現(xiàn)有的采用PLC為核心的再起動(dòng)柜成本高、接線復(fù)雜， 單機(jī)再起動(dòng)繼電器僅靠依賴電機(jī)所在母線電壓及接觸器輔助觸點(diǎn)位置來判別失電，且需要輔助電源，再起動(dòng)失敗幾率較高。本文高級(jí)工程師石勇介紹了一種在電機(jī)保護(hù)裝置中實(shí)現(xiàn)的電機(jī)（群） 失電再起動(dòng)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(dòng)， 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(dòng)作。
0 引言

      再起動(dòng)是指晃電過程中，因電壓瞬時(shí)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(shí)間自動(dòng)分批起動(dòng)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(huì)造成非計(jì)劃停運(yùn)， 給生產(chǎn)帶來很大的經(jīng)濟(jì)損失。但是在實(shí)際運(yùn)行中有很多不確定因素（如雷擊、設(shè)備故障等），很容易對(duì)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(shí)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(dòng)方法是采用專用的自起動(dòng)柜或單機(jī)再起動(dòng)繼電器。自起動(dòng)柜硬件成本高，接線復(fù)雜。單機(jī)再起動(dòng)繼電器成本稍微降低，但是需要增加接線，且再起動(dòng)失敗幾率也較高，還會(huì)在正常停車后發(fā)生誤起動(dòng)。

      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(yùn)行特點(diǎn)，提供了一種可靠、經(jīng)濟(jì)的電機(jī)（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)邏輯借鑒了高壓線路保護(hù)中自動(dòng)重合閘原理，再起動(dòng)邏輯嚴(yán)謹(jǐn)。全數(shù)字化再起動(dòng)過程定值設(shè)定靈活， 支持多種控制方式的電機(jī)再起動(dòng)（如直接起動(dòng)、正反起動(dòng)和高低速電機(jī)起動(dòng)等），裝置的開入開出可組態(tài)，邏輯都在軟件里實(shí)現(xiàn)，使現(xiàn)場(chǎng)接線非常簡(jiǎn)單。模擬量采樣用24點(diǎn)全波傅里葉算法，準(zhǔn)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(jì)算，反應(yīng)速度大大快于傳統(tǒng)的重起動(dòng)裝置和PLC。

1.1 失電再起動(dòng)邏輯

      在電機(jī)（群）靜止?fàn)顟B(tài)下上電起動(dòng)會(huì)對(duì)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(yùn)行的電機(jī)失電后，由于慣性還會(huì)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)一段時(shí)間。旋轉(zhuǎn)中的電機(jī)起動(dòng)電流較小，不會(huì)將電壓拉低太多，因此恢復(fù)供電后可以立即起動(dòng)電機(jī)。完全停止的電機(jī)再起動(dòng)需要根據(jù)廠用電的負(fù)荷進(jìn)行分批再起動(dòng)，如廠用電允許同時(shí)起動(dòng)10臺(tái)電機(jī)，就每次10臺(tái)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(zhǔn)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。

圖1 失電再起動(dòng)邏輯

      當(dāng)一般交流繼電器電壓低于線圈額定電壓的50％，時(shí)間超過1個(gè)周期時(shí)，接觸器釋放；當(dāng)電壓低于80％甚至更高，持續(xù)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。以上條件都滿足時(shí)說明電機(jī)在正常運(yùn)行狀態(tài)，經(jīng)過一定延時(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(hù)動(dòng)作電機(jī)跳閘；②有跳閘指令開入。以上任一條件滿足時(shí)說明電機(jī)因?yàn)橛型C(jī)指令或內(nèi)部故障被停機(jī)，不應(yīng)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（開始計(jì)時(shí)）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(gè)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(dòng)充電完成后，且滿足再起動(dòng)動(dòng)作條件時(shí)，因?yàn)榛坞娀蚴щ姸鴮?dǎo)致接觸器斷開電機(jī)跳閘，此時(shí)失電計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)累計(jì)失電時(shí)間。當(dāng)電壓恢復(fù)到重起動(dòng)電壓整定值以上時(shí)，若失電計(jì)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)電機(jī)；若失電計(jì)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)電機(jī)；如失電計(jì)時(shí)器時(shí)間超過“延時(shí)重起動(dòng)失電時(shí)間”定值時(shí)電壓未恢復(fù)，則電機(jī)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(hù)配合，當(dāng)失電時(shí)間超過“延時(shí)重起動(dòng)失電時(shí)間”定值時(shí)，由失電壓保護(hù)出口去起動(dòng)另一臺(tái)備用電機(jī)。

1.2 電機(jī)群分批再起動(dòng)的實(shí)現(xiàn)

      為了避免再起動(dòng)過程中會(huì)因?yàn)閿?shù)量較多的電機(jī)同時(shí)起動(dòng)時(shí)系統(tǒng)電壓降低，低電壓保護(hù)跳閘導(dǎo)致自起動(dòng)失敗，可以通過設(shè)定不同的“重起動(dòng)延時(shí)定值”來實(shí)現(xiàn)電機(jī)（群）分批再起動(dòng)。

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

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

1.3 儲(chǔ)能元件

      石化企業(yè)因?yàn)殡姍C(jī)分布比較分散，有的場(chǎng)合沒有為再起動(dòng)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(dòng)裝置和電機(jī)同時(shí)失電時(shí)，為了保證再起動(dòng)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(shí)，

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

      超級(jí)電容與電池相比突出優(yōu)點(diǎn)是功率密度超級(jí)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(zhǎng)壽命，充放電大于50萬次，是Li－Ion電池的500倍，如果對(duì)超級(jí)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(dòng)方法實(shí)現(xiàn)及動(dòng)模測(cè)試

      PCS－9692及PCS－9626裝置是微機(jī)型電機(jī)保護(hù)及測(cè)控一體化裝置，裝置邏輯可編程，在保護(hù)裝置中實(shí)現(xiàn)失電再起動(dòng)功能無須改動(dòng)回路和增加外部接線。失電再起動(dòng)動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)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(chǎng)情況一致。電機(jī)起動(dòng)后靠接觸器KM輔助觸點(diǎn)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(hào)。重起動(dòng)出口為BO2端子105－107。

圖2 失電再起動(dòng)試驗(yàn)接線

      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，按照失電后電機(jī)沒有完全停轉(zhuǎn)的時(shí)間整定，此時(shí)立即再起動(dòng)不會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成沖擊。延時(shí)重起動(dòng)失電時(shí)間根據(jù)生產(chǎn)工藝需求來整定，若超過延時(shí)重起動(dòng)失電時(shí)間，再起動(dòng)電機(jī)已無法恢復(fù)生產(chǎn)，則無須再起動(dòng)電機(jī)。延時(shí)重起動(dòng)延時(shí)定值根據(jù)電機(jī)起動(dòng)時(shí)間將電機(jī)延時(shí)分批起動(dòng)。如電機(jī)起動(dòng)時(shí)間為2 s，可以將第一批電機(jī)立即再起動(dòng)，第二批電機(jī)起動(dòng)延時(shí)設(shè)為2 s，第三批設(shè)為4 s，依次類推直至全部起動(dòng)完成。

表1 失電再起動(dòng)定值

2.1 立即再起動(dòng)試驗(yàn)

      電機(jī)正常運(yùn)行后，失電再起動(dòng)充電完成，充電燈亮。裝置和電機(jī)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(hù)裝置在電壓恢復(fù)正常后立即起動(dòng)電機(jī)。又因接觸器動(dòng)作時(shí)間有延時(shí)，實(shí)際在電壓恢復(fù)50 ms后電機(jī)起動(dòng)。試驗(yàn)波形如圖3所示。

圖3 立即再起動(dòng)過程波形

2.2 延時(shí)再起動(dòng)試驗(yàn)

      電機(jī)正常運(yùn)行后，失電再起動(dòng)充電完成，充電燈亮。裝置和電機(jī)同時(shí)斷電，斷電1 s后電壓恢復(fù)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(hù)裝置延時(shí)0.5 s起動(dòng)電機(jī)。試驗(yàn)波形如圖4所示。

圖4 延時(shí)再起動(dòng)過程波形

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

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

表2 失電再起動(dòng)測(cè)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(shí)現(xiàn)電機(jī)群失電再起動(dòng)的方法，該方法具有邏輯可靠、無須改動(dòng)接線和增加設(shè)備的特點(diǎn)。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(tái)業(yè)績(jī)，在晃電過程中多次正確動(dòng)作， 大大減少企業(yè)因晃電造成生產(chǎn)運(yùn)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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