電力拖動設(shè)備在電力系統(tǒng)中已得到廣泛應(yīng)用，且以小型三相異步電動機為主，如斷路器儲能電機、主變壓器冷卻電機、隔離開關(guān)操動電機、發(fā)電廠中的傳動電機和伺服電機等。在現(xiàn)場運行中這些電動機損壞率較高，其原因有：（1）電動機缺相運行；（2）長期過負(fù)荷運轉(zhuǎn)；（3）運行維護(hù)不利；（4）電動機本身性能差。經(jīng)分析：工作電源及電動機控制回路不可靠，造成電動機缺相運行是電動機損壞的主要原因。因此，電動機缺相保護(hù)已在相當(dāng)范圍內(nèi)得到運用，同時，一些重要場合還采用雙電源環(huán)供的備用電源方式，有效防止了電動機因某相電源故障而造成的缺相運行，保證了電動機在備用電源下繼續(xù)運行。但在一些電動機的控制回路中存在較多引起缺相的因素，如熔斷器斷絲、控制回路斷線、接觸器觸點接觸不良等。針對這些原因，電動機缺相保護(hù)能可靠動作，切斷其它2相電源使電動機停止運轉(zhuǎn)，使電動機不受損壞。在普通場合電動機缺相保護(hù)已能保護(hù)電動機，但在一些特殊場合電動機的停轉(zhuǎn)將危及系統(tǒng)運行安全，如斷路器的儲能電動機停轉(zhuǎn)后將使斷路器失去分合閘能量，事故時將造成斷路器拒動。特別在無人值班變電站，當(dāng)儲能電動機缺相停轉(zhuǎn)后因無法立即處理，將使斷路器長時間處于閉鎖狀態(tài)，有可能使事故范圍擴大甚至導(dǎo)致系統(tǒng)瓦解。本文介紹電動機缺相保護(hù)與補相再運行裝置，提出一種利用健全相電壓，根據(jù)磁耦合原理耦合出所缺相電壓補入電動機使電動機繼續(xù)運轉(zhuǎn)的方法，對提高電力系統(tǒng)安全運行水平具有重要作用。
1基本原理
實現(xiàn)電動機缺相后補相再運行可有2種方案：（1）自動在電動機輸入端投入備用電源；（2）自動由健全的2相電壓耦合出所缺相電壓補入電動機。第1種方案較易實現(xiàn)，但需要有雙路電源，同時，對電動機控制回路引起的缺相無法正確投入工作，因此有一定的局限性；第2種方案雖然需要裂相裝置，但無須雙路電源，且能適用于各種原因引起的缺相故障，其原理如圖1所示。
1．1工作電源
工作電源采用三相整流電容分壓直穩(wěn)式電源，簡單、可靠、經(jīng)濟(jì)。由于采用三相整流，所以在缺相后工作電源不會消失仍將在2相電源下繼續(xù)工作。工作電源輸出為+24V和+12V。+24V用于執(zhí)行繼電器驅(qū)動，+12V用于邏輯電路。
1．2缺相保護(hù)
該部分由采樣、整形編碼、譯碼、延時、報警自鎖、執(zhí)行自保持6個單元組成；
1．2．1采樣單元
缺相保護(hù)通常采用不平衡電壓采樣原理，電壓采樣較易實現(xiàn)。但電壓采樣原理構(gòu)成的缺相保護(hù)對電動機內(nèi)部的繞組斷線無法反映。同時，由于大多數(shù)電動機缺相后仍在運轉(zhuǎn)，缺相的繞組將繼續(xù)切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電勢，該感應(yīng)電勢和所缺的電源相相位基本相同且幅值約為80％Ue。，使得三相不平衡電壓不明顯，因此，電壓采樣原理構(gòu)成的缺相保護(hù)靈敏度低，容易造成拒動。為得到較可靠的缺相保護(hù)，采用電流采樣原理。雖然電流采樣實現(xiàn)復(fù)雜，需要電流互感器，但由于其不受所缺相感應(yīng)電勢影響，且能反映電動機內(nèi)部斷線，因此靈敏度高，不易誤動。
1．2．2整形編碼單元
經(jīng)電流互感器三相采樣輸出后，分別通過整流、電阻限幅、電容濾波后，送入三極管整形電路，整形輸出3個直流電位。若某一電位為高電平“1”，表示相對應(yīng)的相別缺相，低電平“0”表示該相別正常；若3個電位都為高電平“1”，則表示電動機正常停轉(zhuǎn)；若3個電位都為低電平“0”，則表示電動機正常運轉(zhuǎn)。
1．2．3譯碼單元
將整形后的電位送人由集成電路構(gòu)成的譯碼單元，譯碼單元根據(jù)輸入電位的高低組合譯出缺相相別，如圖2所示。a、b、c為譯碼器輸入端，Y1、Y2、Y3為譯碼
器輸出端。Y1高電平表示缺相相別為A相，Y2高電平表示缺B相，Y3高電平表示缺C相。譯碼器真值見表1。
延時單元采用阻容充放電方式，簡單易行。延時1是為防止電動機的啟動接觸器觸點三相不同步及其它干擾而造成的誤動作；延時2是為保證補相元件先于保護(hù)元件動作，即在延時2的時間范圍內(nèi)，若補相成功則譯碼單元無輸出，延時1返回后延時2也返回，保護(hù)不動作，若補相不成功則延時2時間到，保護(hù)動作斷開接觸器。
1．2．5報警自鎖單元
該單元采用集成電路雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，觸發(fā)電位來自延時單元的延時1，即無論補相是否成功都將發(fā)出缺相告警信息，同時就地顯示缺相相別。
1．2．6執(zhí)行自保單元
由于可控硅具有良好的自保持性能，所以執(zhí)行自保元件采用可控硅驅(qū)動高內(nèi)阻小密封繼電器。采用高內(nèi)阻繼電器是為降低功耗，簡化工作電源構(gòu)成。
1.3自動補相部分
該部分由選相固定、補相邏輯、補相器3個單元組成，如圖3所示。
1．3．1選相固定單元
選相單元根據(jù)譯碼后延時1的輸出，選出缺相的相別，送入補相邏輯單元，并固定延時1的輸出結(jié)果直至整套裝置復(fù)歸。
1．3．2補相邏輯單元
該單元根據(jù)選相單元輸出的故障相別進(jìn)行邏輯判斷，得出應(yīng)輸入補相裝置的健全相電壓相別和應(yīng)斷開的故障相相別。自動補相部分的動作過程如下：若電動機缺A相電壓，來自選相固定單元的觸點J1閉合，補相出口繼電器Ja動作，常閉觸點Ja-5將故障的A相斷開，防止補相電源投入故障相后發(fā)生短路或出現(xiàn)過載現(xiàn)象。常閉觸點Ja-1、Ja-4分別閉鎖繼電器Jc，Jb，防止任意2繼電器同時動作而造成短路。
此時B相、C相的健全電壓通過常開觸點Ja-2、Ja-3，輸入補相器，補相器的輸出電壓通過常開觸點Ja-6加至電動機的A相，自動完成補相過程。觸點J2閉合表示缺B相電壓，觸點J3閉合表示缺C相電壓，補相過程同上。
1．3．3補相器單元
補相采用磁耦合原理，健全的2相電源借助電源中性線耦合出所缺相電壓。其原理接線如圖4所示。
補相器由2個磁路完全獨立且大小相同的鐵心構(gòu)成一個特殊的變壓器，繞組L1，L2，L3匝數(shù)相同．繞向相同，L3跨繞2個鐵心。L1產(chǎn)生的磁通為Φ1，L2產(chǎn)生的磁通為Φ2，則穿過繞組L3的磁通和為Φl+Φ2。若在補相器l端子和2端子輸入的電壓幅值相同，相位相差120°，則Ll和L2產(chǎn)生的磁通Ф1和Ф2也幅值相同，相位相差120°。因此Ф1+Ф2的合成磁通應(yīng)該是Φl、Φ2的矢量和，如圖5（a）所示。假設(shè)電動機發(fā)生缺相，缺相相別為A相，電壓向量圖如圖5（b）所示。
如圖4所示，因為L3繞組與L1、L2繞組反極性輸出，所以4端子輸出的電壓相位與U3反相即為-U3，向量圖如圖5（c）所示，可得出-U3與所缺相電壓Ua幅值相等，相位相同。—U3、Ub、Uc幅值相等，相位互差120°構(gòu)成三相對稱電源，可使電動機繼續(xù)正常運轉(zhuǎn)。
1．3．4補相器的輸出容量
鐵心的大小、繞組的匝數(shù)及線徑粗細(xì)與補相器的負(fù)載有關(guān)，即補相器的輸出容量與電動機的功率有關(guān)，應(yīng)根據(jù)電動機功率的大小選擇鐵心和線徑。
由于補相器采用磁耦合原理，L3中的合成磁通是L1與L2產(chǎn)生磁通的矢量和，因此合成磁通的大小與單個鐵心中磁通相同，所以單個鐵心的工作效率是50％。若給功率為1.5kW的三相電動機補相，按其所缺1／3功率應(yīng)補入0．5kW，則理想狀態(tài)下補相器應(yīng)由2個容量為0．5kW的鐵心構(gòu)成?？紤]到鐵心的損耗和補相器過載能力，應(yīng)適當(dāng)增加單個鐵心的容量。
2現(xiàn)場應(yīng)用
該裝置在斷路器儲能電動機上的實際運行情況表明，該自動補相系統(tǒng)能正確與缺相保護(hù)配合，在各種缺相情況下都能正確、可靠地工作。該裝置不僅可在電力系統(tǒng)中廣泛運用，而且也可廣泛應(yīng)用于民用工業(yè)領(lǐng)域。
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