变压器缺相引起三相电机烧毁的原因及预防方法

2022-02-18余玉福何朝丽

科学与信息化 2022年3期

余玉福何朝丽

广西民族大学广西南宁 530006

引言

10/0.4 kV Yyn0A型配电变压器其高压侧绕组为星形接线，中性线不接地，低压侧绕组为星形接线，且中性线接地。当高压侧发生缺相时，低压侧输出线电压中有一路线电压正常，另外两路线电压为200V。高压侧发生缺相后低压侧输出三相有不对称的电压导致三相导步电机动行异常，如果不及时停止运行，三相导步电机将烧毁[1]。

针对这问题，可在三相电机启停控制器加装一套三相电压平衡保护装置，在正常运行时一旦发生高压侧发生缺相能及时停止运行，保证三相异步电机不被烧毁。

1 故障现象

某农场10kV电力变压器容量为315kVA，电压变比为10/0.4kV，接线方式为Yyn0。日常用8台30KV的三相水泵抽水给农作物灌溉，每台水泵单独用自耦降压启动柜控制。某日8台水泵同时运行时发生无故停机现象。经现场查看，高压侧正常，有4台水泵电机烧毁，测得变压器二次侧输出线电压Uac=380V、Uab=190V、Ubc=190V。断定供电局有一相电缺失。

2 事故分析

在正常情况下，电力系统三相电压平衡，变压器铁芯ABC三柱中的磁通也平衡：ΦA=ΦB=ΦC[2]。

在电机正常运行时，因供电局有一相电突然缺失（假设B相缺失），导致l0 kV变压器缺相运行，如图1所示。

图1 Yyn0型变压器缺相运行磁通分布

Yyn0型变压器10kV侧中性点不接地。当B相发生断线时，A、C两相绕组形成串联回路，接入10kV线电压，每个绕组两端电压为5000V。依据电工理论，两个线圈串联，电流分别从同名端流入，即为顺接串联，否则反接串联，故得出A、C两相绕组为反接串联，产生的磁通大小相等、方向相反，在变压器磁芯柱上能形成回路。在B相磁芯柱上，A、C两相的磁通大小相等、方向相反，故相互抵消，所以在二次侧b相绕组上产生的感应电动势为0[3]。

变压器变比K=10000/400=25。二次侧空载时，二次侧输出相电压UaN=UcN=5000/25=200V、UbN=0。二次侧线圈a和c反接串联，故Uac=UaN+UcN=400V，Uab=Ubc=200V。因为该农场位于高压线末端，日常电压偏低，所以发生缺相时各路线电压与理论值偏低。二次侧有负载时，电压会随负载大小而变化。

笔者做过实验，380V的交流接触器吸合后再把线圈两端电压调到200V左右仍能保持吸合（不同交流接触器可能存在差异）。如果发生缺相时自耦降压启动柜内的交流接触器线圈接入的是电压正常的那路线压，即使有负载使电压降低，但也足以保持交流接触器吸合。因三相均有电流，所以电机综合保护器检测不到断，相起不到保护作用。这时三相不对电压加到三相异步电动机上，导致电机运行异常而烧毁。

3 保护措施

经上述分析，三相异步电动机烧毁的直接原因是变压器高压侧缺相使二次侧三相电源不对称所致。因此，在三相异步电动机启停控制器加装三相电压平衡保护器，确保在高压侧发生缺相时能及时切断电源，确保用电设备安全。三相电压平衡保护器如图2、图3（已简化）所示。

图2 三相电压平衡保护器

图3 三相异步电动机启停控制器

KT1、KT2、KT3为时间继电器（自动控制时间设置为2秒），KM1、KM2、KM3为继电器，L1、L2、L3为电感，L1、L2、L3的感抗分别为KM1、KM2、KM3感抗的1/3。通电瞬间时间继电器KT1、KT2、KT3吸合，常开接点KT1、KT2、KT3闭合，继电器KM1、KM2、KM3线圈两端接入400V电压而吸合，常开接点KM1、KM2、KM3闭合，D1、D2导通。2秒钟后时间继电器KT1、KT2、KT3自动控制，触点被释放，常开接点KT1、KT2、KT3打开，继电器KM1、KM2、KM3线圈分别和L1、L2、L3串联接到400V线压中，由欧姆定律可知KM1、KM2、KM3线圈两电压为300V。此时按下电机启停控制器“启动”按钮可以正常启动三相异步电动机[4-5]。

当B相缺失时，Uab=Ubc=200V，继电器KM1、KM2线圈两端电压为133V，这么低的电压不足以使继电器保持吸合，触点被释放，常开接点KM1、KM2打开，D1、D2断路，电机启停控制器停止工作。如果是A相或B相缺失时，D1、D2也断路，电机启停控制器停止工作。