电气基础知识在工程中的运用

阎 坤，王 靖

(上海宝冶集团有限公司，上海 200000)

在电气安装调试过程中，通常会遇到一些诸如不能合闸、漏电等现象，且不同的原因往往会产生表象一样的结果，这就需要电气调试人员透过表象分析问题的实质，而对实质的把握则需要调试人员对相关知识的深入了解与熟悉。笔者将就中国(太原)煤炭交易展览中心水炮电气调试过程中出现的问题处理为例进行分析，说明基础知识积累在工程实际运用中的重要性［1］。

1 实例工程

中国(太原)煤炭交易中心展览中心位于太原市长风街南侧，南靠新晋祠路，西临汾河景区滨河西路，在新规划的长风商务区北端，总建筑面积51 400 m2，建筑造型为“飞碟”形状，主体结构为单层大跨度空间管桁架网壳结构，跨度87 m。作为2011中国中部六省贸易投资博览会的主会场，该工程被列为山西省“十大工程”之首。工程竣工后，将成为山西省新的地标性现代建筑。

会展中心沿环向设置有大空间水炮灭火系统，由设置在能源中心的消防泵房的2台水泵提供消防压力水。2台水泵分别由2台电气柜控制。按照设计，30 kW以上采用软启动，因此该2台水泵启动采用了法国雷诺尔JJR－5200型软启动器，整个盘柜电气进线上端接至变电室400KVA变压器二次侧低压柜中。

2 出现的问题

当调试人员按照既定流程进行调试时，发现当水泵空载启动时，水泵电机在6～8 s能从软启启动切换至旁路吸合，即电机进入正常运转状态。根据水炮运行状态，在水炮运行时，水泵为带负载启动。但当进行水泵带负载启动时，则出现了以下3种现象:

1)在不改变任何参数设置的情况下(即在水泵空载运行正常状态下)，启动水泵，变电室变压器跳闸保护。

2)根据此现象，调整了水泵控制柜内的Isd参数，由原来的7倍改为2倍。再次启动水泵，该电气柜内塑壳断路器跳闸保护。

3)根据以上现象，在初步判定为过流造成跳闸后，调整软启设置，将“限流倍数”从300%减小至200%，即最大启动电流限制为额定电流的2倍。再次启动水泵，则表现为软启一直工作，但始终不能将其转换至旁路吸合，水泵的运转声音也表现为沉闷、拖沓。

3 原因分析及处理

由于此相关设备、电气总共涉及到多家施工单位以及多家供货商，因此问题责任的划分就显得比较重要。在排除设备本身原因以及电缆等因素后，根据现场改变参数、相应现象不一致的情况来看，调试人员初步断定有可能是参数设置不对造成的，因此决定对此回路上的电气参数进行一一核实，以判断问题所在［2］。

3.1 变电室内设置

变电室内变压器容量为400 kVA，根据设计要求，过流倍数为×1.5倍。因此根据计算，可得变压器二次侧电流:

式中:I为电流(A);S为容量(kVA);U为电压(kV)。计算可得400 kVA变压器二次电流为577.4 A，电流最大可通过577.4 ×1.5=866.1 A。

3.2 电气柜内设置

电气柜内分为塑壳断路器设置以及软启设置。

1)塑壳断路器设置

塑壳断路器采用施耐德NSX400/3P型断路器［3］，其表盘上分别有 Io、Ir、Isd 需进行设置，这里就需调试人员掌握一定的整定名称及相关设定。Io是断路器电子脱扣器的整定电流，根据设计设置为400 A。Ir是断路器长延时过负荷脱扣器整定电流，通常按在0.4～1.0进行设置，考虑调试过程的设备不稳定性对电流的影响，Ir设置为1，即断路器长延时过负荷脱扣器整定电流也为400 A。Isd是断路器短延时过负荷脱扣器的整定电流，可在1.5～11倍进行选择设置。根据上限(866.1 A)可知，此处只能调整到×2倍，即塑壳允许通过的瞬时电流值为400×2=800 A，这样的话就可避免第1种现象的发生。

2)软启设置

同理，第2种现象的产生可以判断出软启所限电流超过了塑壳瞬间值，从而导致塑壳跳闸，因此需更改软启相关参数。通常软启的参数涉及到启动方式、启动电压(电流)、限流倍数、负载率等参数设置。对于水泵，通常选择斜坡恒流软起动方式。这种起动方式是在电动机起动的初始阶段起动电流逐渐增加，当电流达到预先所设定的值后保持恒定(t1至t2阶段)，直至起动完毕。起动过程中，电流上升变化的速率是可以根据电动机负载调整设定，电流上升速率大，则起动转矩大，起动时间短。第2种现象产生时软启的主要设置参数:启动电压为30%;启动时间为10 s;限流倍数(电机最大的启动电流)为300%;负载率为80%。

根据水炮水泵的电机铭牌参数，可知额定电流I=280 A，因此结合软启设置参数，可以计算得其允许通过的启动电流值为280×3=840 A，超过塑壳允许值，因此产生第2种跳闸现象。

通过数据反推，软启的设置限流倍数只能在280%(800/280=2.86)以下进行选择(软启以10%为基准进行增减)。

第3种现象之所以产生是因为将软启限流倍数从300%调至了200%，但水泵也未能启动成功，这是为什么呢?

这里需了解软启动器的工作原理。软启动器采用斜坡电压启动，开始时要使软启动器输出一个初始电压(初始电压在80～280 V可以调节)，使电动机产生足以克服机械设备的静摩擦的初始转矩，拖动设备开始转动，启动电流为Is。在微电脑的控制下，继续增加输出电压使电动机加速。当软启动器的输出电压接近额定电压时，电动机就已达到额定转速，Is降为负荷电流In。启动时间t1结束时，软启动器输出额定电压并发出旁路信号，使旁路接触器闭合，软启动器停止输出电压，电动机转入正常运行［4－8］。软启动的初始转矩可以通过给定初始电压和启动时间进行调节。当限流倍数设置小时，即允许的启动电流Is偏小，电机转速始终无法达到额定转速，因此就出现了第3种现象，电机一直转动，但运转声音也表现为沉闷、拖沓，旁路接触器一直不能吸合。

3.3 问题处理

通过上述自上而下的参数计算，捋顺了相关电气节点问题，经过进一步调试，仍然无法带负荷运转(其现象同之前现象3一样)，则结合参数设计及一般调试经验通过自下而上可以推断出问题有很大程度出现在变压器上，即是变压器的容量不能满足水泵的启动电流。

明确了问题所在，通过协调更换变压器之后，重新按照上述方法进行参数设置，问题得到圆满解决［9］。通过最后的软起显示，相关启动电流最大达到1 200 A左右，也证明了判断的正确性。

经过现场调试人员的不懈努力，中国(太原)煤炭交易展览中心成为整个太原长风商务区第1个正式受电的项目，也是第1个通过消防验收的工程，为随后的“2011年第六届中国中部投资贸易洽谈会”的召开奠定了坚实的基础。

4 结束语

在很多实际问题处理过程中，往往是由于一些外界干扰因素以及我们对相关系统知识面掌握的不全，从而导致错过了最佳的处理时机，而很多问题通常是由一个或几个细小的问题所造成，这就需要我们的工程技术人员通过逻辑分析，抽丝剥茧，最终找到问题源，而在这工程中基础知识的积累运用无疑将起着极其重要的作用。

［1］翁双安.供配电工程设计指导［M］.北京:机械工业出版社出版，2009.

［2］GB50303—2002，建筑电气工程施工质量验收规范［S］.

［3］施耐德断路器使用说明书［K］.北京:施耐德中国电气，2009.

［4］任致程.电动机软起动器实用手册［K］.北京:中国电力出版社，2006.

［5］刘瑜.电机软启动器的研究［J］.科技资讯，2011(9):134.

［6］马成立.软启动器在渣车控制系统应用［J］.一重技术，2011(2):21－23.

［7］曹沛，吴雷，张兴进，等.一种基于自关断器件的新型软启动器［J］.电力电子技术，2011(10):49－51.

［8］范亚玲.电机软启动器在生产中的应用［J］.川化，2011(2):14－15.

［9］许建安.继电保护整定计算［M］.北京:中国水利水电出版社，2003.