dòng)失敗幾率較高。本文高級工程師石勇介紹了一種在電動(dòng)機保護裝置中實(shí)現的電動(dòng)機（群） 失電再起動(dòng)方法，能夠可靠區分晃電和正常停機情況，邏輯嚴謹，定值設定靈活，支持多種控制方式的電動(dòng)機再起動(dòng)， 且無(wú)須增加接線(xiàn)及成本。該方法已應用在石化企業(yè)中，并在多次晃電過(guò)程中均能正確動(dòng)作。

0 引言

再起動(dòng)是指晃電過(guò)程中，因電壓瞬時(shí)跌落引起電動(dòng)機開(kāi)關(guān)跳閘而甩負荷， 在電壓恢復正常后，電動(dòng)機按照預設好的順序時(shí)間自動(dòng)分批起動(dòng)的過(guò)程。

石化行業(yè)屬于連續性生產(chǎn)企業(yè)， 其低壓廠(chǎng)用電系統中的許多電動(dòng)機在工藝流程上是不允許跳閘停機的，此部分關(guān)鍵電動(dòng)機一旦跳閘停機，將會(huì )造成非計劃停運， 給生產(chǎn)帶來(lái)很大的經(jīng)濟損失。但是在實(shí)際運行中有很多不確定因素（如雷擊、設備故障等），很容易對電網(wǎng)產(chǎn)生影響，使企業(yè)內部配電網(wǎng)供電電源電壓降低或短時(shí)中斷后又恢復供電（通常稱(chēng)為晃電），造成低壓電動(dòng)機跳閘停機，處于企業(yè)內部電網(wǎng)的電動(dòng)機也很容易受此影響導致生產(chǎn)停頓，從而造成很大損失。

目前常用的再起動(dòng)方法是采用專(zhuān)用的自起動(dòng)柜或單機再起動(dòng)繼電器。自起動(dòng)柜硬件成本高，接線(xiàn)復雜。單機再起動(dòng)繼電器成本稍微降低，但是需要增加接線(xiàn)，且再起動(dòng)失敗幾率也較高，還會(huì )在正常停車(chē)后發(fā)生誤起動(dòng)。

PCS－9692及PCS－9626微機可編程電動(dòng)機保護裝置結合石化企業(yè)電動(dòng)機運行特點(diǎn)，提供了一種可靠、經(jīng)濟的電動(dòng)機（群）再起動(dòng)方法。

1 失電再起動(dòng)邏輯

本文描述的再起動(dòng)邏輯借鑒了高壓線(xiàn)路保護中自動(dòng)重合閘原理，再起動(dòng)邏輯嚴謹。全數字化再起動(dòng)過(guò)程定值設定靈活， 支持多種控制方式的電動(dòng)機再起動(dòng)（如直接起動(dòng)、正反起動(dòng)和高低速電動(dòng)機起動(dòng)等），裝置的開(kāi)入開(kāi)出可組態(tài)，邏輯都在軟件里實(shí)現，使現場(chǎng)接線(xiàn)非常簡(jiǎn)單。模擬量采樣用24點(diǎn)全波傅里葉算法，準確度高。裝置采用高性能32位CPU，每個(gè)采樣間隔0.833 ms實(shí)時(shí)計算，反應速度大大快于傳統的重起動(dòng)裝置和PLC。

1.1 失電再起動(dòng)邏輯

在電動(dòng)機（群）靜止狀態(tài)下上電起動(dòng)會(huì )對電網(wǎng)造成沖擊，拉低母線(xiàn)電壓， 造成低電壓保護跳閘或因電壓太低燒壞電動(dòng)機。正常運行的電動(dòng)機失電后，由于慣性還會(huì )繼續旋轉一段時(shí)間。旋轉中的電動(dòng)機起動(dòng)電流較小，不會(huì )將電壓拉低太多，因此恢復供電后可以立即起動(dòng)電動(dòng)機。完全停止的電動(dòng)機再起動(dòng)需要根據廠(chǎng)用電的負荷進(jìn)行分批再起動(dòng)，如廠(chǎng)用電允許同時(shí)起動(dòng)10臺電動(dòng)機，就每次10臺分批進(jìn)行再起動(dòng)。

完整的失電再起動(dòng)邏輯分為再起動(dòng)充電（準備好）邏輯、再起動(dòng)放電邏輯和再起動(dòng)動(dòng)作邏輯。失電再起動(dòng)只有充電完成后才能動(dòng)作，其邏輯如圖1所示。

當一般交流繼電器電壓低于線(xiàn)圈額定電壓的50％，時(shí)間超過(guò)1個(gè)周期時(shí)，接觸器釋放；當電壓低于80％甚至更高，持續5個(gè)周期時(shí)，接觸器也釋放。再起動(dòng)充電條件：①再起動(dòng)控制字投入；②電流大于10%額定電流；③母線(xiàn)電壓大于重起動(dòng)電壓定值；④接觸器在合位。以上條件都滿(mǎn)足時(shí)說(shuō)明電動(dòng)機在正常運行狀態(tài)，經(jīng)過(guò)一定延時(shí)后再起動(dòng)充電完成。面板上定義為“再起動(dòng)充電”的LED 燈點(diǎn)亮。

再起動(dòng)放電條件：①保護動(dòng)作電動(dòng)機跳閘；②有跳閘指令開(kāi)入。以上任一條件滿(mǎn)足時(shí)說(shuō)明電動(dòng)機因為有停機指令或內部故障被停機，不應該再起動(dòng)，再起動(dòng)放電。面板上定義為“再起動(dòng)充電”的LED燈熄滅。

再起動(dòng)動(dòng)作（開(kāi)始計時(shí)）條件：①電流小于10%額定電流；②母線(xiàn)電壓低于50%；③接觸器在分位。采用電壓和電流兩個(gè)判據能夠可靠區分是正常分閘還是晃電、電壓跌落等引起的跳閘。

當再起動(dòng)充電完成后，且滿(mǎn)足再起動(dòng)動(dòng)作條件時(shí)，因為晃電或失電而導致接觸器斷開(kāi)電動(dòng)機跳閘，此時(shí)失電計時(shí)器開(kāi)始計時(shí)累計失電時(shí)間。當電壓恢復到重起動(dòng)電壓整定值以上時(shí)，若失電計時(shí)器時(shí)間小于“立即重起動(dòng)時(shí)間”定值，則立即重起動(dòng)電動(dòng)機；若失電計時(shí)器時(shí)間大于“立即重起動(dòng)失電時(shí)間”定值，但小于“延時(shí)重起動(dòng)失電時(shí)間”定值，則按“重起動(dòng)延時(shí)定值”延時(shí)起動(dòng)電動(dòng)機；如失電計時(shí)器時(shí)間超過(guò)“延時(shí)重起動(dòng)失電時(shí)間”定值時(shí)電壓未恢復，則電動(dòng)機清除相關(guān)信息，不再重起動(dòng)。

裝置的失電重起動(dòng)可與失電壓保護配合，當失電時(shí)間超過(guò)“延時(shí)重起動(dòng)失電時(shí)間”定值時(shí)，由失電壓保護出口去起動(dòng)另一臺備用電動(dòng)機。

1.2 電動(dòng)機群分批再起動(dòng)的實(shí)現

為了避免再起動(dòng)過(guò)程中會(huì )因為數量較多的電動(dòng)機同時(shí)起動(dòng)時(shí)系統電壓降低，低電壓保護跳閘導致自起動(dòng)失敗，可以通過(guò)設定不同的“重起動(dòng)延時(shí)定值”來(lái)實(shí)現電動(dòng)機（群）分批再起動(dòng)。

將電動(dòng)機按重要性及負荷性質(zhì)等條件排好再起動(dòng)的順序，根據電動(dòng)機再起動(dòng)最大電流及母線(xiàn)恢復電壓計算出第一批應再起動(dòng)電動(dòng)機的容量及臺數，供配電系統電壓恢復后，立即起動(dòng)第一批電動(dòng)機。然后根據第一批電動(dòng)機的起動(dòng)時(shí)間及起動(dòng)電流衰減計算第一批再起動(dòng)后電動(dòng)機（群）的母線(xiàn)電壓及母線(xiàn)總電流，根據結果計算出下一批應再起動(dòng)的電動(dòng)機的容量（臺數）及起動(dòng)延時(shí)， 以此類(lèi)推，直至計算出全部電動(dòng)機再起動(dòng)延時(shí)。

電壓與電流計算式電動(dòng)機（群）分批再起動(dòng)是目前最合理的再起動(dòng)方法。

1.3 儲能元件

石化企業(yè)因為電動(dòng)機分布比較分散，有的場(chǎng)合沒(méi)有為再起動(dòng)裝置提供專(zhuān)用的電源，而是和電動(dòng)機共用同一路電源，當再起動(dòng)裝置和電動(dòng)機同時(shí)失電時(shí)，為了保證再起動(dòng)功能的執行，一般裝置需要外設UPS、蓄電池或內部的電池來(lái)為裝置供電。外部的輔助電源增加了投資和安裝的工作量。內部的電池一般壽命為1～2年且容易漏液導致裝置內部電路損壞，因此需要定期檢查更換。

PCS－9692微機電動(dòng)機保護裝置在失電時(shí)，

CPU及時(shí)鐘芯片由內部可充電超級電容供電，在裝置失電情況下仍可準確累計失電時(shí)間，不必為保護器裝設專(zhuān)用的電源。

超級電容與電池相比突出優(yōu)點(diǎn)是功率密度超級電容與電池相比突出優(yōu)點(diǎn)是功率密度高、充放電時(shí)間短以及工作溫度范圍寬，特別是具有超長(cháng)壽命，充放電大于50萬(wàn)次，是Li－Ion電池的500倍，如果對超級電容每天充放電20次，可連續使用達68年且免維護。

2 再起動(dòng)方法實(shí)現及動(dòng)模測試

PCS－9692及PCS－9626裝置是微機型電動(dòng)機保護及測控一體化裝置，裝置邏輯可編程，在保護裝置中實(shí)現失電再起動(dòng)功能無(wú)須改動(dòng)回路和增加外部接線(xiàn)。失電再起動(dòng)動(dòng)態(tài)模擬試驗接線(xiàn)如圖2所示，保護裝置與電動(dòng)機采用同一路電源，與現場(chǎng)情況一致。電動(dòng)機起動(dòng)后靠接觸器KM輔助觸點(diǎn)電流保持。裝置采集母線(xiàn)三相電壓、電動(dòng)機三相電流和接觸器KM位置信號。重起動(dòng)出口為BO2端子105－107。

裝置的失電再起動(dòng)定值單如表1所示。定值整定原則：立即重起動(dòng)失電時(shí)間，按照失電后電動(dòng)機沒(méi)有完全停轉的時(shí)間整定，此時(shí)立即再起動(dòng)不會(huì )對電網(wǎng)造成沖擊。延時(shí)重起動(dòng)失電時(shí)間根據生產(chǎn)工藝需求來(lái)整定，若超過(guò)延時(shí)重起動(dòng)失電時(shí)間，再起動(dòng)電動(dòng)機已無(wú)法恢復生產(chǎn)，則無(wú)須再起動(dòng)電動(dòng)機。延時(shí)重起動(dòng)延時(shí)定值根據電動(dòng)機起動(dòng)時(shí)間將電動(dòng)機延時(shí)分批起動(dòng)。如電動(dòng)機起動(dòng)時(shí)間為2 s，可以將第一批電動(dòng)機立即再起動(dòng)，第二批電動(dòng)機起動(dòng)延時(shí)設為2 s，第三批設為4 s，依次類(lèi)推直至全部起動(dòng)完成。

2.1 立即再起動(dòng)試驗

電動(dòng)機正常運行后，失電再起動(dòng)充電完成，充電燈亮。裝置和電動(dòng)機同時(shí)斷電，斷電大約30 ms后接觸器釋放，斷電時(shí)間0.5 s，因斷電時(shí)間小于立即重起動(dòng)定值0.8 s，保護裝置在電壓恢復正常后立即起動(dòng)電動(dòng)機。又因接觸器動(dòng)作時(shí)間有延時(shí)，實(shí)際在電壓恢復50 ms后電動(dòng)機起動(dòng)。試驗波形如圖3所示。

2.2 延時(shí)再起動(dòng)試驗

電動(dòng)機正常運行后，失電再起動(dòng)充電完成，充電燈亮。裝置和電動(dòng)機同時(shí)斷電，斷電1 s后電壓恢復正常，因斷電時(shí)間大于立即重起動(dòng)定值0.8 s，小于延時(shí)重起動(dòng)定值5 s，故保護裝置延時(shí)0.5 s起動(dòng)電動(dòng)機。試驗波形如圖4所示。

失電再起動(dòng)充電完成，充電燈亮。裝置和電動(dòng)機同時(shí)斷電，斷電6 s后電壓恢復正常，大于延時(shí)重起動(dòng)定值5 s，控制器將不再重起電動(dòng)機，同時(shí)再起動(dòng)放電。

本次動(dòng)態(tài)模擬試驗結果如表2 所示， 均正確動(dòng)作。

3 結束語(yǔ)

本文介紹了一種在微機可編程電動(dòng)機保護裝置上實(shí)現電動(dòng)機群失電再起動(dòng)的方法，該方法具有邏輯可靠、無(wú)須改動(dòng)接線(xiàn)和增加設備的特點(diǎn)。目前該方法已獲得發(fā)明專(zhuān)利，使用該方法的電動(dòng)機保護裝置自2008 年以來(lái)在安慶石化、揚子石化、金陵石化、福建煉化和惠州煉油廠(chǎng)等石化企業(yè)有上萬(wàn)臺業(yè)績(jì)，在晃電過(guò)程中多次正確動(dòng)作， 大大減少企業(yè)因晃電造成生產(chǎn)運行裝置的停車(chē)現象，減少晃電所產(chǎn)生的損失，避免因晃電產(chǎn)生的安全事故，提高了經(jīng)濟效益。

本文來(lái)源于《方案設計》。

作者：石 勇 魏 巍 侯 煒 劉永生