馬達保護器頻繁跳閘原因分析及處理方案
發布時間：2022-03-20 10:35
摘要：在工業實踐中，電機會由于電性原因發生負荷、缺相、層間短路及線間短路，線圈的接地漏電，瞬間過電壓等問題，使電機造成損壞，并且還會因為機械原因，如堵轉、電機轉動體遇到固體時，因軸承磨損或潤滑油缺乏出現熱傳導現象，損壞電機。所以要做好對電機的保護措施，為其正常運轉提供保障，避免頻繁出現事故，將損失減小到最低。文章主要以北京京能未來燃氣脫硝系統2#稀釋排煙風機在運行過程中頻繁停車事故為例，分析了2#稀釋排煙風機頻繁停車的原因，并經過對控制回路相關改進，消除了相關故障。
馬達保護器作為現代工業380V配電系統中很一個重要的保護裝置，憑借其性能穩定、全面的保護、監視功能以及低廉的價格優勢在低壓配電系統大量應用。在生產自動化程度不斷提高的過程中，電機需要更加頻繁地進行啟動、制動、正反轉和變負荷，這對馬達保護器的要求也越來越高。此外，工作環境極為惡劣，通常為腐蝕、多塵、高溫、潮濕等場合，這樣馬達保護器也容易頻繁出現跳閘故障。因此，需要我們深入分析導致馬達保護器頻繁出現跳閘的原因，有針對性地采取改進和處理措施，解決馬達保護器頻繁跳閘的問題，保障機電設備的正常工作。
1.設備故障情況概述
北京京能未來燃氣熱電有限公司脫銷系統2#稀釋排煙風機啟動后運行正常，馬達保護器顯示電流與實際電流一致，指示狀態與實際狀態相符合，但在運行過程中不定時頻繁停車，裝置記錄DI停車，但檢查DCS系統記錄，遠方未發出停止信號；檢查裝置外回路中間繼電器動作情況正常，接線無松動現象；檢查電機絕緣、溫度無異常，控制柜內溫度無異常，重新啟動系統繼續正常運行，運行過程中重復停車，旅行用品。由于2#稀釋排煙風機頻繁停車，造成公司NOX排放值間斷性超出公司內部控制值（15mg），給工廠環保工作造成巨大壓力，同時也給公司經濟利益造成一定損失。
2#稀釋排煙風機控制回路原始狀態：2#稀釋排煙風機采用馬達保護器控制、保護，遠方、就地切換控制，啟動信號控制中間繼電器，繼電器節點用于控制馬達保護器DI輸入；馬達保護器接收到啟動電平信號后馬達保護器D0節點動作發出合閘命令作用于主回路接觸器；風機運行過程中，馬達保護器狀態顯示正確，與實際狀態相一致；但在2#稀釋排煙風機運行過程中，裝置不定時停車，裝置記錄DI停車，但檢查控制回路并未發出停車命令。
2.2#稀釋排煙風機頻繁停車原因分析
經過現場多次試驗，對試驗結果分析，分析頻繁停車可能原因有如下幾點。
（1）馬達保護器個體對電平信號掃描精度不夠，造成馬達保護器DI接收到的電平信號存在短暫丟失現象，導致馬達保護器誤認為啟動信號消失，同時D0所發出的合閘命令也隨之消失，造成風機停車。
（2）誤動作。導致出現誤動作的原因有很多，既有線路上的問題，保護器本身也存在一定問題。在認真檢查馬達保護器后，導致出現誤動作的原因有以下幾點：①連線出現錯誤，不能讓三相處于平衡狀態，保護器容易出現誤動作。部分保護器后方零線接地，也有一些連接到其他零線上，并且保護器后方相線也連接到其他支路同相相線上，負荷跨接在保護器電源側和負載側，再將負載接通后，保護器會因此出現誤動作。②絕緣惡化。保護器后方一相對地絕緣有損壞，降低了對地絕緣的不對稱性，因此有不平衡的泄露電流產生，導致保護器出現誤動作。③合閘無法同步進行，此時先合閘的一相產生了較大的泄露電流，造成保護器出現誤動作。④保護器質量問題。因為零件質量不高，并且也沒有較好地進行裝配，這樣降低了馬達保護器的穩定性和可靠性，從而產生誤動作。
（3）拒動作。雖然拒動作比誤動作少見，但是由于其造成的危險性很大，所以要盡量避免。本次故障出現的拒動作主要原因分析如下：①接線錯誤，在保護器內部接入了用電設備外殼上的保護線，即PE線，這樣設備會發生漏電，從而引起拒動作。②沒有選擇適宜的動作電流。選擇了較大的保護器動作電流，造成保護器發生拒動作。③零件設備質量偏低，存在著很多質量問題，比如互感器二次回路斷路等，造成保護器出現拒動作。④線路絕緣阻抗下降，線路過長。因為一部分電擊電流沿著保護器后方絕緣阻抗流過保護器并返回電源，此過程沒有通過電網工作接地和保護器前方絕緣阻抗，造成保護器出現拒動作。
3.采取的措施
在馬達保護器運轉過程中，必須確保其外殼、各部件、連接端子的清潔，并且不能出現損壞。此外，要牢固地進行連接，端子處不能有變色的問題，馬達保護器的開關能夠靈活操作。再將馬達保護器安裝完成后，要進行試驗，檢查其工作特性是否達標，只有檢驗合格后方可投入到實際使用中。當然在使用中還應該定期對其可靠性進行檢驗，為有效防止試驗電阻被燒壞，試驗的次數要合理控制好。
馬達保護器在投入使用后，外殼膠木件的溫度必須在65%以下，外殼金屬件的溫度要在55%以下。保護器一次電路各部絕緣電阻要在1.5MQ以上。馬達保護器出現掉閘問題后，需要立即查找原因，爭取第一時間排除所有故障，之后再合閘送電。
結合分析的停車原因，制定了相應的改進措施并咨詢馬達保護器廠家意見后對整體回路進行了如下改進：將裝置啟動信號由原來中間繼電器控制的電平信號改成直接由DCS系統或就地按鈕發出的脈沖信號，同時增加停車DI輸入，同樣采用脈沖輸入；啟動、停止信號采用常開脈沖。由馬達保護器本身保持接觸器動作，風機運行；當遠方DCS發出啟動信號時，裝置接收脈沖信號，裝置D0發出合閘命令作用于主回路接觸器，風機啟動；當遠方DCS發出停止信號時，裝置D0輸出消失，主回路接觸器跳開，風機停機。改進后2#稀釋排煙風機運行穩定，連續運行未出現自動停機現象。
4.馬達保護器控制回路改進的意義
（1）改動前裝置頻繁發出停車命令，造成2#稀釋排煙風機停用，導致NOX等排放物超過公司控制值（15mg/m3），雖然遠遠低于北京市對NOX的排放控制值（30mg/m3），但是NOX排放增多對環境污染造成的影響加大；同時NOX排放物增多，按照目前環保相關法規規定，按照污染物排放多少繳納排污費用，因此，風機停用造成NOX排放量增加將需繳納大量排污費。經過改進控制回路接線方式，保證2#稀釋排煙風機穩定運行，NOX排放一直保持在公司控制值以下，節省了大量排污費，實現了經濟效益的提升。
（2）控制回路改進前，由于2#稀釋排煙風機頻繁跳閘，給整體脫銷系統運行造成一定影響，給機組安全穩定運行帶來一定的隱患。在馬達保護器頻繁出現跳閘問題后，如果不及時進行處理，會造成巨大的經濟效益損失，影響正常工作的開展。因此，需要更換相關設備，保證機組、系統的正常運行；本次控制回路改進，節省了更換相關設備的購置費用，并且有效解決了馬達保護器頻繁跳閘的問題，保障了電機設備的正常運行。
（3）裝設具有延時重合閘功能的保護器。將帶延時漏電保護的斷路器裝設在電源干線上，通常在短路保護、過載保護的斷路器下端進行安裝，增裝一變比為1：1的零序電流互感器和脫扣器。如果保護回路中發生接地故障，互感器將剩余電流檢測出來，并在脫扣器作用下，造成斷路器出現跳閘。在《低壓配電設計規范》中，此級漏電保護動作電流要在500mA以下，才能確保安全，這是因為低于500mA電弧不會導致起火。但如果線路正常泄露電流過大。也可以選擇超過500mA的動作電流，防止由于跳閘而引起停電故障。這一級保護通常不選擇一般漏電保護器，也不使用漏電繼電器與接觸器組合的漏電保護，原因是電源干線上金屬性接地故障電流很大，而一般漏電保護器的接觸器和斷流能力在300A以下，無法將過大的電流完全切斷。當前，我國有很多廠家能夠生產這種帶延時漏電保護功能的塑殼式斷路器，其額定電流為100-400A，漏電保護動作電流為30mA-2A，延時動作時間為0.2-0.8s，短路電流開斷能力為3-6.5kA，通過裝設這種保護器，能夠有效解決頻繁跳閘的問題。
（4）馬達保護器安裝使用注意事項。要注重布局的合理性，嚴格按照控制單元與執行單元，饋電單元與測量單元、強電元件與弱電原件分開布置組裝的原則進行。在將多個馬達保護器安裝在同一個低壓配電盤柜、箱內時，要集中布置馬達保護器，安裝時保證朝著同一個方向，并串聯連接好馬達保護器間的通訊線，應在盤柜和箱體容易引出部位的接線端子處留出網絡連接線端子。與馬達保護器相匹配的電流互感器與普通電力互感器不同，是通過特殊制作而成的，必須在控制器配套的電流互感器模塊連接控制器本體提供的電流輸入端子（IA，IB，IC，IN）。在安裝馬達保護器配套的電流互感器時，主回路A，B，C三相要和互感器A，B，c三相分別進行對應，穿線過程中互感器進出線放線要保持一致的方向和順序，按照ABC，BCA，CAB正序方向接入，這樣馬達保護器才能正常工作。要正確設置電流互感器CT變比數，不然網絡監控系統會由于設備運行電流不正常報警停機或顯示異常。只有正確安裝好馬達保護器，才能避免其頻繁出現跳閘問題。
5.結語
總之，在電機運行過程中，跳閘是一個較為普遍的問題，主要是因為保護器處于潮濕的地方，降低了其絕緣程度，并且在電器如控制開關、插座等長時間使用過程中，也會導致其絕緣降低，造成相線接地。如果不能及時進行搶修，將導致長時間無法正常供電，電機設備也不能正常運轉，從而影響生產效益。本文對北京京能未來燃氣熱電有限公司在對脫銷系統2#稀釋排煙風機馬達保護器控制回路改進后，運行至今未出現跳閘停車現象，證明對脫銷系統2#稀釋排煙風機馬達保護器控制回路的改進是有效的。
馬達保護器作為現代工業380V配電系統中很一個重要的保護裝置，憑借其性能穩定、全面的保護、監視功能以及低廉的價格優勢在低壓配電系統大量應用。在生產自動化程度不斷提高的過程中，電機需要更加頻繁地進行啟動、制動、正反轉和變負荷，這對馬達保護器的要求也越來越高。此外，工作環境極為惡劣，通常為腐蝕、多塵、高溫、潮濕等場合，這樣馬達保護器也容易頻繁出現跳閘故障。因此，需要我們深入分析導致馬達保護器頻繁出現跳閘的原因，有針對性地采取改進和處理措施，解決馬達保護器頻繁跳閘的問題，保障機電設備的正常工作。
1.設備故障情況概述
北京京能未來燃氣熱電有限公司脫銷系統2#稀釋排煙風機啟動后運行正常，馬達保護器顯示電流與實際電流一致，指示狀態與實際狀態相符合，但在運行過程中不定時頻繁停車，裝置記錄DI停車，但檢查DCS系統記錄，遠方未發出停止信號；檢查裝置外回路中間繼電器動作情況正常，接線無松動現象；檢查電機絕緣、溫度無異常，控制柜內溫度無異常，重新啟動系統繼續正常運行，運行過程中重復停車，旅行用品。由于2#稀釋排煙風機頻繁停車，造成公司NOX排放值間斷性超出公司內部控制值（15mg），給工廠環保工作造成巨大壓力，同時也給公司經濟利益造成一定損失。
2#稀釋排煙風機控制回路原始狀態：2#稀釋排煙風機采用馬達保護器控制、保護，遠方、就地切換控制，啟動信號控制中間繼電器，繼電器節點用于控制馬達保護器DI輸入；馬達保護器接收到啟動電平信號后馬達保護器D0節點動作發出合閘命令作用于主回路接觸器；風機運行過程中，馬達保護器狀態顯示正確，與實際狀態相一致；但在2#稀釋排煙風機運行過程中，裝置不定時停車，裝置記錄DI停車，但檢查控制回路并未發出停車命令。
2.2#稀釋排煙風機頻繁停車原因分析
經過現場多次試驗，對試驗結果分析，分析頻繁停車可能原因有如下幾點。
（1）馬達保護器個體對電平信號掃描精度不夠，造成馬達保護器DI接收到的電平信號存在短暫丟失現象，導致馬達保護器誤認為啟動信號消失，同時D0所發出的合閘命令也隨之消失，造成風機停車。
（2）誤動作。導致出現誤動作的原因有很多，既有線路上的問題，保護器本身也存在一定問題。在認真檢查馬達保護器后，導致出現誤動作的原因有以下幾點：①連線出現錯誤，不能讓三相處于平衡狀態，保護器容易出現誤動作。部分保護器后方零線接地，也有一些連接到其他零線上，并且保護器后方相線也連接到其他支路同相相線上，負荷跨接在保護器電源側和負載側，再將負載接通后，保護器會因此出現誤動作。②絕緣惡化。保護器后方一相對地絕緣有損壞，降低了對地絕緣的不對稱性，因此有不平衡的泄露電流產生，導致保護器出現誤動作。③合閘無法同步進行，此時先合閘的一相產生了較大的泄露電流，造成保護器出現誤動作。④保護器質量問題。因為零件質量不高，并且也沒有較好地進行裝配，這樣降低了馬達保護器的穩定性和可靠性，從而產生誤動作。
（3）拒動作。雖然拒動作比誤動作少見，但是由于其造成的危險性很大，所以要盡量避免。本次故障出現的拒動作主要原因分析如下：①接線錯誤，在保護器內部接入了用電設備外殼上的保護線，即PE線，這樣設備會發生漏電，從而引起拒動作。②沒有選擇適宜的動作電流。選擇了較大的保護器動作電流，造成保護器發生拒動作。③零件設備質量偏低，存在著很多質量問題，比如互感器二次回路斷路等，造成保護器出現拒動作。④線路絕緣阻抗下降，線路過長。因為一部分電擊電流沿著保護器后方絕緣阻抗流過保護器并返回電源，此過程沒有通過電網工作接地和保護器前方絕緣阻抗，造成保護器出現拒動作。
3.采取的措施
在馬達保護器運轉過程中，必須確保其外殼、各部件、連接端子的清潔，并且不能出現損壞。此外，要牢固地進行連接，端子處不能有變色的問題，馬達保護器的開關能夠靈活操作。再將馬達保護器安裝完成后，要進行試驗，檢查其工作特性是否達標，只有檢驗合格后方可投入到實際使用中。當然在使用中還應該定期對其可靠性進行檢驗，為有效防止試驗電阻被燒壞，試驗的次數要合理控制好。
馬達保護器在投入使用后，外殼膠木件的溫度必須在65%以下，外殼金屬件的溫度要在55%以下。保護器一次電路各部絕緣電阻要在1.5MQ以上。馬達保護器出現掉閘問題后，需要立即查找原因，爭取第一時間排除所有故障，之后再合閘送電。
結合分析的停車原因，制定了相應的改進措施并咨詢馬達保護器廠家意見后對整體回路進行了如下改進：將裝置啟動信號由原來中間繼電器控制的電平信號改成直接由DCS系統或就地按鈕發出的脈沖信號，同時增加停車DI輸入，同樣采用脈沖輸入；啟動、停止信號采用常開脈沖。由馬達保護器本身保持接觸器動作，風機運行；當遠方DCS發出啟動信號時，裝置接收脈沖信號，裝置D0發出合閘命令作用于主回路接觸器，風機啟動；當遠方DCS發出停止信號時，裝置D0輸出消失，主回路接觸器跳開，風機停機。改進后2#稀釋排煙風機運行穩定，連續運行未出現自動停機現象。
4.馬達保護器控制回路改進的意義
（1）改動前裝置頻繁發出停車命令，造成2#稀釋排煙風機停用，導致NOX等排放物超過公司控制值（15mg/m3），雖然遠遠低于北京市對NOX的排放控制值（30mg/m3），但是NOX排放增多對環境污染造成的影響加大；同時NOX排放物增多，按照目前環保相關法規規定，按照污染物排放多少繳納排污費用，因此，風機停用造成NOX排放量增加將需繳納大量排污費。經過改進控制回路接線方式，保證2#稀釋排煙風機穩定運行，NOX排放一直保持在公司控制值以下，節省了大量排污費，實現了經濟效益的提升。
（2）控制回路改進前，由于2#稀釋排煙風機頻繁跳閘，給整體脫銷系統運行造成一定影響，給機組安全穩定運行帶來一定的隱患。在馬達保護器頻繁出現跳閘問題后，如果不及時進行處理，會造成巨大的經濟效益損失，影響正常工作的開展。因此，需要更換相關設備，保證機組、系統的正常運行；本次控制回路改進，節省了更換相關設備的購置費用，并且有效解決了馬達保護器頻繁跳閘的問題，保障了電機設備的正常運行。
（3）裝設具有延時重合閘功能的保護器。將帶延時漏電保護的斷路器裝設在電源干線上，通常在短路保護、過載保護的斷路器下端進行安裝，增裝一變比為1：1的零序電流互感器和脫扣器。如果保護回路中發生接地故障，互感器將剩余電流檢測出來，并在脫扣器作用下，造成斷路器出現跳閘。在《低壓配電設計規范》中，此級漏電保護動作電流要在500mA以下，才能確保安全，這是因為低于500mA電弧不會導致起火。但如果線路正常泄露電流過大。也可以選擇超過500mA的動作電流，防止由于跳閘而引起停電故障。這一級保護通常不選擇一般漏電保護器，也不使用漏電繼電器與接觸器組合的漏電保護，原因是電源干線上金屬性接地故障電流很大，而一般漏電保護器的接觸器和斷流能力在300A以下，無法將過大的電流完全切斷。當前，我國有很多廠家能夠生產這種帶延時漏電保護功能的塑殼式斷路器，其額定電流為100-400A，漏電保護動作電流為30mA-2A，延時動作時間為0.2-0.8s，短路電流開斷能力為3-6.5kA，通過裝設這種保護器，能夠有效解決頻繁跳閘的問題。
（4）馬達保護器安裝使用注意事項。要注重布局的合理性，嚴格按照控制單元與執行單元，饋電單元與測量單元、強電元件與弱電原件分開布置組裝的原則進行。在將多個馬達保護器安裝在同一個低壓配電盤柜、箱內時，要集中布置馬達保護器，安裝時保證朝著同一個方向，并串聯連接好馬達保護器間的通訊線，應在盤柜和箱體容易引出部位的接線端子處留出網絡連接線端子。與馬達保護器相匹配的電流互感器與普通電力互感器不同，是通過特殊制作而成的，必須在控制器配套的電流互感器模塊連接控制器本體提供的電流輸入端子（IA，IB，IC，IN）。在安裝馬達保護器配套的電流互感器時，主回路A，B，C三相要和互感器A，B，c三相分別進行對應，穿線過程中互感器進出線放線要保持一致的方向和順序，按照ABC，BCA，CAB正序方向接入，這樣馬達保護器才能正常工作。要正確設置電流互感器CT變比數，不然網絡監控系統會由于設備運行電流不正常報警停機或顯示異常。只有正確安裝好馬達保護器，才能避免其頻繁出現跳閘問題。
5.結語
總之，在電機運行過程中，跳閘是一個較為普遍的問題，主要是因為保護器處于潮濕的地方，降低了其絕緣程度，并且在電器如控制開關、插座等長時間使用過程中，也會導致其絕緣降低，造成相線接地。如果不能及時進行搶修，將導致長時間無法正常供電，電機設備也不能正常運轉，從而影響生產效益。本文對北京京能未來燃氣熱電有限公司在對脫銷系統2#稀釋排煙風機馬達保護器控制回路改進后，運行至今未出現跳閘停車現象，證明對脫銷系統2#稀釋排煙風機馬達保護器控制回路的改進是有效的。
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