(中石化股份天津分公司炼油部设备科天津市滨海新区大港300271)
摘要:介绍了中石化股份天津分公司炼油部1#裂化K-101/B同步电机自2012年8月份完成了电机国产化后的整体运行情况。针对“4.22”炼油部西区外电网晃电造成系统电压波动,对电机运行的影响;同时,提出目前同步电机励磁系统进一步完善的措施,增加测速法为判据实现同步机“断电失步保护”。
关键词:晃电、同步电动机、断电保护
一、引言
炼油部1#加氢裂化新氢机为装置核心机组设备,电机共3台,采用德国西门子进口电机,自装置1997年投用后运行良好。考虑电机已到使用寿命,为进一步提高设备长周期运行,2012年8月份完成了K-101/B电机国产化项目,型号:TAW3200-20/3250,功率:3200KW,额定电压:6kV,额定电流:358A,额定转速:300rpm,防爆等级:eⅡT3。自投运至今,电机运行整体良好,电流、温升、振动等指标合格,未发生过故障、未导致过装置非计划停工事件的发生。
2016年4月22日11时10分18秒,热电部至中石油中转油库电缆发生接地、发生金属性短路,造成该系统电网电压降低、波动。本次晃电共影响炼油装置有8套、罐区2个,涉及:2#常减压、3#常减压、2#柴油加氢、3#柴油加氢、催化裂化、连续重整、1#加氢裂化、1#脱硫、综合罐区、南罐区等。据初步统计停运泵63台、压缩机3台、空冷39台,共102台。外电网晃电对西区装置平稳运行影响较大。
其中1#裂化装置K-101/B新氢压缩机同步电动机功率:3200KW,运行故障停机,电机定子绕组、转子磁极等过热老化严重,需返厂大修处理。
二、电机停机事故经过
11时13分53秒,新氢机K-101/B励磁柜报“PT断线”,发出蜂鸣报警,电机进入失步运行状态。定子电流在300A~1600A成周期性摆动,因晃电使得电机进入失步震荡运行;11时32分38秒,励磁柜报“接触器释放、失步保护动作”,K-101/B电机失步运行约18分钟后,故障停机。
经调取故障录波记录,二次电压由62.32V低落至8.19V、持续时间0.5S;同时,从7SJ68系列西门子综保电流监控曲线发现定子电流由0.9A突变至3.9A、折算一次电流约1560A,约为额定电流4.4倍,从保护器调取相关电压、电流波形图如下:
三、电机故障原因分析及措施:
1、故障分析:
a.电机失步后、过载运行。外电网发生晃电后、电机失步运行,定子电流最高达到1600A、呈现不规则震荡运行,电机长时间过载运行导致绕组及铁芯、转子温度升高;而此时水泵停运后使冷却器冷却效果下降、电机内部空气不流通,加速绕组及转子磁极绝缘漆老化。
b.大电机保护功能不完善。新35KV站高压系统变因外电网晃电、造成6KV高压侧电源波动,母线PT电压降至20%以下,励磁系统判断为PT断线,报“PT断线”故障,约18分钟后励磁柜发出“失步保护跳闸”信号停机,未能及时保护停机。
2、整改措施:
1.考虑到电机故障运行超时引起电机温升过高,电机绝缘性能下降,为保证电机长周期运行安全,电机返厂检修,并增加绕组温度联锁保护功能。绕组温度联锁保护执行现有105℃报警、120℃联锁停机,并保证其联锁可靠性。
2.电机综保功能完善。针对电机故障运行期间,定子电流过载超额定值3倍运行保护未跳闸,应增加电机过流反时限保护功能。增加动态冷负荷启动功能、启动定值为5.4A、0S,运行保护定值为2.7A、0S;低电压保护时限由0.7S调至0.5S。
3.增加励磁转速为判据的失步保护功能。针对PT故障励磁柜失步保护退出导致故障电机延时跳闸现象,对励磁系统增加以转速为失步判据的保护功能,实现电机失步时励磁柜跳闸保护功能。当PT故障(或CT故障)时,功率因数无法计算,“综合法失步保护”功能按保护设计设定原则退出。
针对PT电压可能恢复的情况,可以考虑在励磁程序加入自动恢复综合法判断程序,但要综合考虑正常运行时PT变动对励磁调节的各种影响。晃电发生后系统电压恢复至75%Ue,重新启动PT断线保护。
4、过流保护完善。讨论认为因晃电瞬间其电流、时间波动较大,反时限保护无法启动;故过流保护仍采用定时限保护功能,定值1.45Ie倍、时间由15S调至12S。
四、经验与教训
1、完善同步机“断电失步”保护功能。目前,炼油部现有同步电机约10余台、吸取本次教训,组织车间对励磁系统及保护方式进行排查、利用大修或择机完善保护功能;恢复其断电保护功能。
2、开展继电保护保护定值排查。利用大修期间,对关键设备、机组、大电机保护电机进行调取、讨论其定值参数合理性,对问题定值进行必要变更,确保继电保护装置的完好性。
3、装置生产负荷分配失衡。组织生产车间将做好机泵运行负荷的分配,降低电源波动对装置影响。另外,需建立规范的制度和考核细则,杜绝生产用电负荷分配的随意性。
参考文献
[1]许实章《电机学》机械工业出版社,1992
[2]王义文《爆炸危险场所电气防爆安全技术》学术书刊出版社,1992
[3]GB3836.5-2004《爆炸性气体环境用电气设备》第5部分:正压外壳型“P”.IEC60079—2:2001
[4]GBT7409.1-2008《同步电机励磁系统》,2008