电机水阻启动装置故障处理

李 琳

（山钢股份济南分公司气体厂 济南）

一、故障现象

济南钢铁集团气体厂氧压机房1#6000氧压机和2#20 000氮压机均为绕线式异步电机（表1），采用一拖二水阻启动方式，即1台GZYQ-4000/6-YT型水阻启动装置（湖北追日电气设备厂生产）分时启动6000氧压机和20 000氮压机。2013年12月26日，在6000氧压机运行情况下，启动20 000氮压机，启动过程中，水阻控制柜"启动超时"报警灯亮，接着水阻星点柜合闸，电机星点短接，水阻装置切除瞬间造成电机所在高压进线速断跳闸。

二、故障分析

水阻启动装置利用液体电阻变化实现降压启动（绕线式电机在转子回路串电阻）。在电解液中放置两块极板，极板距离由

1套伺服系统进行无级调节，西门子S7-200 PLC程序控制星点合闸和启动时间，通过改变极板距离而改变电阻值，实现降压软启动。电机启动完成后电机星点短接，水阻装置切除。检查、确认电机本体相间绝缘和对地绝缘、电机高压柜辅点和微机保护装置保护动作值无异常，初步判断此次停机原因是水阻启动超时和启动跳闸两个相互独立的故障。

1.水阻启动超时

分析水阻控制柜PLC程序（图1、图2）得知，I0.2、I0.4和I1.4条件具备后，电机才能启动。电机启动后，启动超时计时器只与I0.3信号有关，I0.3信号丢失，将会报出启动超时故障。而星点合闸主要受I1.0和I0.7两个限位开关信号的控制，与电机电流、电机转速无关。检查发现PLC模块的I0.3输入端子松动，压接牢固后联动试机，启动超时故障消失。

图1 启动超时程序

图2 星点合闸程序

2.启动跳闸

（1）电机机械部分原因。电机跳闸主要机械原因是启动负载过大。冬季环境温度低，虽然电机润滑油已加热，但经过轴承后的油温仍然很低，造成电机负载变大。电机要在启动时间内达到并网转速（2980 r/min），就需要加大启动电流。若启动电流保持不变，则会在电机并网、电机星点短接时因电机无法达到或接近并网转速，并网瞬间产生较大冲击电流，造成高压柜微机保护装置过流动作跳闸。由于20 000氮压机为室内厂房安装，启动时电机环境温度并不很低，且油温达到联锁温度后方可启动，因此机械部分原因不是启动跳闸的主因。

（2）水阻启动装置原因。水阻启动装置造成启动跳闸的主因是启动电流的变化，需要从极板和水阻箱电解液两方面分析。①极板。水阻启动装置动静极板是紫铜材料，长期浸泡在电解液中极板接触面生出铜锈，极板间阻值增大，达不到电机应有的启动电流。造成电机并网、电机星点短接时因电机无法达到或接近并网转速，并网瞬间产生较大的冲击电流，造成高压柜微机保护装置过流动作跳闸。同时，在启动过程极板间产生拉弧现象，也影响电机正常启动。②水阻箱电解液。由于水阻启动装置的液阻值是通过添加电解粉来调节，因此要考虑电解液浓度是否合理。水阻启动装置水箱中的液阻值过大或过小，均会造成高压柜微机保护装置过流动作跳闸，但跳闸现象不同。若电解粉过多，水箱中的液阻值就会变得很小。电机启动瞬间（1～2 s）会产生较大的启动初始电流，导致高压柜微机保护装置过流动作跳闸；若电解粉过少，水箱中的液阻值就会变得很大，从而降低启动电流。电机启动一段时间（升降机经过由高位到低位的时间约35 s），在水阻柜启动完成、电机星点合闸、电机并网的瞬间，由于启动电流小造成电机并网时无法达到或接近并网所需转速。此时，PLC程序就将电机星点合闸（图2），转子回路短接。瞬间，降压启动变为直接启动，电机主回路产生较大的冲击电流，造成高压柜微机保护装置过流动作跳闸。结合故障现象判断是液阻值过大。式（1）是电解液阻值调试公式。

式中 R——电解液阻值，Ω

Un——电机额定电压，V

In——电机额定电流，A

A——设定的启动电流倍数

环境温度过低，会造成水阻箱中电解液温度过低，有部分电解质结晶析出，导致电解液浓度降低，R变大。在电机额定电压和电流不变情况下，R与A成反比。R增大，使A减小，即启动电流减小。以B相为例，低温未打磨动静极板时R为7.24 Ω，根据公式1计算，启动电流为额定电流的1.45倍，而正常启动电流约为额定电流的2.5倍。可见，低温造成水箱内液阻值变大，使得启动电流减小。再结合当日环境温度（-7℃），水阻箱内液体温度接近0℃，低温造成电解粉结晶析出，液阻值增大。因此环境温度低是启动跳闸故障的关键原因，而极板锈蚀则加剧了启动电流过小。

三、故障处理

将水阻装置的3对动静机板拆卸后打磨铜锈，打磨完成后在6.3 V电压下测量3个水阻箱中的液阻值；然后用电加热棒将水阻箱内液体温度加热至20℃，极板上下限位间往返运动5次，再在6.3 V电压下测量3个水阻箱中的液阻值（表2）。由此可见水阻箱中动极板打磨，液体加热至20℃后，液阻值下降明显。以B相为例，根据公式1计算，低温未打磨动静极板时启动电流为额定电流的1.45倍，加热打磨动静极板后启动电流为额定电流的2.41倍，启动电流明显增大。

表2 水阻箱液阻值 Ω

措施实施后，启动20 000氮压机，启动过程正常，顺利并网运行，启动超时、星点合闸瞬间高压柜微机保护装置过流动作跳闸故障现象消失。

根据水阻启动装置的工作原理，受环境温度影响较大是其固有缺陷，在北方冬季低温环境下，故障现象尤为明显。为此定期检查水箱中液阻值，定期打磨动静极板，确保启动时水箱中液体温度，可有效降低启动故障率。