現(xiàn)有的采用PLC為核心的再起動柜成本高、接線復(fù)雜， 單機(jī)再起動繼電器僅靠依賴電機(jī)所在母線電壓及接觸器輔助觸點位置來判別失電，且需要輔助電源，再起動失敗幾率較高。本文高級工程師石勇介紹了一種在電機(jī)保護(hù)裝置中實現(xiàn)的電機(jī)（群） 失電再起動方法，能夠可靠區(qū)分晃電和正常停機(jī)情況，邏輯嚴(yán)謹(jǐn)，定值設(shè)定靈活，支持多種控制方式的電機(jī)再起動， 且無須增加接線及成本。該方法已應(yīng)用在石化企業(yè)中，并在多次晃電過程中均能正確動作。
0 引言

      再起動是指晃電過程中，因電壓瞬時跌落引起電機(jī)開關(guān)跳閘而甩負(fù)荷， 在電壓恢復(fù)正常后，電機(jī)按照預(yù)設(shè)好的順序時間自動分批起動的過程。

      石化行業(yè)屬于連續(xù)性生產(chǎn)企業(yè)， 其低壓廠用電系統(tǒng)中的許多電機(jī)在工藝流程上是不允許跳閘停機(jī)的，此部分關(guān)鍵電機(jī)一旦跳閘停機(jī)，將會造成非計劃停運， 給生產(chǎn)帶來很大的經(jīng)濟(jì)損失。但是在實際運行中有很多不確定因素（如雷擊、設(shè)備故障等），很容易對電網(wǎng)產(chǎn)生影響，使企業(yè)內(nèi)部配電網(wǎng)供電電源電壓降低或短時中斷后又恢復(fù)供電（通常稱為晃電），造成低壓電機(jī)跳閘停機(jī)，處于企業(yè)內(nèi)部電網(wǎng)的電機(jī)也很容易受此影響導(dǎo)致生產(chǎn)停頓，從而造成很大損失。

      目前常用的再起動方法是采用專用的自起動柜或單機(jī)再起動繼電器。自起動柜硬件成本高，接線復(fù)雜。單機(jī)再起動繼電器成本稍微降低，但是需要增加接線，且再起動失敗幾率也較高，還會在正常停車后發(fā)生誤起動。

      PCS－9692及PCS－9626微機(jī)可編程電機(jī)保護(hù)裝置結(jié)合石化企業(yè)電機(jī)運行特點，提供了一種可靠、經(jīng)濟(jì)的電機(jī)（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(hù)中自動重合閘原理，再起動邏輯嚴(yán)謹(jǐn)。全數(shù)字化再起動過程定值設(shè)定靈活， 支持多種控制方式的電機(jī)再起動（如直接起動、正反起動和高低速電機(jī)起動等），裝置的開入開出可組態(tài)，邏輯都在軟件里實現(xiàn)，使現(xiàn)場接線非常簡單。模擬量采樣用24點全波傅里葉算法，準(zhǔn)確度高。裝置采用高性能32位CPU，每個采樣間隔0.833 ms實時計算，反應(yīng)速度大大快于傳統(tǒng)的重起動裝置和PLC。

1.1 失電再起動邏輯

      在電機(jī)（群）靜止?fàn)顟B(tài)下上電起動會對電網(wǎng)造成沖擊，拉低母線電壓， 造成低電壓保護(hù)跳閘或因電壓太低燒壞電機(jī)。正常運行的電機(jī)失電后，由于慣性還會繼續(xù)旋轉(zhuǎn)一段時間。旋轉(zhuǎn)中的電機(jī)起動電流較小，不會將電壓拉低太多，因此恢復(fù)供電后可以立即起動電機(jī)。完全停止的電機(jī)再起動需要根據(jù)廠用電的負(fù)荷進(jìn)行分批再起動，如廠用電允許同時起動10臺電機(jī)，就每次10臺分批進(jìn)行再起動。

      完整的失電再起動邏輯分為再起動充電（準(zhǔn)備好）邏輯、再起動放電邏輯和再起動動作邏輯。失電再起動只有充電完成后才能動作，其邏輯如圖1所示。

圖1 失電再起動邏輯

      當(dāng)一般交流繼電器電壓低于線圈額定電壓的50％，時間超過1個周期時，接觸器釋放；當(dāng)電壓低于80％甚至更高，持續(xù)5個周期時，接觸器也釋放。再起動充電條件：①再起動控制字投入；②電流大于10%額定電流；③母線電壓大于重起動電壓定值；④接觸器在合位。以上條件都滿足時說明電機(jī)在正常運行狀態(tài)，經(jīng)過一定延時后再起動充電完成。面板上定義為“再起動充電”的LED 燈點亮。

      再起動放電條件：①保護(hù)動作電機(jī)跳閘；②有跳閘指令開入。以上任一條件滿足時說明電機(jī)因為有停機(jī)指令或內(nèi)部故障被停機(jī)，不應(yīng)該再起動，再起動放電。面板上定義為“再起動充電”的LED燈熄滅。

      再起動動作（開始計時）條件：①電流小于10%額定電流；②母線電壓低于50%；③接觸器在分位。采用電壓和電流兩個判據(jù)能夠可靠區(qū)分是正常分閘還是晃電、電壓跌落等引起的跳閘。

      當(dāng)再起動充電完成后，且滿足再起動動作條件時，因為晃電或失電而導(dǎo)致接觸器斷開電機(jī)跳閘，此時失電計時器開始計時累計失電時間。當(dāng)電壓恢復(fù)到重起動電壓整定值以上時，若失電計時器時間小于“立即重起動時間”定值，則立即重起動電機(jī)；若失電計時器時間大于“立即重起動失電時間”定值，但小于“延時重起動失電時間”定值，則按“重起動延時定值”延時起動電機(jī)；如失電計時器時間超過“延時重起動失電時間”定值時電壓未恢復(fù)，則電機(jī)清除相關(guān)信息，不再重起動。

      裝置的失電重起動可與失電壓保護(hù)配合，當(dāng)失電時間超過“延時重起動失電時間”定值時，由失電壓保護(hù)出口去起動另一臺備用電機(jī)。

1.2 電機(jī)群分批再起動的實現(xiàn)

      為了避免再起動過程中會因為數(shù)量較多的電機(jī)同時起動時系統(tǒng)電壓降低，低電壓保護(hù)跳閘導(dǎo)致自起動失敗，可以通過設(shè)定不同的“重起動延時定值”來實現(xiàn)電機(jī)（群）分批再起動。

      將電機(jī)按重要性及負(fù)荷性質(zhì)等條件排好再起動的順序，根據(jù)電機(jī)再起動最大電流及母線恢復(fù)電壓計算出第一批應(yīng)再起動電機(jī)的容量及臺數(shù)，供配電系統(tǒng)電壓恢復(fù)后，立即起動第一批電機(jī)。然后根據(jù)第一批電機(jī)的起動時間及起動電流衰減計算第一批再起動后電機(jī)（群）的母線電壓及母線總電流，根據(jù)結(jié)果計算出下一批應(yīng)再起動的電機(jī)的容量（臺數(shù)）及起動延時， 以此類推，直至計算出全部電機(jī)再起動延時。

      電壓與電流計算式電機(jī)（群）分批再起動是目前最合理的再起動方法。

1.3 儲能元件

      石化企業(yè)因為電機(jī)分布比較分散，有的場合沒有為再起動裝置提供專用的電源，而是和電機(jī)共用同一路電源，當(dāng)再起動裝置和電機(jī)同時失電時，為了保證再起動功能的執(zhí)行，一般裝置需要外設(shè)UPS、蓄電池或內(nèi)部的電池來為裝置供電。外部的輔助電源增加了投資和安裝的工作量。內(nèi)部的電池一般壽命為1～2年且容易漏液導(dǎo)致裝置內(nèi)部電路損壞，因此需要定期檢查更換。

      PCS－9692微機(jī)電機(jī)保護(hù)裝置在失電時，

      CPU及時鐘芯片由內(nèi)部可充電超級電容供電，在裝置失電情況下仍可準(zhǔn)確累計失電時間，不必為保護(hù)器裝設(shè)專用的電源。

      超級電容與電池相比突出優(yōu)點是功率密度超級電容與電池相比突出優(yōu)點是功率密度高、充放電時間短以及工作溫度范圍寬，特別是具有超長壽命，充放電大于50萬次，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(xù)使用達(dá)68年且免維護(hù)。

2 再起動方法實現(xiàn)及動模測試

      PCS－9692及PCS－9626裝置是微機(jī)型電機(jī)保護(hù)及測控一體化裝置，裝置邏輯可編程，在保護(hù)裝置中實現(xiàn)失電再起動功能無須改動回路和增加外部接線。失電再起動動態(tài)模擬試驗接線如圖2所示，保護(hù)裝置與電機(jī)采用同一路電源，與現(xiàn)場情況一致。電機(jī)起動后靠接觸器KM輔助觸點電流保持。裝置采集母線三相電壓、電機(jī)三相電流和接觸器KM位置信號。重起動出口為BO2端子105－107。

圖2 失電再起動試驗接線

      裝置的失電再起動定值單如表1所示。定值整定原則：立即重起動失電時間，按照失電后電機(jī)沒有完全停轉(zhuǎn)的時間整定，此時立即再起動不會對電網(wǎng)造成沖擊。延時重起動失電時間根據(jù)生產(chǎn)工藝需求來整定，若超過延時重起動失電時間，再起動電機(jī)已無法恢復(fù)生產(chǎn)，則無須再起動電機(jī)。延時重起動延時定值根據(jù)電機(jī)起動時間將電機(jī)延時分批起動。如電機(jī)起動時間為2 s，可以將第一批電機(jī)立即再起動，第二批電機(jī)起動延時設(shè)為2 s，第三批設(shè)為4 s，依次類推直至全部起動完成。

表1 失電再起動定值

2.1 立即再起動試驗

      電機(jī)正常運行后，失電再起動充電完成，充電燈亮。裝置和電機(jī)同時斷電，斷電大約30 ms后接觸器釋放，斷電時間0.5 s，因斷電時間小于立即重起動定值0.8 s，保護(hù)裝置在電壓恢復(fù)正常后立即起動電機(jī)。又因接觸器動作時間有延時，實際在電壓恢復(fù)50 ms后電機(jī)起動。試驗波形如圖3所示。

圖3 立即再起動過程波形

2.2 延時再起動試驗

      電機(jī)正常運行后，失電再起動充電完成，充電燈亮。裝置和電機(jī)同時斷電，斷電1 s后電壓恢復(fù)正常，因斷電時間大于立即重起動定值0.8 s，小于延時重起動定值5 s，故保護(hù)裝置延時0.5 s起動電機(jī)。試驗波形如圖4所示。

圖4 延時再起動過程波形

      失電再起動充電完成，充電燈亮。裝置和電機(jī)同時斷電，斷電6 s后電壓恢復(fù)正常，大于延時重起動定值5 s，控制器將不再重起電機(jī)，同時再起動放電。

      本次動態(tài)模擬試驗結(jié)果如表2 所示， 均正確動作。

表2 失電再起動測試結(jié)果

3 結(jié)束語

      本文介紹了一種在微機(jī)可編程電機(jī)保護(hù)裝置上實現(xiàn)電機(jī)群失電再起動的方法，該方法具有邏輯可靠、無須改動接線和增加設(shè)備的特點。目前該方法已獲得發(fā)明專利，使用該方法的電機(jī)保護(hù)裝置自2008 年以來在安慶石化、揚(yáng)子石化、金陵石化、福建煉化和惠州煉油廠等石化企業(yè)有上萬臺業(yè)績，在晃電過程中多次正確動作， 大大減少企業(yè)因晃電造成生產(chǎn)運行裝置的停車現(xiàn)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(jì)效益。

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