一種電動機再起動（dòng）方法在石化企業中的應用

現有的采用PLC為（wéi）核心（xīn）的再起動櫃成本高、接線複雜， 單機再起動繼電器（qì）僅靠依賴電動機所在母線電壓及接觸器輔助（zhù）觸點位置來判別失電，且需要輔助電源，再起（qǐ）動失（shī）敗幾率較高（gāo）。本文高級工程師石勇介紹了一種在電動機保護裝置中實現的（de）電動機（群） 失電再起動方法，能夠可靠區分晃電和正常（cháng）停機（jī）情況，邏輯嚴謹（jǐn），定（dìng）值設定靈活，支持多種控製方式的電動（dòng）機再起動， 且無（wú）須增（zēng）加接線（xiàn）及成（chéng）本。該方法已應用在石（shí）化企業中，並在多次晃電過程中均能正確動作。

0 引言

再（zài）起動是指晃電過程中，因電壓瞬時跌落引起電動機開關跳閘而甩負荷， 在電壓（yā）恢複正常後，電動機按照預設好的順序（xù）時間自動分批（pī）起動的過程。

石化行業屬於連續（xù）性生產企（qǐ）業（yè）， 其低壓廠用電係統中的許多電動機（jī）在工藝流程上是不允許（xǔ）跳閘停機的，此部分關鍵電動機一旦跳閘停（tíng）機，將會造成非計劃停運， 給生產帶（dài）來很大的經濟損失（shī）。但是在（zài）實際運行中有很多不（bú）確定因素（如雷擊、設備故障等），很容易對電網產生（shēng）影響，使企業內部配電網供電電源（yuán）電（diàn）壓降低或短時（shí）中斷後又恢複供（gòng）電（通常稱為晃電），造成低壓電動（dòng）機（jī）跳閘停機，處（chù）於企業內部（bù）電網的電動機也很容（róng）易受此影響導致生產停頓（dùn），從而造成很大損失。

目前常（cháng）用的（de）再起動方法是采用專用的自起動櫃或單機再（zài）起動繼電器（qì）。自起動櫃（guì）硬件成本高，接（jiē）線複雜。單機再起動繼（jì）電器成本稍微降低，但是需要增加（jiā）接線，且再起動失敗幾（jǐ）率也較高（gāo），還會在（zài）正常停車後發生誤起動。

PCS－9692及PCS－9626微機可編程電動機保護裝（zhuāng）置（zhì）結合（hé）石化企業電動機運行特點，提供了一（yī）種可靠、經濟的電動機（群）再起動方法。

1 失電再起動邏輯

本文描述的再起動邏輯借鑒了高壓線路保護中自動重合閘原理，再（zài）起動邏輯嚴謹。全數字化再起動過程定（dìng）值設定靈活（huó）， 支持多種（zhǒng）控製方式的電動機再起動（如直接起動、正反起動和高低速電動機起動等（děng）），裝置（zhì）的開入開出（chū）可組態，邏輯（jí）都在軟件裏實現，使現場接線非常簡單。模擬量采（cǎi）樣用24點全波傅裏葉算法，準確度高。裝置采用高性能32位CPU，每個采樣間隔0.833 ms實時計（jì）算（suàn），反應速度大大快於傳統的（de）重起（qǐ）動裝置（zhì）和PLC。

1.1 失電再起動邏（luó）輯

在電動機（群）靜止狀態下（xià）上電起動會對電網造成衝擊，拉低母線電壓， 造成低電壓保（bǎo）護跳閘（zhá）或因電壓太低燒壞電動機。正常運行的電動機失電後，由於慣性還會繼續旋轉一段時間。旋轉中的電動機起（qǐ）動電流較小，不會將電壓拉低太多，因此恢複供電後可以立即起動電動機。完全（quán）停止（zhǐ）的電動（dòng）機再起動（dòng）需（xū）要根據廠用電的負荷進行分批再起（qǐ）動（dòng），如廠用電允許同時起動10台電動機，就每次10台分批進（jìn）行再起動。

完整的失電再起動（dòng）邏輯分為再起動充電（diàn）（準備好）邏輯、再（zài）起動（dòng）放電邏輯和（hé）再起動動作邏輯。失電再起動（dòng）隻有（yǒu）充電完成後才（cái）能動作，其邏輯如圖1所示。

當一般交流（liú）繼電器電壓低於線圈額定電壓的50％，時間超過（guò）1個周期時，接觸器釋放；當電壓低於80％甚至（zhì）更高，持續5個周（zhōu）期時，接觸（chù）器也釋放。再（zài）起動充（chōng）電條（tiáo）件：①再（zài）起動控（kòng）製字投入；②電流大於（yú）10%額定電流；③母線電壓大於重起動電壓定值；④接觸器在合位。以上條（tiáo）件（jiàn）都滿足時說明（míng）電動機（jī）在正常運行狀態，經過一（yī）定延時後再起動充電完成（chéng）。麵板上（shàng）定義為“再起動充電（diàn）”的LED 燈點亮。

再起動放電條件：①保護動作電動機跳閘；②有跳閘指令開入。以上任一條件滿足時說明電動機因為有停機指令或內部故障（zhàng）被停（tíng）機，不應該再起動，再起動放電。麵板上定義為“再起動充電”的LED燈（dēng）熄滅。

再起動動作（zuò）（開始計時）條件：①電流小於10%額定電（diàn）流；②母線電壓低於50%；③接觸器在分（fèn）位。采用電壓和電流兩個判據能夠可（kě）靠區分是正常分閘還是晃（huǎng）電、電壓跌落等引起的跳閘。

當再起動充電完成後，且滿（mǎn）足再起動動作條件時，因為晃（huǎng）電或（huò）失電而導致接觸器斷（duàn）開電動機跳閘，此時失電計時（shí）器開始計時累計失電時間。當（dāng）電壓恢複到重起動電壓整定值以上（shàng）時，若失電計時器（qì）時間小於“立即重起動時間”定值，則立即重（chóng）起動電動機；若失電計時器時間大於“立即重起動失電時間”定值（zhí），但小於“延時重（chóng）起（qǐ）動失電時間”定值，則按“重起（qǐ）動延時定值”延時起動電動機；如失電計時器時間超過“延時重起動（dòng）失電時間”定值時（shí）電壓未恢複，則電動機清除相關信息，不再重起動。

裝（zhuāng）置的失電（diàn）重起動可與失電壓保（bǎo）護配合（hé），當失電時間超過“延時重（chóng）起動失電時間”定值時，由失電壓保（bǎo）護出口去起動另一台備用電動機。

1.2 電動機群分（fèn）批再起動的實（shí）現

為了避免再起動過程中會因為數量較多的電動機同時起動（dòng）時（shí）係統電壓降低，低電（diàn）壓保護跳閘導致自起動失敗，可以（yǐ）通過設定不同的“重起動延（yán）時定值”來（lái）實現電動機（群）分批再起動。

將電動機按重要性及負荷性質等條件排好再起動的順序，根據電動機（jī）再起動最大電流及母線恢複電壓計算出第一批應（yīng）再起動電動（dòng）機的（de）容量及台數，供配電係統電壓恢（huī）複後，立即起動第一批（pī）電（diàn）動（dòng）機。然（rán）後根據第一批電動機的起動時間及起動電流衰（shuāi）減計算第（dì）一批再起動後電動機（群）的母線電壓（yā）及（jí）母線總電流，根（gēn）據結果計算出下一批應再起（qǐ）動的（de）電動機的容量（台數）及（jí）起動延時， 以此類推，直至計（jì）算出全部電動機（jī）再起動延時。

電壓與電流計算式電動機（群）分批再起動是目前最合理的再起動方法。

1.3 儲能元件

石（shí）化企業因為電動機分布比較分散，有的場合沒有為再起動裝置提供專用（yòng）的電源，而（ér）是和電動機共用同一路電源，當再起動裝（zhuāng）置（zhì）和電動機同時失電時（shí），為了保證再起動功能的執行，一般裝置需要外設（shè）UPS、蓄電池或內部的（de）電池（chí）來為裝置供電。外部的輔助電源增加了（le）投資和安裝的工作量。內（nèi）部的電池一般壽命為1～2年（nián）且容易漏液（yè）導致裝置內部電路損壞，因（yīn）此需要定期檢查更換。

PCS－9692微機電（diàn）動機保護（hù）裝置在失電時，

CPU及時鍾芯片由內部可充電（diàn）超級電容供電，在裝置失電（diàn）情況下仍可準確累計失電時間（jiān），不必為保護器裝設專用的電源。

超（chāo）級電容與電池（chí）相比突出優點是功率密度超級（jí）電容與電池相比突出優點是功率密度高、充放電時間短以及（jí）工作溫度範圍寬，特別是具有超長壽命，充放電大於50萬次，是Li－Ion電池的500倍，如果（guǒ）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）方法實現及動模測試

PCS－9692及PCS－9626裝置是微機型電動機保護及測控一體化裝置，裝置邏輯可編程，在保護裝置中實現失電（diàn）再起動功能無須改動回路和增加外部接線。失電（diàn）再（zài）起動動態模擬試驗接（jiē）線如（rú）圖2所示，保護裝置與電動機采用同一路電源，與現（xiàn）場情（qíng）況一致。電動機起動後靠接觸器KM輔助觸點電流保持。裝置采（cǎi）集母線三相電壓、電動機三（sān）相電流和（hé）接觸器KM位置信號。重起動出口為BO2端子105－107。

裝置的失電（diàn）再起（qǐ）動定值（zhí）單如表1所（suǒ）示。定值整定原（yuán）則：立即重起動失電時間，按照失電後（hòu）電動機（jī）沒有完全停（tíng）轉的時間整（zhěng）定，此時立即再起動不會（huì）對電網造成衝擊。延時重起動失電時間根據（jù）生產工藝（yì）需求來整定，若超（chāo）過延時重（chóng）起動失電時間，再起動電動機已無法（fǎ）恢複生產，則無須再起動電（diàn）動機。延時重（chóng）起動（dòng）延時定值根據電動機起動時間將電（diàn）動機延時分批起動。如電動機起動時間為2 s，可以將第一批電動機（jī）立即再起動，第二批電動機起動延時設為2 s，第三批設為4 s，依次（cì）類推直（zhí）至全部起動完成。

2.1 立即再起動試驗

電動機正常運行後，失電（diàn）再起動充電完成，充電燈亮。裝置和電動機同時（shí）斷電，斷電大約30 ms後接觸器釋放，斷電時間（jiān）0.5 s，因斷電時間小於立即重起動定值0.8 s，保護裝置在電壓（yā）恢複正常後立即起動電動機。又因接觸器動作時間有延時，實際在電壓恢複50 ms後電動機起動。試驗波形如圖3所示。

2.2 延時（shí）再起動試驗

電（diàn）動機正常運行（háng）後，失電再起動充電完成，充電燈（dēng）亮。裝置和電（diàn）動機同時斷電，斷電1 s後電壓恢（huī）複正常，因斷電時間大於立即（jí）重（chóng）起動定值0.8 s，小於延時（shí）重起動定值5 s，故保護裝置延時0.5 s起動電動機。試驗（yàn）波形如圖4所示。

失（shī）電（diàn）再（zài）起動充電完成，充電燈亮。裝置（zhì）和電（diàn）動機同時斷電，斷電6 s後電壓恢（huī）複正常，大於延時重（chóng）起動定值5 s，控製器將不再重起電動機，同時再起動放電。

本次動態模擬試驗結果如表2 所示， 均正確動作。

3 結束語

本文介紹了一種在微機可編程電動（dòng）機保護裝置上（shàng）實（shí）現電動機群失電（diàn）再起動的方法，該方法具（jù）有邏輯（jí）可靠、無須改動接（jiē）線和增加設備的特點。目前該方法已（yǐ）獲得發（fā）明專利，使用該方法的電動機保護裝置（zhì）自2008 年（nián）以來在安慶石化、揚子石（shí）化、金陵石化、福建煉化和惠州煉油廠（chǎng）等石化企業（yè）有（yǒu）上萬台業績，在晃電過程中多（duō）次正確動作， 大大減少企業因晃電（diàn）造成生產運行裝置（zhì）的停車現象，減少晃電所產生的損（sǔn）失，避免因晃電產生的安全事故，提（tí）高了經濟效益。

本文來源於《方案設計》。

作者：石 勇 魏（wèi） 巍（wēi） 侯 煒 劉永生