浅析裂化装置K-101/B同步电机故障停机原因分析

浅析裂化装置K-101/B同步电机故障停机原因分析

柳振涛

（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