淺談馬達保護器裝置電源掉電停機的原因分析處理
發布時間：2021-10-14瀏覽次數：1219返回列表
易允恒
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘 要：介紹了一起因直流電源接線松動導致所帶整段馬達保護器裝置停電從而造成電機大面積停機的事故，分析了大面積電機停機的直接原因和間接原因，針對存在的問題提出了整改措施和方案，對馬達保護器設計邏輯進行了修改，同時通過DCS組態增加了后臺監控報警。
關鍵詞：馬達保護器；電機停機；DCS組態
1故障情況
2020年５月12日９時57分，工作人員發現某裝置某單元部分空冷和水泵電機突然無故停機，內操迅速通知外操趕到現場將無故停機的設備現場起動，并通知維保電氣人員檢查停機情況。
現場檢查后，未發現電機存在故障情況，變電所內系統無異常，無備自投動作情況，外操現場手動起動的設備正常運行中無異常，但IMCS系統監控屏上有大量電機報“通信故障”及“接觸器運行”的記錄。通過檢查，報警的電機均是變電所內SL5II段母線的電機。同時通過向外操了解停機情況發現無故停機設備集中在變電所內SL5II段母線上。
2原因分析
由停電設備分布情況可知，出現某段集中大面積停機的可能性有以下兩種。
(1)系統出現晃電，電壓波動導致SL5II段母線上電機大面積停電。從現場現象來看，上游系統II段未出現波動，變電所內其他II段低壓系統未出現波動，僅SL5II段出現大面積停機，同時備自投未有動作信息。另外如果短時晃電，低壓電機馬達保護器具有再起動功能，可實現電機晃電再起動，不會導致電機全部停機，而且馬達保護器MCU取得的電源是直流24V電源，系統晃電不應導致SL5II段上運行的馬達保護器在IMCS系統上都報“通信故障”。綜合判斷后，排除無故停機原因是系統出現晃電。
(2)直流電源出現異常。直流電源系統圖如圖１所示。由此可知，SL5II段MCU直流24V電源均從直流系統通過單相直流變壓器取得，一旦單相變壓器后直流系統失電，整段系統上的運行或熱備狀態下的MCU就會失電，并在IMCS系統上報“通信故障”。
為了驗證馬達保護器在失電情況下的IMCS報警情況以接觸器動作情況，選取備用抽屜進行試驗，模擬運行情況下馬達保護器突然失電動作情況，結果顯示馬達保護器在失電情況下會導致電機停機，同時報“××電機通信故障”，恢復馬達保護器電源后報“××電機通信故障”及“××電機接觸器運行”（此情況與SL5II段IMCS上的報警情況一致）。
對照電機控制回路原理圖（如圖２所示），可知原理圖設計上不存在缺陷，馬達保護器MCU故障輸出點為常閉點，在失電情況下不應斷開控制回路。
馬達保護器部分接線端子如圖３所示。對馬達保護器進行檢查，“97-98”“95-96”兩對觸點在控制原理圖上分別為常開和常閉，但正常無電情況下“97-98”為常閉、“95-96”為常開，與控制原理圖不符。
與馬達保護器廠家溝通后，廠家答復是此馬達保護器設計原理為只要上電后馬達保護器內故障輸出繼電器得電兩對觸點狀態變化一次，當出現故障后，馬達保護器內故障輸出繼電器失電“95-96”觸點變回原來常開狀態，斷開控制回路停下電機。
這種設計理念是：馬達保護器失電也是一種大的故障，此時馬達保護器對電機已經不存在保護。為了避免電機出現故障時馬達保護器不能及時進行保護從而造成電機損壞，應馬上停掉電機。另外，上電故障輸出繼電器變位可確認故障輸出繼電器無故障，保證故障情況下動作可靠性。
綜合原因分析及現場檢查，此次某單元大面積電機停電直接原因為SL5II段馬達保護器直流電源二次回路接線松動導致；間接原因為馬達保護器邏輯設計不合理，設計存在缺陷。
3整改及預防措施
(1)全面檢查馬達保護器直流電源接線，緊固接線端子。
(2)修改馬達保護器故障輸出邏輯。確認新邏輯，將全廠同型號的馬達保護器故障輸出觸點按控制原理圖改為正常情況下“97-98”為常開、“95-96”為常閉，存在故障時故障輸出繼電器動作變位，跳開電機控制回路。修改與不修改邏輯風險分析評估如下。
①保持原有邏輯不變。當馬達保護器直流電源失電后，電機停機。直流電源存在故障將導致裝置電機大面積停電，直接影響裝置生產安全、平穩，影響范圍大。
②修改邏輯。當馬達保護器失電后，馬達保護器對電機不存在保護。電機無保護，一旦電機存在故障不能及時跳閘，電機就將燒壞，但抽屜斷路器能分斷短路電流，限定故障范圍。降低風險措施：巡檢關注IMCS上報警情況，及時發現馬達保護器失電情況，但IMCS上系統數據較多，可能無法及時發現；每個抽屜加裝操作面板，從面板電源指示燈可迅速判斷馬達保護器失電情況；增加直流電源報警指示燈，時刻監視直流電源情況；利用馬達保護器失電IMCS系統上報“通信故障”取反與電機運行狀態在DCS作一個“與”邏輯，當電機運行時，馬達保護器失電輸出報警到監控，可消除風險。
根據風險分析評估，選擇修改邏輯，馬達保護器失電情況下不停機造成的風險遠小于不修改邏輯直流失電造成的風險，因此選擇對馬達保護器邏輯進行修改，保證馬達保護器電源在失電或晃電的情況下不跳開電機，保證電機持續運行。
同時，為降低修改邏輯后馬達保護器失電情況下電機無保護運行帶來的風險，后續可實施的措施有：增加操作面板，及時發現馬達保護器失電故障；增加直流電源報警指示燈，時刻監視直流電源情況；增加后臺DCS報警。
根據風險評估制定整改方案，確定新馬達保護器圖3中0.4故障輸出點的邏輯，對0.4繼電器由故障釋放，修改為故障動作，取反邏輯為：
//LOAD_TMP_BIT 15 15
LOAD_NOT_TMP_BIT 15 15 //reverse logic for 0.4
SET_TMP_BIT 19 15 //Image of Output L04
邏輯新完成之后再將圖３中“95-96”“97-98”兩對觸點接線對調。
（3）將IMCS系統電機馬達保護器運行狀態傳到DCS，電機馬達保護器運行狀態取反與
電機運行狀態在DCS后臺組態：馬達保護器未上電取0、電機未運行取0，此邏輯為當電機在運行情況（狀態為１）下，馬達保護器失電（狀態取反為１）輸出“某電機馬達保護器失電”告警至后臺監控，監盤人員發現此告警迅速通知維保電氣人員查找故障，邏輯如圖４所示。
4安科瑞智能電動機保護器介紹
4.1產品介紹
智能電動機保護器(以下簡稱保護器)，采用單片機技術，具有抗干擾能力強、工作穩定可靠、數字化、智能化、網絡化等特點。保護器能對電動機運行過程中出現的過載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、堵轉、阻塞、外部故障等多種情況進行保護，并設有SOE故障事件記錄功能，方便現場維護人員查找故障原因。適用于煤礦、石化、冶煉、電力、以及民用建筑等領域。本保護器具有RS485遠程通訊接口，DC4-20mA模擬量輸出，方便與PLC、PC等控制機組成網絡系統。實現電動機運行的遠程監控。
4.2技術參數
4.2.1數字式電動機保護器
4.2.2模塊式電動機保護器
4.3產品選型
說明：“√”表示具備，“■”表示可選。
5結束語
本次裝置電機大面積停機的直接原因是變電所內SL5II段馬達保護器直流電源施工階段二次回路接線緊固不到位，間接原因是馬達保護器邏輯設計不合理，設計存在缺陷導致故障擴大化。為保證馬達保護器直流電源故障情況下不導致設備誤停從而造成裝置意外停工，修改馬達保護器輸出邏輯，同時驗證了通過DCS組態進行馬達保護器失電告警的方案是可行的。
參考文獻
[1]陳國雄，高立平.馬達保護器裝置電源掉電導致電機停機原因分析處理
[2]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.06版
作者簡介：
易允恒，男，本科 安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網供配電
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