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探討低壓智能電動機(jī)保護(hù)器的工作原理及應(yīng)用

更新時(shí)間:2020-08-07 點(diǎn)擊次數(shù): 2141次

劉細(xì)鳳

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要:為了防止電動機(jī)在使用過程中因過載、短路、斷相、過壓、欠壓、過熱而燒毀,就有必要對電動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確的檢測,并對電動機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)。本文分析了電動機(jī)的故障原因,并介紹了多功能智能化電動機(jī)保護(hù)器的構(gòu)成與保護(hù)功能和應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:智能保護(hù)器;短路;斷相;過壓;故障

0 引言

石油化工行業(yè)電機(jī)設(shè)備是大容量、高負(fù)荷的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),因而對其可靠性和穩(wěn)定性要求高,旦發(fā)生事故,馬上查找故障原因并及時(shí),以保證及時(shí)恢復(fù)生產(chǎn)。為此,經(jīng)過多年嘗試和反復(fù)實(shí)踐,終選擇了電動機(jī)智能保護(hù)器(簡稱為電機(jī)保護(hù)器),作為電動機(jī)的保護(hù)元件,下面就電動機(jī)的故障原因以及電機(jī)保護(hù)器的應(yīng)用作以簡單介紹。

1 電動機(jī)的故障原因

電動機(jī)在運(yùn)行中由于種種原因,會出現(xiàn)故障,故障分機(jī)械與電氣兩方面。

(1)機(jī)械方面有掃膛、振動、軸承過熱等故障

(2)電氣方面主要是電動機(jī)繞組過熱,超過額定值而燒毀在這里我們僅對電氣故障進(jìn)行分析,造成繞組過熱的主要原因之是流過繞組的電流過大,超過電動機(jī)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(jī)通風(fēng)不良或環(huán)境溫度過高,繞組的發(fā)熱不能及時(shí)散出,也能造成繞組溫度超過額定值而燒毀電機(jī)。

2 電機(jī)保護(hù)器的工作原理與功能

2.1電機(jī)保護(hù)器的工作原理

電機(jī)保護(hù)器集過(輕)載保護(hù)、缺相、過(欠)壓、堵轉(zhuǎn)、漏電、接地及三相不平衡保護(hù)等低壓保護(hù)于身,通常由電流傳感器、比較電路、單片機(jī)、或出口繼電器等幾部分組成。

2.2電機(jī)保護(hù)器的功能

2.2.1系統(tǒng)保護(hù)功能

電機(jī)保護(hù)器可實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的綜合保護(hù),其具體功能有接地保護(hù)、斷相保護(hù)、短路保護(hù)、過(輕)負(fù)荷保護(hù)、不平衡過負(fù)荷保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、低電壓和過電壓保護(hù)。當(dāng)電機(jī)正常工作時(shí),保護(hù)器通過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)將采集的信號通過CAN總線傳至后臺微機(jī)。當(dāng)故障發(fā)生時(shí),保護(hù)器能自動地、迅速地反應(yīng)并發(fā)出跳閘信號。

2.2.2故障判斷與記憶功能

電機(jī)保護(hù)器對電動機(jī)進(jìn)行檢測時(shí),需正確判斷電動機(jī)正常、過載、短路、斷相、過壓、欠壓、過熱等工況并作相應(yīng)的處理。當(dāng)電動機(jī)出現(xiàn)某種故障時(shí),保護(hù)器切斷電動機(jī)的電源而處于保護(hù)狀態(tài),并且保存故障類型、時(shí)間以及電機(jī)運(yùn)行參數(shù)。電機(jī)保護(hù)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(fù)位保護(hù)器,故障指示才消失,電動機(jī)才能再次啟動。

2.2.3在線監(jiān)測功能

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),在線監(jiān)測電機(jī)的運(yùn)行負(fù)載和供電電源的質(zhì)量,為及早發(fā)現(xiàn)過載和接地故障等創(chuàng)造了條件。此外,后臺微機(jī)強(qiáng)大的信息管理功能,可有效記錄各臺電機(jī)的型號、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,提供了可靠依據(jù)。

3 電機(jī)保護(hù)器的應(yīng)用

3.1選型原則

電機(jī)保護(hù)器的應(yīng)用先要做到正確的選型,須考慮下幾個方面。

(1)電機(jī)保護(hù)器按結(jié)構(gòu)形式來劃分,般分為體式和分體式兩種。

所謂的體式就是顯示面板與電流互感器部分是體的,分體式就是顯示面板與電流互感器部分是分開的。

我們在工程實(shí)踐中由于普遍采用了新型的SIVACON8PT,GCS,MNS等系列低壓抽屜式開關(guān)柜,因而采用分體式,將顯示表頭嵌入式的安裝在開關(guān)柜抽屜的活動面板內(nèi),這樣不僅簡化了柜內(nèi)接線、而且又方便了系統(tǒng)隨時(shí)調(diào)整、設(shè)定參數(shù)和顯示、監(jiān)控,同時(shí)數(shù)字化的顯示面板也增添了柜體的統(tǒng)性和美觀性;使得配電室內(nèi)的設(shè)備運(yùn)行情況及故障狀態(tài)目了然,極大的方便了系統(tǒng)xun和檢修維護(hù)。

(2)電機(jī)保護(hù)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(yīng)量程為5-50A、10-100A、20-200A、40-400A、60-600A等若干等級,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,由于化工裝置電機(jī)較多,為方便互換及減少備件的種類,對于200A及以下的電機(jī),用分體式電機(jī)保護(hù)器,使主回路的次電纜直接穿過電機(jī)保護(hù)器的電流互感器部分即可實(shí)現(xiàn)小功率電動機(jī)的控制和保護(hù);200A以上的電機(jī),我們采用在主回路裝設(shè)3個變比為5安倍的電流互感器的方式,將次電流變?yōu)樾∮?安倍的二次電流,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)。

(3)電機(jī)保護(hù)器除了具備基本保護(hù)功能外,還具備RS-485通訊接口,可根據(jù)工藝以及DCS系統(tǒng)連鎖的實(shí)際需要合理安排;序漏電保護(hù)功能,電動機(jī)自動重啟動功能。當(dāng)供配電系統(tǒng)發(fā)生電壓驟降,而且又在設(shè)定的自動重啟動時(shí)間內(nèi)恢復(fù)正常,電機(jī)保護(hù)器可以將停運(yùn)的電動機(jī)在設(shè)定的時(shí)間自動恢復(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)用戶要求合理選配。

3.2通過工程實(shí)例說明電機(jī)保護(hù)器的應(yīng)用

下面以WDB系列電機(jī)保護(hù)器為例,介紹下電機(jī)保護(hù)器在我公司的工程應(yīng)用情況。

(1)WDB體式電機(jī)保護(hù)器在22KW基地后勤配電回路中的應(yīng)用

 

圖1應(yīng)用電機(jī)保護(hù)器的二次原理圖

其二次原理圖的工作過程:合上開關(guān)QF和微斷開關(guān)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(diǎn)自保持,接觸器觸點(diǎn)動作,主回路接通,同時(shí)柜上紅燈(HR1)和現(xiàn)場紅燈(HR2)發(fā)光,電機(jī)保護(hù)器顯示運(yùn)行狀態(tài),電動機(jī)啟動。如果電動機(jī)出現(xiàn)故障,電機(jī)保護(hù)器的保護(hù)接點(diǎn)(3、4)動作,使接觸器KM線圈失電,跳開接觸器觸點(diǎn),同時(shí)柜上綠燈(HG1)和現(xiàn)場綠燈(HG2)發(fā)光,電機(jī)保護(hù)器的輸出故障接點(diǎn)(5、6)動作,發(fā)出故障報(bào)警信號,柜上故障燈(HY)也發(fā)光。電機(jī)保護(hù)器通過判斷與記憶,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)端子輸出的信號傳送到電氣控制室后臺計(jì)算機(jī),直到運(yùn)行人員查明故障后,在后臺計(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)歸,為再次開車做好準(zhǔn)備。

 

圖2運(yùn)用電機(jī)保護(hù)器的二次原理圖

如圖2所示,7、8端子為保護(hù)器的輸出序電流互感器接點(diǎn),其他端子與圖1樣。由于電動機(jī)功率很大,因此在主回路設(shè)置3個變比為5安倍的電流互感器,并把電流互感器的二次線穿過分體式電機(jī)保護(hù)器的電流互感器部分,然后通過通訊線把電流互感器部分與顯示面板相連。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樣。不同之處是本圖用到的電機(jī)保護(hù)器具有序漏電保護(hù)功能,帶有序電流互感器,電動機(jī)主回路的次電纜A,B,C三相,要同時(shí)穿過電機(jī)保護(hù)器的序電流互感器,依據(jù)A,B,C三相電流之和等于的原則來判斷序漏電電流,繼而進(jìn)行漏電保護(hù)。如果電動機(jī)出現(xiàn)漏電故障,電機(jī)保護(hù)器檢測到漏電電流很小,并且在漏電電流允許的范圍(≤30mA)內(nèi),電機(jī)保護(hù)器的輸出保護(hù)接點(diǎn)(3、4)不動作,但是電機(jī)保護(hù)器的顯示面板的故

(2)帶漏電保護(hù)功能的WDB分體式電機(jī)保護(hù)器在甲乙酮132KW臥式離心泵配電回路中的應(yīng)用障指示燈閃爍,并將信號傳送到電氣控制室后臺計(jì)算機(jī)。電機(jī)保護(hù)器通過判斷與記憶,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后,在后臺計(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)歸,電機(jī)保護(hù)器顯示運(yùn)行。如果電動機(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)動作,其原理與上圖1的故障處理原理樣。

4 安科瑞ARD系列智能電動機(jī)保護(hù)器介紹與綜合選型

4.1產(chǎn)品簡介

ARD該系列低壓電動機(jī)保護(hù)器,具有過載、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、電動機(jī)起動器等電器元件構(gòu)成電動機(jī)控制保護(hù)單元,具有遠(yuǎn)程自動控制、現(xiàn)場直接控制、面板指示、信號報(bào)警、現(xiàn)場總線通信等功能。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。

4.2產(chǎn)品選型

產(chǎn)品功能

型號

功能

ARD2

ARD2L

ARD2F

ARD3

ARD3T

應(yīng)用場合

低壓0.4kv-1.14kv電動機(jī)保護(hù)

保護(hù)功能

起動超時(shí)

過載

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

 

 

 

 

過壓

 

 

欠壓

 

 

斷相

相序

 

 

過功率

 

 

 

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

(選種)

接地

漏電

通訊功能

Modbus_RTU

雙Modbus_RTU

 

 

 

開關(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(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

 

 

 

 

測溫模塊

 

 

 

 

液位高度

 

 

 

 

 

界面顯示

LED數(shù)碼管顯示

 

 

 

 

LCD液晶顯示

 

說明:“√”表示具備“■”表示可選

5 結(jié)束語

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,而且對于提高電氣控制系統(tǒng)的自動化水平和發(fā)展民經(jīng)濟(jì),也必將起到推動作用。

 

【參考文獻(xiàn)】

[1] 張風(fēng)平,劉輝.淺談低壓電機(jī)智能保護(hù)器的應(yīng)用

[2] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊2019.11

 

作者簡介:劉細(xì)鳳,女,現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司,主要從事電動機(jī)保護(hù)器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

 

 

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