DQZHAN技術訊：淺談低壓智能電機保護控制器的應用研究
摘要：為了防止電動機在使用過程中因過載、短路、斷相、過壓、欠壓、過熱而燒毀，有必要對電動機的運行狀態(tài)進行及時準確的檢測，并對電動機進行相應的保護。本文分析了電動機的故障原因。并介紹了多功能智能化電動機保護器的構成與保護功能的應用。
關鍵詞：智能保護器；短路斷相；過壓故障
1 引言
鋼鐵制造業(yè)電機設備屬于大容量、高負荷的連續(xù)運轉。因而對其可靠性和穩(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消除，以保證及時恢復生產。為此，經過多年嘗試和反復實踐。選擇了電動機智能保護器(簡稱為電機保護器)，作為電動機的保護元件，下面就電動機的故障原因以及電機保護器的應用作一簡單介紹。
2 電動機的故障原因
電動機在運行中由于種種原因。會出現(xiàn)故障，故障分機械與電氣兩方面。
2．1機械方面有掃膛、振動、軸承過熱等故障
2．2電氣方面主要是電動機繞組過熱，超過額定值而燒毀
這里我們僅對電氣故障進行分析，造成繞組過熱的主要原因之一是流過繞組的電流過大，超過電動機的額定電流。
造成繞組過熱的主要原因之二：雖然流過繞組的電流不超過額定值，但由于電機通風不佳或環(huán)境溫度過高。繞組的發(fā)熱不能及時散出，也能造成繞組溫度超過額定值而燒毀電機。
3 電動保護器的組成與功能
3.1電動保護器的組成
電機保護器集過(輕)載保護、缺相、過(欠)壓、堵轉、漏電、接地及三相不平衡保護等低壓保護于一身，通常由電流互感器、比較電路、單片機或出口繼電器等幾部分組成。
3.2電機保護器的功能
3.2.1系統(tǒng)保護功能
電機保護器可實現(xiàn)對電機的綜合保護，具體功能有接地保護、斷相保護、短路保護、過(輕)負荷保護、不平衡過負荷保護、堵轉保護、低電壓和過電壓保護。當電機正常工作時，保護器通過面板上的液晶顯示屏．實時顯示電機的工作電流和電壓。具有通訊功能的電機保護器定時將采集的信號通過CAN總線傳至后臺微機。當故障發(fā)生時，保護器能自動地、迅速地反應并發(fā)出跳閘信號。
3.2.2故障判斷與記憶功能
電機保護器對電動機進行檢測時。需正確判斷電動機正常、過載、短路、斷相、過壓、欠壓、過熱等工況并作相應的處理。當電動機出現(xiàn)某種故障時，保護器切斷電動機的電源而處于保護狀態(tài)，并且保存故障類型、時間以及電機運行參數。電機保護器通過識別與記憶電路對故障予以識別、記憶和指示，以便于維修。只有故障排除后，復位保護器，故障指示才消失，電動才能再次啟動。
3.2.3在線監(jiān)測功能
帶有通訊功能的電機保護器使控制室操作人員可在后臺微機上，完成所有保護器的各種保護整定數據的調閱、修改和整定。同時。在線監(jiān)測電機的運行負載和供電電源的質量．為及早發(fā)現(xiàn)過載和接地故障等創(chuàng)造了條件。此外，后臺微機強大的信息管理功能。可有效記錄各臺電機的型號、運行方式和歷史維護記錄，為保證工藝系統(tǒng)的生產、減少事故停車提供了可靠依據。
4 電動保護器的應用
4.1選型原則
電機保護器的應用首先要做到正確的選型。須考慮以下幾個方面。
4.1.1電機保護器按結構形式來劃分，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的。我們在項目實踐中：前者是獨立整體。故適合于固定柜安裝．如GGD柜?？蓪⒈Ｗo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，可一定范圍內任意安置，故非常適合于新型抽屜式開關柜安裝。很多項目中普遍采用低壓抽屜式開關柜，創(chuàng)造性將顯示表頭嵌人式安裝開關抽屜活動面板內，這樣既簡化了柜內接線，又方便了系統(tǒng)隨時調整、設定參數和顯示、監(jiān)控，同時數字化顯示面板也增添了柜面統(tǒng)一性和美觀性；使配電室內設備運行情況及故障狀態(tài)一目了然，方便了系統(tǒng)巡視和檢修維護。
4.1.2電機保護器按額定工作電壓及電流范圍來劃分，可分為AC380V、AC220V兩種；對應量程為1A、6．3A、25安培、100A、250A等若干等級，使用時按照電機控制回路工作電壓及負載的額定電流選用相應的量程范圍即可。
在工程應用中，由于電機較多。為方便互換及減少備件的種類，對于250A及以下的電機，用分體式電機保護器．使主回路的一次電纜直接穿過電機保護器的電流互感器部分即可實現(xiàn)小功率電動機的控制和保護；250A以上的電機．一般采用在主回路裝設3個變比為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，再接入電機保護器，使大型設備也得到了有效的控制和保護。
4.1.3電機保護器除了具備基本保護功能外，一般還具備RS485通訊接口，可根據工藝以及DCS系統(tǒng)聯(lián)鎖的實際需要合理安裝：零序漏電保護功能，電動機自動重啟動功能。當供配電系統(tǒng)發(fā)生電壓驟降，而且又在設定的自動重啟動時間內恢復正常。電機保護器可以將停運的電動機在設定的時間自動恢復至運行狀態(tài)。這些非標配的功能在選型時要根據用戶要求合理選配。
4.2應用實例
下面以SND6802系列電機保護器為例，介紹電機保護器在我公司項目的應用情況。
4.2.1SND6802分體式電機保護器在18．5KW原煤輸送收塵器風機回路中的應用
應用電機保護器的二次原理圖見圖1。其工藝原理：合上開關QF和微動開關QF1，按下現(xiàn)場按鈕SB1，接觸器KM線圈帶電并通過其輔助接點自保持，接觸器觸點動作，主回路接通，同時柜上紅燈(HR1)和現(xiàn)場紅燈(HR2)發(fā)光，電機保護器顯示運行狀態(tài)。電動機啟動。如果電動機出現(xiàn)故障，電機保護器的保護接點(3、4)動作，
使接觸器KM線圈失電，跳開接觸器觸點，同時柜上綠燈(HG1)和現(xiàn)場綠燈(HG2)發(fā)光，電機保護器的輸出故障接點(5、6)動作，發(fā)出故障報警信號，柜上故障燈(HY)也發(fā)光。電機保護器通過判斷與記憶．自保持并顯示故障狀態(tài)，并將電機保護器通訊接口(9、10)端子輸出的信號傳送到電氣控制室后臺計算機。直到運行人員查明故障后。在后臺計算機或電機保護器的面板上按復位鍵后機內的出口繼電器才可以復位，為再次啟動做好準備。
4.2.2帶漏電保護功能的SND6802分體式電機保護器在132KW電機回路中的應用
如圖2所示．7、8端子為保護器的輸出零序電流互感器接點，其他端子與圖1一樣。由于電動機功率很大．因此在主回路設置3個變比為5安培的電流互感器。并把電流互感器的二次線穿過分體式電機保護器的電流互感器部分，然后通過通訊線把主機部分和顯示面板相連。其電機保護器正常工作原理及標配故障處理與圖1一樣。不同之處是本圖用到的電機保護器具有零序漏電保護功能。帶有零序電流互感器，電動機主回路的一次電纜A、B、C三相。要同時穿過電機保護器的零序電流互感器，依據A、B、C三相電流之和等于零的原則來判斷零序漏電電流，繼而進行漏電保護。如果電動機出現(xiàn)漏電故障。電機保護器監(jiān)測到漏電電流很?。⑶以诼╇婋娏髟试S的范圍內(<=30mA)，電機保護器的輸出保護接點(3、4)不動作，但是電機保護器的顯示面板的故障指示燈閃爍，并將信號傳送到電氣控制室后臺計算機。電機保護器通過判斷與記憶，自保持并顯示故障狀態(tài)，直到運行人員查明漏電故障并消除后，在后臺計算機或電機保護器的面板上按復位鍵后機內的出口繼電器才可以復位，電機保護器顯示運行。如果電動機出現(xiàn)漏電故障，并且超出漏電電流允許的范圍，電機保護器的輸出保護接點(3、4)動作，其原理與上圖1的故障處理原理一樣。
5 安科瑞ARD系列智能電動機保護器介紹與綜合選型
5.1產品簡介
ARD該系列低壓電動機保護器，具有過載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、堵轉等保護功能?？膳c接觸器、電動機起動器等電器元件構成電動機控制保護單元，具有遠程自動控制、現(xiàn)場直接控制、面板指示、信號報警、現(xiàn)場總線通信等功能。應用范圍：可廣泛應用于煤礦、石化、冶煉、電力、建筑等行業(yè)的配電領域。
5.2產品選型
產品功能
|
型號
功能
|
ARD2
|
ARD2L
|
ARD2F
|
ARD3
|
ARD3T
|
|
應用場合
|
低壓0.4kv-1.14kv電動機保護
|
|
保護功能
|
起動超時
|
√
|
√
|
√
|
√
|
√
|
|
過載
|
√
|
√
|
√
|
√
|
√
|
|
欠載
|
√
|
√
|
√
|
√
|
√
|
|
短路
|
√
|
√
|
√
|
√
|
√
|
|
阻塞
|
√
|
√
|
√
|
√
|
√
|
|
堵轉
|
√
|
√
|
√
|
√
|
√
|
|
不平衡
|
√
|
√
|
√
|
√
|
√
|
|
反饋超時
|
|
|
|
|
√
|
|
外部故障
|
■
|
■
|
■
|
√
|
√
|
|
模塊結構故障
|
|
|
|
|
√
|
|
內部故障
|
|
|
|
|
√
|
|
過壓
|
|
|
■
|
■
|
■
|
|
欠壓
|
|
|
■
|
■
|
■
|
|
斷相
|
√
|
√
|
√
|
√
|
√
|
|
相序
|
|
|
■
|
■
|
■
|
|
過功率
|
|
|
■
|
■
|
|
|
欠功率
|
|
|
■
|
■
|
■
|
|
tE時間
|
|
|
■
|
■
|
■
|
|
主體溫度保護
|
|
|
■
|
■
|
√
|
|
主體溫度傳感器故障
|
|
|
|
|
√
|
|
模塊溫度保護
|
|
|
|
|
■
|
|
模塊溫度傳感器故障
|
|
|
|
|
■
|
|
報警
|
■
|
■
|
■
|
√
|
√
|
|
失壓重起（抗晃電）
|
|
|
■
|
■
|
■
|
|
4-20mA輸入保護
|
|
|
|
|
■
|
|
剩余電流
（選一種）
|
接地
|
√
|
√
|
√
|
√
|
√
|
|
漏電
|
■
|
■
|
■
|
■
|
■
|
|
通訊功能
|
Modbus_RTU
|
■
|
■
|
■
|
■
|
√
|
|
雙Modbus_RTU
|
|
|
■
|
|
■
|
|
開關量輸入
|
2路
|
■
|
■
|
|
|
|
|
6路
|
|
|
|
|
|
|
8路
|
|
|
|
|
4路標配4路選配
|
|
9路
|
|
|
■
|
√
|
|
|
繼電器輸出
|
4路
|
2路標配
2路選配
|
|
|
|
|
5路
|
|
|
2路標配
3路選配
|
√
|
|
|
6路
|
|
|
|
|
|
|
7路
|
|
|
|
|
4路標配3路選配
|
|
液位信號輸入
|
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
|
|
|
■
|
■
|
|
|
運行信息記錄
|
|
|
√
|
√
|
√
|
|
邏輯功能
|
定時器
|
|
|
|
|
√
|
|
計數器
|
|
|
|
|
√
|
|
真值表
|
|
|
|
|
√
|
|
參數測量
|
三相電流
|
√
|
√
|
√
|
√
|
√
|
|
漏電流
|
|
|
■
|
■
|
■
|
|
三相電壓
|
|
|
■
|
■
|
■
|
|
功率、功率因數
|
|
|
■
|
■
|
■
|
|
頻率
|
√
|
√
|
√
|
√
|
√
|
|
電能
|
|
|
|
■
|
■
|
|
PTC/NTC
|
|
|
■
|
■
|
√
|
|
4-20mA輸入
|
|
|
|
|
■
|
|
測溫模塊
|
|
|
|
|
■
|
|
液位高度
|
|
|
|
|
|
|
界面顯示
|
LED數碼管顯示
|
√
|
|
|
|
|
|
LCD液晶顯示
|
|
√
|
■
|
■
|
■
|
說明：“√”表示具備“■”表示可選
6 結束語
電機保護器是發(fā)電、供電、用電系統(tǒng)的重要器件，廣泛的采用電機保護器，不但可以提高工藝控制的準確性、科學性，降低事故率，而且對于提高電氣控制系統(tǒng)的自動化水平和發(fā)展國民經濟，也必將起到好的推動作用。
