电机三相电源相序自动矫正与缺相保护

彭超龙，黄静群，邓风琴，黄志勇

(深圳市燃气集团股份有限公司，广东 深圳 518049)

燃气是日常生活中很重要的资源，燃气通过高压管线或者次高压管线传输，管线沿线设置有许多阀室，每个阀室中通过电液联动阀控制燃气的输送。该阀采用三相异步油泵电机，通过接入三相交流电控制油泵电机转动，抽取液压油，进而实现液压开关阀门的功能。深圳燃气高压、次高压管线共有60多座阀室，阀室电液联动阀油泵电机均采用三相电源供电，一般由市政电网专用变压器供电。通过对该阀历史维护报告和生产运行记录数据分析，近年来多个站点陆续发生了因市政电网三相电源相序变化或缺相使得电机空转、缺相运行致使油泵电机泵头过热而烧毁的事件。

1 电液联动阀存在的问题

三相异步电动机由固定的定子和旋转的转子两部分组成，通入三相对称交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流，载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电机旋转[1]。阀室的电液联动阀供电设备不统一，例如市政环网柜、工业园电柜、公用配电箱等，使得电液联动阀供电环境复杂。经常会碰到电力系统维保后出现电源相序改变的情况，而三相异步电机的旋转方向与三相电源的相序相关[2-3]，因此会导致电机反向转动或电机空转，无法实现相应的液压功能。若供电系统的电源相序改变或缺相后，未能及时得到调整，电机长时间运行将会导致电机或者油泵发热损坏。电机泵头损坏，油压不足将直接导致电液联动阀无法远程控制或者操作，当发生紧急情况时，该阀失去远程关闭事故段管线的功能。另外，电机、油泵属于进口设备，造价高昂且购买时间较长。如果电机及油泵损坏，不仅会带来一定的财产损失，长时间未修复还将对管线造成巨大运行风险。因此，现有使用的电液联动阀技术还有待改进和提高。

2 故障解决途径

通过实地考察和问题分析，造成电液联动阀油泵电机反转和空转的根本原因是市政电网输入的三相电源不稳定及相序的改变，导致油泵电机旋转磁场发生了变化，造成油泵电机反转或缺相运行[4]。因此，为了电源相序不因外部环境变化而改变，需要从调整相序入手，增加1套相序保护器，监控和判断当前相序的变化；再增加1套可逆交流接触器，由此可实现电源相序的自动矫正与缺相保护。当电源相序改变时，根据相序保护器的监控状态，交流接触器动作，使得主回路闭合的交流接触器输出三相交流电源一直保持为正转相序。当电源缺相时，相序保护器电路能够实现自动切断电机供电线路，从而避免出现因缺相导致油泵电机烧坏的现象。

3 油泵电机保护电路实施方案

为了实现三相电源相序的自动矫正与缺相保护，通过对现有油泵电机电路的分析，需要在现有电路接入侧增加正、逆相序保护器和交流接触器。三相电源相序自动矫正与缺相保护电路如图1所示。电源相序保护器具有电压测量、相序保护、欠电压保护、缺相保护、过电压保护、告警显示以及独立常开、常闭触点输出等功能。电液联动阀三相电源相序自动矫正与缺相保护电路工作原理为： 当相序保护器端子1，2，3输入电源相序为U-V-W/V-W-U/W-U-V正相序时，正相序保护器起作用，正相序保护器的端子7和8导通，端子5和6断开；逆相序保护器的端子7和8断开，端子5和6导通，逆相序保护器不起作用。交流接触器KM1线圈得电，触点开关1动作，电液联动阀油泵电机正转。同理，当相序保护器端子1，2，3输入电源相序为U-W-V/W-V-U/V-U-W逆相序时，任一两相相序发生变化时，逆相序保护器起作用，交流接触器KM2线圈得电，触电开关2动作，由于KM1的输出端V，W相与KM2的输出端W，V相连接，因此实现了三相电机相序的自动矫正，油泵电机仍然保持正转。此外，当三相电源相线L1，L2，L3中的任一一相缺相时，正相序保护器和逆相序保护器均不动作，接触器的KM1和KM2线圈无法得电，油泵电机不启动，从而实现了油泵电机的缺相保护。

图1 三相电源相序自动矫正与缺相保护电路示意

现场为了减少对原来电路接线的改动及设备防爆性能的破坏，将整个三相电源相序自动矫正与缺相保护电路中所有涉及的相序保护器、交流接触器、热继电器及空开端子等电器元件按照电气施工图纸全部集成于相序保护配电箱内。从输入和输出端看，相序保护配电箱为黑匣子，在实际应用中输入端仅需外接市政电网三相电源，输出端则自动输出矫正相序后的380 V交流电源，保证了负载油泵电机始终具备保持正转的条件或正常运行的环境。

4 结束语

阀室市电电源改造项目中分别利用正、反2个相序保护器和2个接触器接在三相电源相线L1，L2，L3上，按照正向和反向两种方式接线的交流接触器，实现了三相电源自动相序识别，即当输入端的交流电相序发生变化时，输出端能够将相序予以矫正。同时，还实现了三相电源的缺相保护。三相电源相序自动矫正与缺相保护方案主要解决了燃气阀室电液联动阀供电的两个主要问题：

1)利用相序保护器的关断触点和正反转交流接触器，实现了外部电源相序自动识别和矫正，避免了发生油泵电机长时间空转，烧坏电机泵头。

2)利用相序保护器，实现了外部电源缺相保护，避免了因供电方电源缺相或者线路断路导致的油泵电机缺相运行情况。

相序保护箱安装在给油泵供电的配电箱侧面，原配电箱给油泵电机供电的出线移到相序保护箱出线侧，只需在原配电箱与相序保护箱之间增加一小段的电源线。整体来说现场改造非常方便，整个现场安装施工接线工作量非常小。经过现场对油泵电机实地测试，测试结果完全符合预期要求的功能。为了更好地保障燃气阀室的正常运行，除了通过改造供电电源线路来保证油泵电机不空转和缺相运行外，未来在产品选型时还应当考虑先进的油泵电机控制保护技术，比如自带相序矫正电路、缺相运行保护等功能，以此来进一步来保障燃气阀室的安全稳定运行。