探討低壓智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的工作原理及應(yīng)用

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(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，就有必要對(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)功能和應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：智能保護(hù)器；短路；斷相；過(guò)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(duì)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(guò)多年嘗試和反復(fù)實(shí)踐，終選擇了電動(dòng)機(jī)智能保護(hù)器(簡(jiǎn)稱為電機(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)用作以簡(jiǎn)單介紹。

1 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。

（1）機(jī)械方面有掃膛、振動(dòng)、軸承過(guò)熱等故障

（2）電氣方面主要是電動(dòng)機(jī)繞組過(guò)熱，超過(guò)額定值而燒毀在這里我們僅對(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)不良或環(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)。

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(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(duì)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(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)。

2.2.2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)機(jī)才能再次啟動(dòng)。

2.2.3在線監(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，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(gè)方面。

（1）電機(jī)保護(hù)器按結(jié)構(gòu)形式來(lái)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?cè)诠こ虒?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(dòng)面板內(nèi)，這樣不僅簡(jiǎn)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視和檢修維護(hù)。

（2）電機(jī)保護(hù)器按額定工作電壓及電流范圍來(lái)劃分，可分為AC380V、AC220V兩種；對(duì)應(yīng)量程為5-50A、10-100A、20-200A、40-400A、60-600A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，由于化工裝置電機(jī)較多，為方便互換及減少備件的種類，對(duì)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(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)；200A以上的電機(jī)，我們采用在主回路裝設(shè)3個(gè)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(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)用戶要求合理選配。

3.2通過(guò)工程實(shí)例說(shuō)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(guò)程：合上開關(guān)QF和微斷開關(guān)QF1，按下現(xiàn)場(chǎng)按鈕SB1,接觸器KM線圈帶電并通過(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線圈失電，跳開接觸器觸點(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)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(dòng)機(jī)功率很大，因此在主回路設(shè)置3個(gè)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(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(dòng)機(jī)主回路的次電纜A,B,C三相，要同時(shí)穿過(guò)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(lái)判斷序漏電電流，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)器檢測(cè)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(dòng)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(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)歸，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的故障處理原理樣。

4 安科瑞ARD系列智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器介紹與綜合選型

4.1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?？膳c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

說(shuō)明：“√”表示具備“■”表示可選

5 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)展民經(jīng)濟(jì)，也必將起到推動(dòng)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(cè)2019.11

作者簡(jiǎn)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(dòng)機(jī)保護(hù)器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用