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中廣核工程有限公司、上海發電設備成套設計研究院的研究人員俞紀維、吳智剛、沈志華，在2017年第3期《電氣技術》雜志上撰文指出，核電廠核島380V感應電動機采用全壓直接起動方式，啟動電流大，易影響對電機啟動性能做出正确評價，甚至引發上遊電源保護誤動開關跳閘。

本文對三種啟動電流測試方法進行了比較，并分析其結果差異及标準要求。同時，本文也比較了兩種主要電源保護配置方案，研究探讨适合于核島380V感應電動機啟動的保護措施。

核電廠核島廠房内連續運行的380V全封閉鼠籠式異步電動機（又稱“鼠籠式感應電動機”）及其保護電源配置，具有以下幾個主要特征：

1）核島380V感應電動機采用全壓直接起動方式，啟動電流較大，容易導緻電機啟動失敗。

2）核島380V感應電動機及其所對應上遊電源低壓配電盤，屬于核級設備，相應設備如需換型或進行較大改動，需經一系列鑒定分析和/或鑒定一緻性評價，變動難度較大，實施困難、周期長、費用高、影響大。

因此，正确對待核島380V感應電動機直接啟動電流偏大問題，研究探讨啟動電流與其上遊電源保護的匹配關系，則顯得尤為重要。

本文結合案例，闡述電機啟動電流偏大問題，介紹三種啟動電流測試方法，比較不同測量方法結果差異和标準要求，同時對兩種主要電源保護配置方案進行比較，研究探讨适合于核島380V感應電動機啟動的保護措施。

1啟動電流偏大

1.1啟動電流偏大案例

核電廠核島380V感應電動機數量衆多，出現電機啟動電流偏大，甚至引發上遊電源保護誤動開關跳閘的情況不在少數。

如某核電廠有4台核電機組，其4号機組有一台已投入運行的核島380V感應電動機，型号為HY180M-2，額定功率Pn為22kW，額定電流In為41.7 A，采用全壓直接起動方式啟動。

在該電機的某次啟動過程中，出現上遊電源斷路器跳閘，現場采用DL850型錄波儀器錄取到啟動電流波形，最大啟動電流值達到639A，檢查電機絕緣、直阻無異常。為驗證電機是否異常，現場将電機與泵的靠背輪解開後，錄取了5次電機空載啟動電流波形，相關測量數據及計算結果如表1所示，其中第四次啟動時斷路器跳閘。

根據該電機的《設備運行維護手冊》（EOMM）要求，最大起動電流倍數為7.5 20%（9倍），電機實際啟動電流已超過該電機EOMM的要求值。

表1 電機空載啟動電流測量

1.2跳閘原因分析

該電機上遊電源配置NSX100F型塑殼斷路器作為主開關，采用MA50型瞬時脫扣器，保護定值設為700A。因脫扣器瞬時保護脫扣電流設定值精度為±20%，對應700A定值，脫扣器動作範圍為560~840A；其後對該MA50脫扣器進行了脫扣校驗，700A設定值下的三相脫扣器動作值分别為：A相700A、B相570A、C相600A。

從校驗結果看，該脫扣器動作在正常區間，脫扣器功能正常，639 A的電機啟動瞬态電流導緻了脫扣器動作開關跳閘。

1.3電機啟動性能評價

該電機被現場拆換下後，進行了返廠檢測，測得100%Un下的堵轉電流為274.78A，計算堵轉電流倍數為6.59倍，滿足其技術标準要求（起動電流倍數7.5 20%）；而現場調試期間用MST-3電機啟動特性測試分析儀測得該電機空載啟動電流為319.48A，對應起動電流倍數為7.66倍，考慮到現場電壓（通常為400V左右）較電機廠内測試電壓380V要高，調試期間測得的啟動電流也因此較電機廠内所測堵轉電流要大，但二者所測結果都可判定電機啟動性能是正常的。

事實上，不同測量儀器測量結果不盡相同，下文展開進一步分析、讨論。

2啟動電流分析

2.1啟動電流概念比較

很長一段時間，人們對啟動電流的認識存在一些概念上的理解偏差，即通常認為電動機啟動電流（又稱起動電流）為電動機最大穩态啟動電流有效值（不包括暫态過程非周期分量），其有别于GB/T2900.25中“起動（過程）電流”的定義，國标中“起動（過程）電流”指的是“在額定電壓和額定頻率下，轉速由零到負載轉速的起動期間電動機從供電線路輸入的穩态方均根電流。”

因此，真正的啟動電流是個過程的穩态方均根值，不是最大（啟動電流）值，也不是初始（啟動電流）值。

堵轉電流是“電動機在額定頻率、額定電壓和轉子在所有轉角位置堵住時從供電線路輸入的最大穩态均方根電流。”通常情況下，電機堵轉電流在數值上可視為起動（過程）電流的最大值。

除此之外，我們還需關注初始起動電流這個概念。初始起動電流在國标中沒有規定，但核電廠380V感應電動機的技術規格書中對其有明确定義，指“額定電壓、額定頻率下電動機處于最不利位置（靜止）時，電動機起動時暫态電流的最大有效值。”

仔細比較上述概念定義可知，初始起動電流與起動（過程）電流、堵轉電流不同。初始起動電流是表征電機啟動的一種瞬态電流值，數值上比較接近于合閘峰值電流（有效值）。

下面介紹和比較一下有關核島380V感應電動機啟動電流的三種常用測試方法。

2.2測量方法比較

核電廠380V感應電動機，根據設備所處階段不同，有三種較為常用的啟動電流測試方法：

1）在電機出廠前，電機廠通過堵轉試驗測定堵轉電流（先測定100V下的堵轉電流，再通過描點法計算出額定電壓380V下的堵轉電流），并将其視作為啟動（過程）電流的最大值。

2）在工程調試階段，現場使用MST-3電機啟動特性測試分析儀，該儀器錄取的是電機三相電流與電壓信号的瞬時波形數據，并計算出電機啟動時的電流和電壓的有效值随時間變化曲線，再通過裝置内部計算程序對數據進行處理，使用切線法計算出初始啟動電流，如下圖1所示。

圖1 MST-3錄波圖形

MST-3測量儀器采用斜線法計算初始起動電流，通常情況下，所測結果與起動（過程）電流的最大值比較接近，可以近似等同；然對小容量電機，會出現較大偏差或失真，這是因為，小容量電機啟動完成時間迅速，曲線斜率高，所計算出的初始起動電流會較實際值偏大。

3）在生産運行期間，現場使用DL850示波記錄儀，錄取三相電流瞬時電流波形（如下圖2所示），通過數據分析找出啟動電流瞬時值的峰值，再計算其有效值，即采用最大值法确定電機啟動電流。

圖2 DL850錄波圖形

由于電機啟動合閘常出現較大尖峰電流（即合閘峰值電流），也即發生較大零點偏移，将此最大電流視為啟動電流，誤差較大，顯然不太合适。

通過上述三種測試方法比較可以看出，方法一測得堵轉電流（等同于最大啟動電流），方法二測得初始起動電流（數值上介乎堵轉電流與合閘峰值電流之間），方法三測得合閘峰值電流（通常較堵轉電流大，約為1.8倍堵轉電流，甚至達2倍以上），三者不可等同。

2.3标準要求分析

不同測量方法比照标準不同，通常考核評價電機啟動性能的重要參數之一是起動電流倍數（即起動電流标幺值）或堵轉電流倍數（即額定電壓下的堵轉電流與額定電流之比）。

1）起動電流标幺值

核電廠對核島380V感應電動機有起動電流倍數（起動電流标幺值）要求，如上文所例舉的核電廠有4台核電機組，其1、2号機組的《核島380V感應式電動機技術規格書》規定了起動電流标幺值：額定功率≤30kW的電動機為8.5倍，額定功率>30kW的電動機為7.5倍（通常默認允許容差為20%）；3、4号機組《核島380V感應式電動機技術規格書》對啟動電流的要求為：額定電壓、額定頻率下，電動機的起動電流标幺值小于等于7.5倍（已考慮容差），起動電流的絕對值不允許超過1775A。

1、2号機與3、4号機對設備要求不一，難以将其（技術規格書）要求用于考核電機性能，因此，評價電機啟動性能，多以堵轉電流倍數要求為準。

2）堵轉電流倍數

堵轉電流倍數比照JB/T7565.1-2011表18、表19要求。

3電源保護配置

3.1保護配置方案對比

前文已述，電機啟動瞬态電流偏大，超出脫扣器保護定值，導緻了開關跳閘。對比該核電廠1号機組的相同電機回路（同型号規格電機，并帶相同負荷），其上遊電源保護配置不同，1号機組電機回路采用熔斷器保護方式，主開關為OESA63DM3BMNS型熔斷器開關，熔芯為NH00-63A,aM，電機啟動運行正常，未發生跳閘。

3.2方案差異分析

1）采用斷路器保護的電機回路，由于MA脫扣器的短路保護瞬時動作，其動作誤差範圍±20%（事實上大部分脫扣器動作在負公差範圍），導緻電機啟動瞬間暫态沖擊電流易超過脫扣器保護定值下限而動作跳閘。

2）采用熔斷器保護的電機回路，由于熔芯熔斷有一定時間，通常為幾秒（可查IEC60269-1對應熔芯的時間-電流曲線），而核島380V感應電機全壓啟動完成時間通常不到1s，因此較易躲過電機啟動電流。

3.3解決思路

核電廠核島380V感應電動機起動電流大導緻開關跳閘的情況不算少見，考慮核電應用的特殊性，本文提供如下解決思路供參考：

1）首先确定電機啟動電流是否超标，啟動性能是否滿足相應标準技術要求。

2）如電機是正常的，隻是合閘峰值電流偏大，則優先選擇調整定值；但從根本解決上，可考慮采取限制合閘峰值電流（尖峰電流）的措施。

3）調整保護定值有前提，即保護元件的可調範圍允許，保護定值須經嚴格校核，須滿足保護的靈敏性要求（如DL/T5153-2002要求低壓廠用電動機的相間短路保護和單相接地短路保護靈敏系數不小于1.5），否則應另加零序保護。

本文所舉實際案例即出現了定值調整偏大以緻不滿足保護靈敏性要求的情況（如本案例中，為滿足電機可正常啟動，将MA50脫扣器替換為MA100脫扣器，定值由700A調整為800A，但卻達不到單相短路計算電流1030A的1.5倍靈敏系數要求），從而需要對電源設備做較大改動。

4）涉及保護配置回路較大修改，需滿足鑒定一緻性要求，這就決定了相應修改不可能輕易實現。

4結論

通過以上分析，可得出以下結論：

1）對于電動機啟動，應以堵轉電流（倍數）作為評價電機啟動性能的重要考量；初始起動電流、合閘峰值電流對電機性能評價可供參考，如用戶與電機廠商另有約定，也可明确後遵照執行。

2）電源保護配置應注重初始起動電流、合閘峰值電流（尖峰電流）的影響，正常啟動電流應與電源保護配置匹配；選擇瞬時脫扣的速斷保護作為電機短路保護的，既要考慮躲避初始起動電流、合閘峰值電流，還應考慮滿足保護靈敏度要求。

3）核級設備修改須滿足鑒定一緻性要求。

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