大型同步电动机的启动方式和运行保护优化与应用

陈彦

【摘 要】通过对大型同步电动机启动方式的比较、分析,同时结合电网实际,为确保日常运行可靠、稳定,经检查、测试各类保护后,优化应用了适合实际的启动方式和保护设置、整定,优化应用后的效果达到并满足了设备正常可靠启动和运行需要. 【期刊名称】《冶金动力》 【年(卷),期】2016(000)002 【总页数】4页(P4-6,25)

【关键词】启动方式;运行保护;优化应用;设置;整定 【作 者】陈彦

【作者单位】重庆钢铁股份有限公司能源管控中心,重庆长寿401258 【正文语种】中 文 【中图分类】TM341

一般大型同步电动机的启动可分为异步启动和同步启动，启动后其正常运行时功率因数的调节，既可保证调节电网的功率因数，提高电网的品质，又可在超前运行情况下，减少无功补偿设施的投资，但大型同步电动机启动方式和运行保护设置、整定不合适，反而会给电网带来危害，影响电网系统安全稳定和自身设备运行的可靠性。企业配置大型同步电动机应用适宜，可以提高电网运行效率。

冶金行业中，一般大型同步电动机主要应用在高炉电动鼓风机组，风机与高炉的配置一般按N+1方式，以确保生产的连续稳定可靠。结合重钢公司高炉的设计参数，

优化风机配置为AV80- 16，风机的原动机确定选用同步电动机（西门子公司生产的1DZ2058- 8AE02- Z型37MW的4级同步电机）。针对前期建设2座高炉的情况，在鼓风站的建设中，讨论的启动方式和一次接线配置方式有“变频2拖3”、“变频1拖3+备用降补启动”、“变频1拖3，预留今后完善功能的设备位置”等方案。结合西门子公司要求和电网配置，电机启动方案决定采用西门子GL150系列变频同步启动。在启动可靠性、灵活性与节省投资费用的论证中，确定按配置3台风机和1套变频启动装置的“1拖3”启动方式，为便于操作和今后的扩展，采用了启动部分公用母排和隔离手车并接线方式，同时预留了完善改造扩展空间，设计配置兼顾了操作的灵活和节省投资费用。确定的启动方式和其一次单接线图方案如图1。

从图1可以看出，启动与运行一次可以完全分开，确保了操作的灵活和运行的可靠。为确保启动的唯一性，即每次只能对一台风机进行启动，在变频启动条件中设置了风机DCS系统申请令的确认，即每次只接受一台风机的申请，当一台风机具备启机条件并已进行申请时，其他机组将无法进行启机申请，只有申请的启机完成或不具备启机条件时，其他具备启机条件的才可申请成功进行启机，同时每台机组启动时都与其相应的开关状态联锁，如变频电源侧开关MBC、变频电机侧开关MBM、主电机运行开关MBL等。

启动过程中采用同步方式，当启动到变频输出与系统接近时自动启动同期装置进行同期跟踪并网，然后切换掉启动装置，转入正常运行状态。

当决策建设3#高炉时，针对高炉风机配置进行过讨论，同时也针对多台电机的启动方式进行过讨论。其讨论意见大致有：①重新建一座鼓风机站，配置2台风机，启动采用：“1拖2”；②重新建一座鼓风机站，配置1台风机，启动采用：“1拖1”，同时新建2座鼓风机站间的联络风管；③在已有的鼓风机站扩建增添1台风机，启动采用：“1拖4”，同时在需要时再完善优化启动方式；④在已有的

鼓风机站扩建增添1台风机和新增1套启动装置，启动采用：对原“1拖3”进行改造后，形成2个相对独立的“1拖2”；⑤在已有的鼓风机站扩建增添1台风机，同时新增1套启动装置，启动采用：完善改造原“1拖3”，形成相互切换的“2拖4”；等。经过比较投资费用和今后运行的稳定可靠性等多方面，最终确定选用方案⑤即“2拖4”方式，确定的启动方式和其一次单接线图方案，如图2。 结合确定的方案，技术上配合西门子公司，建设安装完毕后，最终于2011年5月～7月，对现场进行技术改造完善、调试，实现了较为满意的“2拖4”的启动控制方案，满足了启动灵活性，克服了以前1套启动装置出故障后无法启机的担忧，同时也实现了改造后的启动成功率100%。在改造完善过程中，对两套启动装置设置了选择控制，即两套启动装置必选1套，不能都选或都不选，确保了启动装置控制的可靠性、唯一性。同时，现场因第二套启动装置所配置的升、降压变压器的接线组别与第一套不一致，在变频控制程序中相应的参数设置部位进行了配置修改。

高炉鼓风大型同步电机在电网运行中采用超前运行，为保证运行的稳定，选择功率因数的自动控制方式是关键。随电机所带负荷的变化自动跟踪调节励磁，满足人为设定的所选功率因数值。

大型同步电动机运行保护装置选用的是西门子公司生产的7UM62系列综合保护装置以及相应的PLC控制保护，其保护种类和保护整定都很完备且相对较为苛刻，自2009年10月调试后投运第1台以来，运行中出现过多次保护停机事故，从具体事故原因看，有的电网事故等不应保护停机，若保护配置适当能确保设备稳定运行并不危及设备安全。相关的部分保护停机事故统计情况大致如表1。 针对表1的相关停机故障的具体原因和结合西门子保护设置整定分析，有些保护的设置和整定，结合我国电网和工艺实际，确有优化调整的必要，有些保护还可屏蔽跳闸，只作用报警等。

3.1 由表1知，在电机外的电网短路、接地等不应引起电机的接地保护动作，根据西门子接地保护逻辑图3，综保装置中查看保护设置整定值分别为：U0=15 V；3I0=12 mA；相角15°；时间t=0.3 s，从此看保护设置整定似乎没有问题，经西门子技术人员现场程序查看和实际试验，发现综保装置程序跳闸网络中有零序电流达整定值不分方向和延时而直接跳闸的保护出口。为防止保护区域外的接地保护误动作，经商议在综保程序中屏蔽了此保护出口，同时将保护整定值作了适当调整，设定为U0=15 V；3I0=32 mA；相角15°；时间t=1 s，即带时限的有方向性的零序电流、电压复合型的接地保护。

3.2 同时，对出现过的故障保护进行清理分析，重新优化配置、设置或适当调整定值以满足设备的稳定可靠运行而不会影响和对保护的设备造成危害，结合电网、工艺实际，优化应用的措施有：①取消了每台机母线段进线开关的直流电源失压保护，完善了直流电源供电方式，即每台机系统配一套独立的直流电源供电，便于配套检修和处理事故；②电网内清理保护配置和整定，相应地缩短电网短路故障的动作时间和适当地延长单体设备低电压保护的动作时间等，如电网内的短路速断保护动作时限调整为0.3 s，低电压保护动作时限分段式调整为0.5 s和1 s，从而有效地避免了电网内非本供电系统的故障影响。③取消了非特重要的保护跳机整定，如电机的空冷器的冷、热风温保护，其检测值作为报警，提示运行值班人员及时调整工艺。④优化减少保护控制回路的转换环节，降低误动作的概率，如对低电压保护回路的电压检测回路去掉了继电器转换环节，由PT二次端子经空开直接到综保装置电压回路的接线端。⑤结合电机绝缘等级，适当地调高过电压保护的整定值，即由1.1倍调整为1.15倍，动作时限不变，同时也适当调高了励磁的过载倍率，有利于调节控制适应能力。⑥在确保电机同步运行条件下，适当调整了检测旋转二极管故障保护的整定设置，其保护装置面板示意如图4，同时加强了励磁UPS电源

的维护管理，保证运行机组的励磁电源的稳定可靠。 4 实际优化应用经验总结

4.1 单台电机的启动控制方式，无论采用哪种，主要是适合现场电网、工艺实际，满足设备安全；其次，无论是一次主回路还是二次控制保护回路，启动部分与运行部分的控制要能彻底分开，防止相互间的影响，应考虑便于且有利于检修和多台电机间的启动切换操作。 图4 保护装置面板示意图

4.2 对于电气参数的保护设置，要结合电网和工艺实际，达到既保证设备运行安全，又不造成保护的设备因频繁动作跳闸而不能稳定运行影响生产。经优化改造后，从2013年至今未再出现过因保护误动作跳闸的事故。

4.3 在优化过程中，DCS系统程序涉及到的相关联系和定义要做到有的放矢，不能随意定义，确保继电保护的目的一致性，所设置的设定内容要与所选设备和工艺相匹配。 热 电

Application Optimization of Startup Mode and Operation Protection of Large Synchronous Motor

CHEN Yan（The Energy Control Center of Chongqing Iron and Steel Co., Chongqing 401258, China）

【Abstract】Through comparison and analysis of the startup mode of large synchronous motors and combining with actual power grid condition, the startup mode and protection setup and settings were properly optimized and applied after examining and testing various protection systems, to ensure daily operation reliability and stability. The result of the optimized application has met normal requirement of reliable startup and operation

of the equipment.

【Keywords】startup mode; operation protection; optimizing application; setup; setting

作者简介：陈彦（1971－），男，大学本科学历，高级工程师，现从事电气控制技术管理工作。

收稿日期：2015－09－25 【中图分类号】TM341 【文献标识码】B

【文章编号】1006-6764（2016）02-0004-03

3.2 同时，对出现过的故障保护进行清理分析，重新优化配置、设置或适当调整定值以满足设备的稳定可靠运行而不会影响和对保护的设备造成危害，结合电网、工艺实际，优化应用的措施有：①取消了每台机母线段进线开关的直流电源失压保护，完善了直流电源供电方式，即每台机系统配一套独立的直流电源供电，便于配套检修和处理事故；②电网内清理保护配置和整定，相应地缩短电网短路故障的动作时间和适当地延长单体设备低电压保护的动作时间等，如电网内的短路速断保护动作时限调整为0.3 s，低电压保护动作时限分段式调整为0.5 s和1 s，从而有效地避免了电网内非本供电系统的故障影响。③取消了非特重要的保护跳机整定，如电机的空冷器的冷、热风温保护，其检测值作为报警，提示运行值班人员及时调整工艺。④优化减少保护控制回路的转换环节，降低误动作的概率，如对低电压保护回路的电压检测回路去掉了继电器转换环节，由PT二次端子经空开直接到综保装置电压回路的接线端。⑤结合电机绝缘等级，适当地调高过电压保护的整定值，即由1.1倍调整为1.15倍，动作时限不变，同时也适当调高了励磁的过载倍率，有利于调节控制适应能力。⑥在确保电机同步运行条件下，适当调整了检测旋转二极

管故障保护的整定设置，其保护装置面板示意如图4，同时加强了励磁UPS电源的维护管理，保证运行机组的励磁电源的稳定可靠。

4.1 单台电机的启动控制方式，无论采用哪种，主要是适合现场电网、工艺实际，满足设备安全；其次，无论是一次主回路还是二次控制保护回路，启动部分与运行部分的控制要能彻底分开，防止相互间的影响，应考虑便于且有利于检修和多台电机间的启动切换操作。

4.2 对于电气参数的保护设置，要结合电网和工艺实际，达到既保证设备运行安全，又不造成保护的设备因频繁动作跳闸而不能稳定运行影响生产。经优化改造后，从2013年至今未再出现过因保护误动作跳闸的事故。

4.3 在优化过程中，DCS系统程序涉及到的相关联系和定义要做到有的放矢，不能随意定义，确保继电保护的目的一致性，所设置的设定内容要与所选设备和工艺相匹配。