DQZHAN技術(shù)訊：淺談低壓智能電機(jī)保護(hù)控制器的應(yīng)用研究
摘要：為了防止電動(dòng)機(jī)在使用過(guò)程中因過(guò)載、短路、斷相、過(guò)壓、欠壓、過(guò)熱而燒毀，有必要對(duì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確的檢測(cè)，并對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)。本文分析了電動(dòng)機(jī)的故障原因。并介紹了多功能智能化電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的構(gòu)成與保護(hù)功能的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：智能保護(hù)器；短路斷相；過(guò)壓故障
1 引言
鋼鐵制造業(yè)電機(jī)設(shè)備屬于大容量、高負(fù)荷的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。因而對(duì)其可靠性和穩(wěn)定性要求高，一旦發(fā)生事故，須馬上查找故障原因并及時(shí)消除，以保證及時(shí)恢復(fù)生產(chǎn)。為此，經(jīng)過(guò)多年嘗試和反復(fù)實(shí)踐。選擇了電動(dòng)機(jī)智能保護(hù)器(簡(jiǎn)稱(chēng)為電機(jī)保護(hù)器)，作為電動(dòng)機(jī)的保護(hù)元件，下面就電動(dòng)機(jī)的故障原因以及電機(jī)保護(hù)器的應(yīng)用作一簡(jiǎn)單介紹。
2 電動(dòng)機(jī)的故障原因
電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中由于種種原因。會(huì)出現(xiàn)故障，故障分機(jī)械與電氣兩方面。
2．1機(jī)械方面有掃膛、振動(dòng)、軸承過(guò)熱等故障
2．2電氣方面主要是電動(dòng)機(jī)繞組過(guò)熱，超過(guò)額定值而燒毀
這里我們僅對(duì)電氣故障進(jìn)行分析，造成繞組過(guò)熱的主要原因之一是流過(guò)繞組的電流過(guò)大，超過(guò)電動(dòng)機(jī)的額定電流。
造成繞組過(guò)熱的主要原因之二：雖然流過(guò)繞組的電流不超過(guò)額定值，但由于電機(jī)通風(fēng)不佳或環(huán)境溫度過(guò)高。繞組的發(fā)熱不能及時(shí)散出，也能造成繞組溫度超過(guò)額定值而燒毀電機(jī)。
3 電動(dòng)保護(hù)器的組成與功能
3.1電動(dòng)保護(hù)器的組成
電機(jī)保護(hù)器集過(guò)(輕)載保護(hù)、缺相、過(guò)(欠)壓、堵轉(zhuǎn)、漏電、接地及三相不平衡保護(hù)等低壓保護(hù)于一身，通常由電流互感器、比較電路、單片機(jī)或出口繼電器等幾部分組成。
3.2電機(jī)保護(hù)器的功能
3.2.1系統(tǒng)保護(hù)功能
電機(jī)保護(hù)器可實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的綜合保護(hù)，具體功能有接地保護(hù)、斷相保護(hù)、短路保護(hù)、過(guò)(輕)負(fù)荷保護(hù)、不平衡過(guò)負(fù)荷保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、低電壓和過(guò)電壓保護(hù)。當(dāng)電機(jī)正常工作時(shí)，保護(hù)器通過(guò)面板上的液晶顯示屏．實(shí)時(shí)顯示電機(jī)的工作電流和電壓。具有通訊功能的電機(jī)保護(hù)器定時(shí)將采集的信號(hào)通過(guò)CAN總線(xiàn)傳至后臺(tái)微機(jī)。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，保護(hù)器能自動(dòng)地、迅速地反應(yīng)并發(fā)出跳閘信號(hào)。
3.2.2故障判斷與記憶功能
電機(jī)保護(hù)器對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)。需正確判斷電動(dòng)機(jī)正常、過(guò)載、短路、斷相、過(guò)壓、欠壓、過(guò)熱等工況并作相應(yīng)的處理。當(dāng)電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)某種故障時(shí)，保護(hù)器切斷電動(dòng)機(jī)的電源而處于保護(hù)狀態(tài)，并且保存故障類(lèi)型、時(shí)間以及電機(jī)運(yùn)行參數(shù)。電機(jī)保護(hù)器通過(guò)識(shí)別與記憶電路對(duì)故障予以識(shí)別、記憶和指示，以便于維修。只有故障排除后，復(fù)位保護(hù)器，故障指示才消失，電動(dòng)才能再次啟動(dòng)。
3.2.3在線(xiàn)監(jiān)測(cè)功能
帶有通訊功能的電機(jī)保護(hù)器使控制室操作人員可在后臺(tái)微機(jī)上，完成所有保護(hù)器的各種保護(hù)整定數(shù)據(jù)的調(diào)閱、修改和整定。同時(shí)。在線(xiàn)監(jiān)測(cè)電機(jī)的運(yùn)行負(fù)載和供電電源的質(zhì)量．為及早發(fā)現(xiàn)過(guò)載和接地故障等創(chuàng)造了條件。此外，后臺(tái)微機(jī)強(qiáng)大的信息管理功能。可有效記錄各臺(tái)電機(jī)的型號(hào)、運(yùn)行方式和歷史維護(hù)記錄，為保證工藝系統(tǒng)的生產(chǎn)、減少事故停車(chē)提供了可靠依據(jù)。
4 電動(dòng)保護(hù)器的應(yīng)用
4.1選型原則
電機(jī)保護(hù)器的應(yīng)用首先要做到正確的選型。須考慮以下幾個(gè)方面。
4.1.1電機(jī)保護(hù)器按結(jié)構(gòu)形式來(lái)劃分，一般分為體式和分體式兩種。
所謂一體式就是顯示面板與電流互感器部分是一體式，分體式就是顯示面板與電流互感器部分是分開(kāi)的。我們?cè)陧?xiàng)目實(shí)踐中：前者是獨(dú)立整體。故適合于固定柜安裝．如GGD柜。可將保護(hù)器直接固定安裝面板上，饋出電纜穿芯即可。后者互感器部分與顯示部分分為兩體，可一定范圍內(nèi)任意安置，故非常適合于新型抽屜式開(kāi)關(guān)柜安裝。很多項(xiàng)目中普遍采用低壓抽屜式開(kāi)關(guān)柜，創(chuàng)造性將顯示表頭嵌人式安裝開(kāi)關(guān)抽屜活動(dòng)面板內(nèi)，這樣既簡(jiǎn)化了柜內(nèi)接線(xiàn)，又方便了系統(tǒng)隨時(shí)調(diào)整、設(shè)定參數(shù)和顯示、監(jiān)控，同時(shí)數(shù)字化顯示面板也增添了柜面統(tǒng)一性和美觀性；使配電室內(nèi)設(shè)備運(yùn)行情況及故障狀態(tài)一目了然，方便了系統(tǒng)巡視和檢修維護(hù)。
4.1.2電機(jī)保護(hù)器按額定工作電壓及電流范圍來(lái)劃分，可分為AC380V、AC220V兩種；對(duì)應(yīng)量程為1A、6．3A、25安培、100A、250A等若干等級(jí)，使用時(shí)按照電機(jī)控制回路工作電壓及負(fù)載的額定電流選用相應(yīng)的量程范圍即可。
在工程應(yīng)用中，由于電機(jī)較多。為方便互換及減少備件的種類(lèi)，對(duì)于250A及以下的電機(jī)，用分體式電機(jī)保護(hù)器．使主回路的一次電纜直接穿過(guò)電機(jī)保護(hù)器的電流互感器部分即可實(shí)現(xiàn)小功率電動(dòng)機(jī)的控制和保護(hù)；250A以上的電機(jī)．一般采用在主回路裝設(shè)3個(gè)變比為5安培的電流互感器的方式．將一次電流變?yōu)樾∮?安培的二次電流，再接入電機(jī)保護(hù)器，使大型設(shè)備也得到了有效的控制和保護(hù)。
4.1.3電機(jī)保護(hù)器除了具備基本保護(hù)功能外，一般還具備RS485通訊接口，可根據(jù)工藝以及DCS系統(tǒng)聯(lián)鎖的實(shí)際需要合理安裝：零序漏電保護(hù)功能，電動(dòng)機(jī)自動(dòng)重啟動(dòng)功能。當(dāng)供配電系統(tǒng)發(fā)生電壓驟降，而且又在設(shè)定的自動(dòng)重啟動(dòng)時(shí)間內(nèi)恢復(fù)正常。電機(jī)保護(hù)器可以將停運(yùn)的電動(dòng)機(jī)在設(shè)定的時(shí)間自動(dòng)恢復(fù)至運(yùn)行狀態(tài)。這些非標(biāo)配的功能在選型時(shí)要根據(jù)用戶(hù)要求合理選配。
4.2應(yīng)用實(shí)例
下面以SND6802系列電機(jī)保護(hù)器為例，介紹電機(jī)保護(hù)器在我公司項(xiàng)目的應(yīng)用情況。
4.2.1SND6802分體式電機(jī)保護(hù)器在18．5KW原煤輸送收塵器風(fēng)機(jī)回路中的應(yīng)用
應(yīng)用電機(jī)保護(hù)器的二次原理圖見(jiàn)圖1。其工藝原理：合上開(kāi)關(guān)QF和微動(dòng)開(kāi)關(guān)QF1，按下現(xiàn)場(chǎng)按鈕SB1，接觸器KM線(xiàn)圈帶電并通過(guò)其輔助接點(diǎn)自保持，接觸器觸點(diǎn)動(dòng)作，主回路接通，同時(shí)柜上紅燈(HR1)和現(xiàn)場(chǎng)紅燈(HR2)發(fā)光，電機(jī)保護(hù)器顯示運(yùn)行狀態(tài)。電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)。如果電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障，電機(jī)保護(hù)器的保護(hù)接點(diǎn)(3、4)動(dòng)作，
使接觸器KM線(xiàn)圈失電，跳開(kāi)接觸器觸點(diǎn)，同時(shí)柜上綠燈(HG1)和現(xiàn)場(chǎng)綠燈(HG2)發(fā)光，電機(jī)保護(hù)器的輸出故障接點(diǎn)(5、6)動(dòng)作，發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)，柜上故障燈(HY)也發(fā)光。電機(jī)保護(hù)器通過(guò)判斷與記憶．自保持并顯示故障狀態(tài)，并將電機(jī)保護(hù)器通訊接口(9、10)端子輸出的信號(hào)傳送到電氣控制室后臺(tái)計(jì)算機(jī)。直到運(yùn)行人員查明故障后。在后臺(tái)計(jì)算機(jī)或電機(jī)保護(hù)器的面板上按復(fù)位鍵后機(jī)內(nèi)的出口繼電器才可以復(fù)位，為再次啟動(dòng)做好準(zhǔn)備。
4.2.2帶漏電保護(hù)功能的SND6802分體式電機(jī)保護(hù)器在132KW電機(jī)回路中的應(yīng)用
如圖2所示．7、8端子為保護(hù)器的輸出零序電流互感器接點(diǎn)，其他端子與圖1一樣。由于電動(dòng)機(jī)功率很大．因此在主回路設(shè)置3個(gè)變比為5安培的電流互感器。并把電流互感器的二次線(xiàn)穿過(guò)分體式電機(jī)保護(hù)器的電流互感器部分，然后通過(guò)通訊線(xiàn)把主機(jī)部分和顯示面板相連。其電機(jī)保護(hù)器正常工作原理及標(biāo)配故障處理與圖1一樣。不同之處是本圖用到的電機(jī)保護(hù)器具有零序漏電保護(hù)功能。帶有零序電流互感器，電動(dòng)機(jī)主回路的一次電纜A、B、C三相。要同時(shí)穿過(guò)電機(jī)保護(hù)器的零序電流互感器，依據(jù)A、B、C三相電流之和等于零的原則來(lái)判斷零序漏電電流，繼而進(jìn)行漏電保護(hù)。如果電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)漏電故障。電機(jī)保護(hù)器監(jiān)測(cè)到漏電電流很小．并且在漏電電流允許的范圍內(nèi)(<=30mA)，電機(jī)保護(hù)器的輸出保護(hù)接點(diǎn)(3、4)不動(dòng)作，但是電機(jī)保護(hù)器的顯示面板的故障指示燈閃爍，并將信號(hào)傳送到電氣控制室后臺(tái)計(jì)算機(jī)。電機(jī)保護(hù)器通過(guò)判斷與記憶，自保持并顯示故障狀態(tài)，直到運(yùn)行人員查明漏電故障并消除后，在后臺(tái)計(jì)算機(jī)或電機(jī)保護(hù)器的面板上按復(fù)位鍵后機(jī)內(nèi)的出口繼電器才可以復(fù)位，電機(jī)保護(hù)器顯示運(yùn)行。如果電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)漏電故障，并且超出漏電電流允許的范圍，電機(jī)保護(hù)器的輸出保護(hù)接點(diǎn)(3、4)動(dòng)作，其原理與上圖1的故障處理原理一樣。
5 安科瑞ARD系列智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器介紹與綜合選型
5.1產(chǎn)品簡(jiǎn)介
ARD該系列低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器，具有過(guò)載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、堵轉(zhuǎn)等保護(hù)功能。可與接觸器、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器等電器元件構(gòu)成電動(dòng)機(jī)控制保護(hù)單元，具有遠(yuǎn)程自動(dòng)控制、現(xiàn)場(chǎng)直接控制、面板指示、信號(hào)報(bào)警、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)通信等功能。應(yīng)用范圍：可廣泛應(yīng)用于煤礦、石化、冶煉、電力、建筑等行業(yè)的配電領(lǐng)域。
5.2產(chǎn)品選型
產(chǎn)品功能
|
型號(hào)
功能
|
ARD2
|
ARD2L
|
ARD2F
|
ARD3
|
ARD3T
|
|
應(yīng)用場(chǎng)合
|
低壓0.4kv-1.14kv電動(dòng)機(jī)保護(hù)
|
|
保護(hù)功能
|
起動(dòng)超時(shí)
|
√
|
√
|
√
|
√
|
√
|
|
過(guò)載
|
√
|
√
|
√
|
√
|
√
|
|
欠載
|
√
|
√
|
√
|
√
|
√
|
|
短路
|
√
|
√
|
√
|
√
|
√
|
|
阻塞
|
√
|
√
|
√
|
√
|
√
|
|
堵轉(zhuǎn)
|
√
|
√
|
√
|
√
|
√
|
|
不平衡
|
√
|
√
|
√
|
√
|
√
|
|
反饋超時(shí)
|
|
|
|
|
√
|
|
外部故障
|
■
|
■
|
■
|
√
|
√
|
|
模塊結(jié)構(gòu)故障
|
|
|
|
|
√
|
|
內(nèi)部故障
|
|
|
|
|
√
|
|
過(guò)壓
|
|
|
■
|
■
|
■
|
|
欠壓
|
|
|
■
|
■
|
■
|
|
斷相
|
√
|
√
|
√
|
√
|
√
|
|
相序
|
|
|
■
|
■
|
■
|
|
過(guò)功率
|
|
|
■
|
■
|
|
|
欠功率
|
|
|
■
|
■
|
■
|
|
tE時(shí)間
|
|
|
■
|
■
|
■
|
|
主體溫度保護(hù)
|
|
|
■
|
■
|
√
|
|
主體溫度傳感器故障
|
|
|
|
|
√
|
|
模塊溫度保護(hù)
|
|
|
|
|
■
|
|
模塊溫度傳感器故障
|
|
|
|
|
■
|
|
報(bào)警
|
■
|
■
|
■
|
√
|
√
|
|
失壓重起（抗晃電）
|
|
|
■
|
■
|
■
|
|
4-20mA輸入保護(hù)
|
|
|
|
|
■
|
|
剩余電流
（選一種）
|
接地
|
√
|
√
|
√
|
√
|
√
|
|
漏電
|
■
|
■
|
■
|
■
|
■
|
|
通訊功能
|
Modbus_RTU
|
■
|
■
|
■
|
■
|
√
|
|
雙Modbus_RTU
|
|
|
■
|
|
■
|
|
開(kāi)關(guān)量輸入
|
2路
|
■
|
■
|
|
|
|
|
6路
|
|
|
|
|
|
|
8路
|
|
|
|
|
4路標(biāo)配4路選配
|
|
9路
|
|
|
■
|
√
|
|
|
繼電器輸出
|
4路
|
2路標(biāo)配
2路選配
|
|
|
|
|
5路
|
|
|
2路標(biāo)配
3路選配
|
√
|
|
|
6路
|
|
|
|
|
|
|
7路
|
|
|
|
|
4路標(biāo)配3路選配
|
|
液位信號(hào)輸入
|
浮球式液位傳感器輸入
|
|
|
|
|
|
|
干簧式液位傳感器輸入
|
|
|
|
|
|
|
液位變送輸入
|
|
|
|
|
|
|
起動(dòng)控制
|
|
|
■
|
√
|
√
|
|
4-20mA模擬量輸出
|
■
|
■
|
■
|
■
|
■
|
|
事件記錄
|
8條事件記錄
|
■
|
■
|
|
|
√
|
|
20條事件記錄
|
|
|
■
|
■
|
|
|
運(yùn)行信息記錄
|
|
|
√
|
√
|
√
|
|
邏輯功能
|
定時(shí)器
|
|
|
|
|
√
|
|
計(jì)數(shù)器
|
|
|
|
|
√
|
|
真值表
|
|
|
|
|
√
|
|
參數(shù)測(cè)量
|
三相電流
|
√
|
√
|
√
|
√
|
√
|
|
漏電流
|
|
|
■
|
■
|
■
|
|
三相電壓
|
|
|
■
|
■
|
■
|
|
功率、功率因數(shù)
|
|
|
■
|
■
|
■
|
|
頻率
|
√
|
√
|
√
|
√
|
√
|
|
電能
|
|
|
|
■
|
■
|
|
PTC/NTC
|
|
|
■
|
■
|
√
|
|
4-20mA輸入
|
|
|
|
|
■
|
|
測(cè)溫模塊
|
|
|
|
|
■
|
|
液位高度
|
|
|
|
|
|
|
界面顯示
|
LED數(shù)碼管顯示
|
√
|
|
|
|
|
|
LCD液晶顯示
|
|
√
|
■
|
■
|
■
|
說(shuō)明：“√”表示具備“■”表示可選
6 結(jié)束語(yǔ)
電機(jī)保護(hù)器是發(fā)電、供電、用電系統(tǒng)的重要器件，廣泛的采用電機(jī)保護(hù)器，不但可以提高工藝控制的準(zhǔn)確性、科學(xué)性，降低事故率，而且對(duì)于提高電氣控制系統(tǒng)的自動(dòng)化水平和發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)，也必將起到好的推動(dòng)作用。
上一篇：風(fēng)電機(jī)組葉片分段技術(shù)
下一篇：探索機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展前景
