高压电动机液态软起动装置起动失败的原因分析
作者介绍了高压电动机液态软起动装置的基本工作原理。本公司3#高压电动机起动过程中多次发生速断保护动作事故，致使电机起动失败。针对发生此事故的各种可能因素，进行了研究分析，找到了PLC程序中起动时间设置不足的真正原因，经过调试与测试，有效地解决了这一问题。并指出电动机起动故障排查以及起动参数调试等方面应该注意的问题。
工业园区。工业管道的石油炼厂的特写镜头
我公司有多台10kV/500kW高压电动机，高压电动机带动输油泵实现原油的管道密闭输送。为了限制电动机起动电流，减少对电网的冲击，配套使用了高压液态软起动装置。
液态软起动装置由两台高压真空接触器、液体电阻以及PLC控制系统组成。电动机起动过程中，在电动机定子回路串接液体电阻，起动电流在液体电阻上将产生电压降，降低了电动机定子绕组上的电压，起动电流也得到减小，从而达到对电动机降压限流的目的。
电气原理如图1所示。液体电阻串接在高压断路器和电动机之间，采用星形接法。液体电阻由相互绝缘的三个绝缘箱体构成，每个箱体内部分别盛有按照要求配置的电解液并装有一组相对独立的导电电极板，一动一静，动极板通过柜体上部的传动机构及控制系统控制运行。
起动时，高压真空接触器KM2首先闭合，将液态电阻Rs串入电动机定子回路，同时柜顶部的传动机构带动动极板开始向静极板匀速接近，起动瞬间，动静极板间距最大，因此Rs最大。
随着电动机的转速的上升，动静极板间距逐渐接近，液体电阻均匀减小，电动机转速接近正常转速后，真空接触器KM1闭合，真空接触器KM2断开，液体电阻脱离电源系统，起动过程完成，电动机进入正常运行状态。
液态软起动装置结构简单，造价低廉，并能有效降低起动电流，在工矿企业得到了广泛的应用。但我公司的3#高压电动机自安装之后，每次起动十几秒钟后高压断路器都报速断保护动作而跳闸，致使电动机起动失败，给安全生产带来严重影响。
为此，公司成立了技术小组，对故障原因进行了全面的分析排查。
1 故障原因分析
1.1 继电保护定值检查及保护装置校验
保护定值整定人员对该电机保护速断定值重新进行核算。同时与我公司其他同型号电机速断定值进行核对，保护定值设定正确，因此可以排除保护定值设定不当的因素。
保护试验人员对微机保护装置进行了校验，证明系统速断保护动作正常，可以排除保护误动作因素。
图1 电气原理图
1.2 电动机及电缆故障排查
使用2500V兆欧表测试电动机及电缆绝缘电阻，均在300MΩ以上。可以排除因电动机及电缆绝缘缺陷造成速断保护动作的因素。
1.3 液态软起动柜故障排查
经检查起动柜内部接线正确。经测试，在不送高压电源情况下，起动柜内部接触器KM1、KM2的投切正常，极板动作亦正常。
1.4 液体电阻阻值测试
使用交流伏安法对液体电阻的阻值进行了测试，阻值满足厂家技术文件的要求，可以实现有效抑制起动电流的要求。
1.5 原油运输工艺流程故障排查
经询问操作人员，起动时严格按照操作规程进行操作，起动前盘泵很轻松，亦不存在带载起动和管线憋压现象。
造成电动机起动失败的原因到底是什么呢？技术人员对速断保护跳闸过程又进行仔细分析，发现每次速断保护动作导致起动失败，并不是发生在起动瞬间，而是发生在起动过程已经进行了十几秒，起动柜内接触器KM1、KM2完成切换的瞬间。会不会是起动柜接触器KM1、KM2切换太早了呢？技术人员调出了PLC内部程序片段，如图二所示。
图2 电机起动控制梯形图片段
通过定时器T53可知，程序设定的KM1、KM2切换即起动时间为15秒（150乘以100ms）。经了解，在起动柜安装时，电动机以及输油泵还未安装到位，因此整体的系统调试并未进行，也就是说PLC程序给定的起动时间是出厂默认值，并未根据现场的实际情况进行调整。
技术人员尝试将起动时间改为20秒，再一次起动电动机，电动机实现了正常起动。实际上电动机约在18秒时起动就接近完成了（可以通过观察起动柜上的指针电流表的显示情况进行验证，起动瞬间电流表指针冲高，约18秒后电流表指针回落，20秒完成切换，起动完成，运行正常）。
2 结论
通过多方排查，电动机起动失败的原因可归结为起动柜PLC程序设定的起动时间不足。电动机T型等效电路图如图3所示。
由图可知，电动机的起动瞬间，由于转差率S很大约为1，因此整个回路的阻抗很小，这就是电动机直接起动电流可以达到额定电流4～７倍的原因。本例中由于起动时在回路中串入可变液态电阻Rs，可以起到限制起动电流的作用，防止出现速断或者过流保护动作。
但由于PLC系统设置的起动时间不够(仅有15S，大型电动机的起动时间往往很长)，当起动柜强制切换时，Rs被短接，此时转差率S仍然较大，回路阻抗突然变小，从而导致回路电流激增，造成断路器速断保护跳闸，致使电动机起动失败。
图3 电动机T型等效电路图
3 结语
（1）电动机起动的失败的原因有很多，要认真逐一进行排查，直至找到真正原因。
（2）大型电动机的起动多由PLC、晶闸管、变频器进行控制，这些部件以及内部程序程序也是故障排查的重要环节。
（3）电动机的起动时间和最大可能的起动电流要根据电机的结构、参数以及现场的实际情况进行测算，并在现场调试的时候，设定好各项系统参数，确保电动机正常起动。
本文编自《电气技术》，标题为“高压电动机液态软起动装置起动失败的原因分析”，作者为时文婷、黄长明 等。