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劉細(xì)鳳
摘要:電動(dòng)機(jī)設(shè)備是水泥企業(yè)中應(yīng)用*泛的動(dòng)力裝置,而水泥生產(chǎn)企業(yè)屬于能耗高、污染大又需要設(shè)備連續(xù)不間斷工作的行業(yè),電動(dòng)機(jī)作為水泥行業(yè)設(shè)備的動(dòng)力來源,其、穩(wěn)定可靠的運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)水泥行業(yè)的平穩(wěn)生產(chǎn)起著至關(guān)重要的作用,本文綜合介紹安科瑞ARD2F智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器在某水泥廠的實(shí)際應(yīng)用,并闡述了ARD2F智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器產(chǎn)品的特點(diǎn)及其智能化保護(hù)、測(cè)量、控制和通訊等,供工程設(shè)計(jì)中參考
關(guān)鍵詞:水泥、電動(dòng)機(jī)保護(hù)、智能化、通訊
一、 引言
隨著現(xiàn)代化水泥工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模增大,生產(chǎn)設(shè)備也越來越大型化,因此所需用的拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率也越來越大。水泥廠生產(chǎn)工藝流程較復(fù)雜,可以總結(jié)水泥生產(chǎn)過程為生料制備(一磨)、熟料煅燒(一燒)、水泥粉磨(二磨)。因此,低壓電動(dòng)機(jī)作為水泥生產(chǎn)過程中的機(jī)組,數(shù)量多、種類復(fù)雜,隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和工藝控制過程的不斷完善,尤其是適應(yīng)自動(dòng)化生產(chǎn)要求,迫切需要開發(fā)和完善電動(dòng)機(jī)的控制和保護(hù)設(shè)備,實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)自動(dòng)化生產(chǎn)過程和大型機(jī)械設(shè)備的遙控、遙測(cè)、遙調(diào)、故障診斷以及集中控制等功能。
水泥生產(chǎn)是一項(xiàng)較龐大的工程,生產(chǎn)環(huán)境比較惡劣,粉塵污染嚴(yán)重,受生產(chǎn)工藝的限制使得其工作場所的通風(fēng)條件差且環(huán)境溫度較高,而且需要設(shè)定大量的工作站點(diǎn),包括原料控制站、破碎站、原料粉磨站、熟料庫控制站、水泥磨控制站、水泥包裝控制站等,然而在這些站點(diǎn)中使用了大量低壓電動(dòng)機(jī)來控制其他設(shè)備的運(yùn)行,運(yùn)用簡單的電壓表、電流表、電能表和頻率表等由于受到通信功能不夠靈活、儀表功能單一等多種條件的約束,已經(jīng)無法滿足電廠設(shè)備自動(dòng)化生產(chǎn)的要求。水泥行業(yè)生產(chǎn)過程的特點(diǎn)為長周期運(yùn)行,一旦開機(jī),在沒有特殊情況發(fā)生的前提下,一般不會(huì)停機(jī)?,F(xiàn)代化大型水泥企業(yè)年運(yùn)轉(zhuǎn)率很高,這樣就必須有高質(zhì)量的、高可靠性的電氣設(shè)備保證其生產(chǎn)過程的連續(xù)不間斷性,一旦故障停機(jī)就會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器可實(shí)現(xiàn)重載起動(dòng),實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的溫度保護(hù),還提供多種測(cè)控功能和控制模式,能夠滿足水泥生產(chǎn)過程對(duì)電機(jī)設(shè)備的保護(hù)及其控制要求,不僅能提高電機(jī)設(shè)備的運(yùn)行能力、延長電機(jī)設(shè)備的使用壽命,同時(shí)也能提高企業(yè)生產(chǎn)效率、節(jié)約能源。本文以ARD2F智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器在水泥生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行具體介紹。
二、水泥生產(chǎn)對(duì)保護(hù)器的功能要求
水泥行業(yè)電機(jī)是大容量、高負(fù)荷連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備,電動(dòng)機(jī)長期承受大負(fù)荷,就會(huì)使繞組上溫度上升過高而降低絕緣性能甚至損壞絕緣,最終縮短電動(dòng)機(jī)的使用壽命,因此,對(duì)水泥生產(chǎn)過程中電機(jī)設(shè)備的可靠性、穩(wěn)定性及功能要求非常高。在生產(chǎn)運(yùn)行或設(shè)備檢修過程中,常見的電動(dòng)機(jī)故障可分為以下幾種:
1、機(jī)械故障
1)掃膛:由于軸承損壞、軸彎或者檢修人員裝配不當(dāng),導(dǎo)致定轉(zhuǎn)子產(chǎn)生摩擦;
2)軸承損壞:由于軸承裝配不當(dāng)、定/轉(zhuǎn)子鐵心軸向錯(cuò)位或重新對(duì)轉(zhuǎn)軸機(jī)加工后精度不夠、電動(dòng)機(jī)本體運(yùn)行溫升過高等;
3)振動(dòng):由于電動(dòng)機(jī)本身或傳動(dòng)裝置不良等。
2、電氣故障
1)缺相運(yùn)行:電動(dòng)機(jī)發(fā)生堵轉(zhuǎn)時(shí)電流比正常工作的電流大得多。在此情況下,運(yùn)行時(shí)間過長或過于頻繁起動(dòng),將會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)繞組燒毀;
2)繞組短路或接地:匝間短路的最大原因是電機(jī)溫度異常升高而導(dǎo)致的,而接地故障大多是由于繞組絕緣損壞;
3)三相電流不平衡:由于電動(dòng)機(jī)外部電源電壓不平衡或內(nèi)部繞組匝間短路或電動(dòng)機(jī)維修時(shí)線圈匝數(shù)錯(cuò)誤或接線錯(cuò)誤等。
因此,對(duì)某水泥廠電機(jī)設(shè)備進(jìn)行有效的維護(hù)是很有必要的,對(duì)ARD2F智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器具體功能要求如下:
(1)完善的電機(jī)保護(hù)功能
保護(hù)器通過采集電路中的三相交流電流、三相交流電壓、剩余電流、PTC熱電阻阻值、電動(dòng)機(jī)電能等電力參數(shù),以及電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中的各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等信號(hào),經(jīng)保護(hù)器內(nèi)部處理運(yùn)算,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)過載反時(shí)限、過載定時(shí)限、接地、起動(dòng)超時(shí)、漏電、欠載、斷相、堵轉(zhuǎn)、阻塞、短路、溢出、不平衡(電流、電壓)、過功率、欠功率、過壓、欠壓、相序、溫度、tE時(shí)間、外部故障、起動(dòng)次數(shù)限制、運(yùn)行時(shí)間報(bào)警、故障次數(shù)報(bào)警等綜合保護(hù),進(jìn)而保證水泥廠生產(chǎn)工作的連續(xù)運(yùn)行。
(2)及時(shí)排除電動(dòng)機(jī)運(yùn)行故障功能
水泥生產(chǎn)現(xiàn)場電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中通過電動(dòng)機(jī)保護(hù)器對(duì)電機(jī)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè),當(dāng)電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)狀況時(shí)應(yīng)及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào),并記錄故障信息,方便維護(hù)人員查找故障原因并作出及時(shí)的處理,保證故障發(fā)生時(shí)電機(jī)設(shè)備動(dòng)作的可靠性和靈敏性。
(3)對(duì)現(xiàn)場各設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)功能
水泥生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境比較惡劣,保護(hù)器不僅要提供電機(jī)設(shè)備的保護(hù)功能,而且要求能夠帶RS-485通訊接口,經(jīng)過Modbus-RTU/Profibus-DP通訊協(xié)議與上位機(jī)管理系統(tǒng)進(jìn)行通訊連接,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)以及運(yùn)行過程中的電力參數(shù),保證后臺(tái)操作人員能讀取、修改水泥成產(chǎn)現(xiàn)場電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的各種整定參數(shù)并通過后臺(tái)人機(jī)界面實(shí)時(shí)觀察當(dāng)前現(xiàn)場電動(dòng)機(jī)控制回路的工作狀態(tài)、供電電源質(zhì)量等,實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。
三、應(yīng)用案例
水泥生產(chǎn)工藝流程較多,所以將保護(hù)器有效的應(yīng)用于電動(dòng)機(jī)保護(hù)設(shè)備控制回路的同時(shí)要能夠滿足水泥廠的大型控制系統(tǒng)的要求。某水泥廠控制系統(tǒng)通過Profibus DP通訊接口與PC機(jī)、接觸器、電動(dòng)機(jī)以及其他設(shè)備構(gòu)成控制系統(tǒng),工程師通過監(jiān)控計(jì)算機(jī)以及生產(chǎn)管理軟件完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、處理、顯示和監(jiān)視功能,并在滿足權(quán)限和邏輯時(shí),通過遠(yuǎn)程控制軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場相應(yīng)的電機(jī)設(shè)備等的控制。
圖1 現(xiàn)場安裝照片
水泥廠采用保護(hù)器用于電機(jī)保護(hù)控制回路,取代熱繼電器等作為電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)和控制元件,而且利用先進(jìn)的通訊技術(shù),實(shí)現(xiàn)了水泥生產(chǎn)中電機(jī)設(shè)備控制的自動(dòng)化。通過將90L顯示模塊嵌入安裝在開關(guān)抽屜的活動(dòng)面板內(nèi),來簡化水泥廠控制柜內(nèi)接線,使得配電室內(nèi)設(shè)備運(yùn)行情況及故障狀態(tài)清晰可見,方便工程師隨時(shí)調(diào)整系統(tǒng)、設(shè)定參數(shù)和顯示、監(jiān)控以及檢修維護(hù)。將ARD2F保護(hù)器應(yīng)用于某水泥廠生產(chǎn)線電機(jī)設(shè)備的控制回路,實(shí)現(xiàn)水泥廠對(duì)電機(jī)保護(hù)的要求。如圖2是ARD2F智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器應(yīng)用于某水泥廠電動(dòng)機(jī)設(shè)備控制回路工作原理圖:
圖2 ARD2F智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器應(yīng)用于某水泥廠電動(dòng)機(jī)設(shè)備控制回路接線圖
由于現(xiàn)代水泥工廠采用的大型電機(jī)設(shè)備較多,大于110KW及以上的電機(jī),均采用在主回路裝設(shè)電流互感器??紤]到水泥生產(chǎn)工藝的不同和企業(yè)投入的資金,電動(dòng)機(jī)需要不同的起動(dòng)方式,ARD2F智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器提供靈活的聯(lián)鎖功能,實(shí)現(xiàn)直接啟動(dòng)、雙向啟動(dòng)、星/三角啟動(dòng)、自耦變壓器啟動(dòng)等,使水泥廠大型設(shè)備的電機(jī)得到了有效保護(hù)和控制[2]。
四、ARD2F產(chǎn)品介紹
ARD2F智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器適用于額定電壓至660V的低壓電動(dòng)機(jī)回路,集保護(hù)、測(cè)量、控制、通訊、運(yùn)維于一體。其完善的保護(hù)功能確保電動(dòng)機(jī)運(yùn)行,帶有邏輯可編程功能,可以滿足多種控制方式。可選配不同通訊模塊適應(yīng)現(xiàn)場通訊需求。
該產(chǎn)品采用分體式結(jié)構(gòu),由主體、顯示單元、互感器組成,可適應(yīng)各種柜體的安裝。
技術(shù)參數(shù)
技術(shù)參數(shù) | 技術(shù)指標(biāo) | ||
保護(hù)器輔助電源 | AC85-265V/DC100-350V | ||
電機(jī)額定工作電壓 | AC220V / 380V / 660V,50Hz / 60Hz | ||
電動(dòng)機(jī)額定工作電流 | 1 (0.1A-5000A) | 外置電流互感器 | |
5 (0.1A-5000A) | |||
1.6A(0.4A-1.6A) | |||
6.3A(1.6A-6.3A) | |||
25(6.3A-25A) | |||
100(25A-100A) | |||
250(63A-250A) | |||
800(250A-800A) | |||
繼電器輸出觸點(diǎn)容量 | 阻性負(fù)載 | AC250V、10A | |
開關(guān)量輸入 | 9路無源干結(jié)點(diǎn)(可選配有源DC110V、DC220V、AC220V輸入) | ||
通訊 | RS485 Modbus_RTU,Profobus_DP協(xié)議 | ||
環(huán)境 | 工作溫度 | -10oC~55oC | |
貯存溫度 | -25oC~70oC | ||
相對(duì)濕度 | ≤95﹪不結(jié)露,無腐蝕性氣體 | ||
海拔 | ≤2000m | ||
污染等級(jí) | 3級(jí) | ||
防護(hù)等級(jí) | 主體IP20,分體顯示模塊IP65(安裝在柜體面板時(shí)) | ||
安裝類別 | III級(jí) |
功能特點(diǎn)
■ 支持基波和全波電力參數(shù)測(cè)量(U、I、P、Q、S、PF、F、EP、EQ),電流及電流不平衡度、電流正序、負(fù)序、零序分量、電壓、三相電壓相角、剩余電流。
■ 保護(hù)功能包括過載反時(shí)限、過載定時(shí)限、接地、起動(dòng)超時(shí)、漏電、欠載、斷相、堵轉(zhuǎn)、阻塞、短路、溢出、不平衡(電流、電壓)、過功率、欠功率、過壓、欠壓、相序、溫度、tE時(shí)間、外部故障、起動(dòng)次數(shù)限制、運(yùn)行時(shí)間報(bào)警、故障次數(shù)報(bào)警。
■ 9路可編程DI輸入,默認(rèn)采用內(nèi)置DC24V電源,也可選擇外部有源濕接點(diǎn)。
■ 5路可編程DO輸出,滿足直接起動(dòng),星—三角起動(dòng),自耦變壓器起動(dòng),等多種起動(dòng)方式,可通過通訊總線實(shí)現(xiàn)主站對(duì)電動(dòng)機(jī)的遙控“起/停"。
■ 可選抗晃電功能:支持晃電立即再啟動(dòng)、失壓重起動(dòng)。
■ 可選配MODBUS_RTU通訊、PROFIBUS DP通訊,支持最多2路通訊接口。
■ 可選配1路DC4-20mA模擬量輸出接口,與DCS系統(tǒng)相接,可實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)控。
■ 具有故障記錄、起動(dòng)記錄、停車記錄、DI變位記錄和再起動(dòng)記錄等各類事件記錄。
■ 顯示界面液晶顯示,支持中/英文切換。
五、結(jié)束語
隨著電子技術(shù)及通訊技術(shù)的不斷發(fā)展。電動(dòng)機(jī)保護(hù)器也在朝著多元化方向發(fā)展,電動(dòng)機(jī)保護(hù)器在水泥企業(yè)的應(yīng)用也越來越廣泛,合理選擇電機(jī)設(shè)備的保護(hù)功能和保護(hù)方式,可提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性,能夠預(yù)防并杜絕電機(jī)燒毀,同時(shí)減少了因非計(jì)劃停車而造成的損失,降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本。
(1)企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2020.6
(2)GB 14048.4-2020 《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第4-1部分:接觸器和電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器機(jī)電式接觸器和電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器(含電動(dòng)機(jī)保護(hù)器)》
(3)JB/T 10736-2007 《低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器》