摘要:電動(dòng)機燒毀是每一個(gè)生產(chǎn)企業(yè)都無(wú)法回避的現象，怎樣加強電動(dòng)機保護，使生產(chǎn)工藝系統的穩定，減少企業(yè)非正常停機時(shí)間。電動(dòng)機保護成為電氣技術(shù)人員一個(gè)重關(guān)課題。因此，該文從小廟嶺選礦公司機電事故進(jìn)行分析，通過(guò)對公司部分電動(dòng)機保護研究改造，發(fā)現熱繼電器從經(jīng)濟和安全價(jià)值上應該退出大中型電動(dòng)機保護的序列，希望可以給大家予以借鑒。
關(guān)鍵詞：電動(dòng)機保護 熱繼電器 智能控制器
一、引言
筆者在實(shí)際電氣維修過(guò)程中發(fā)現，龍宇鉬業(yè)小廟嶺選礦公司生活水泵房購買(mǎi)的75 kW生活水泵成套柜子采用QB4軟啟動(dòng)器進(jìn)行啟動(dòng)，啟動(dòng)過(guò)程中采用QB4軟啟動(dòng)器控制保護，啟動(dòng)后由200/5電流互感器提供電流信號由熱繼電器提供過(guò)電流保護。在運行過(guò)程中并未出現什么故障。但是在近期一次巡檢過(guò)程中，檢修人員發(fā)現生活水泵房水泵在運行過(guò)程中有一相電流無(wú)顯示，通過(guò)檢査發(fā)現電流互感器有一相擊穿造成短路引起無(wú)電流信號。通過(guò)此次維修引起我們深思，如果是缺相故障那么熱繼電器是不是同樣提供不了保護，熱繼電器對于互感器引入的電流信號，是否可以滿(mǎn)足熱繼電器對于電動(dòng)機保護？希望可以通過(guò)此次的熱繼電器對大中型電動(dòng)機保護的研究，對大家得以提示和探討。
二、熱繼電器對電動(dòng)機保護的探討
在現代工業(yè)生產(chǎn)中，異步電動(dòng)機作為將電能轉化為機械能的重要設備，成為絕大多數動(dòng)力機械的基礎。隨著(zhù)礦山行業(yè)不斷集團化，規?；?，加之行業(yè)本身的特點(diǎn)就是大通量、滿(mǎn)負荷的連續運轉，大功率電動(dòng)機使用比較多，然而相應的大中型電動(dòng)機保護成為比較重要的環(huán)節，生產(chǎn)對電機設備的可靠性和穩定性要求較高，一旦發(fā)生電機事故，就意味著(zhù)直接損失和間接影響生產(chǎn)的損失。
在電機出現過(guò)流、欠流、斷相、堵轉、短路、過(guò)壓、欠壓、三相不平衡、過(guò)熱等等故障的初期，直接的表現就是反映在電流的變化上，我們從電動(dòng)機額定電流的定義上分析，即電動(dòng)機在允許溫升下的大電流。電流升高如果沒(méi)有及時(shí)發(fā)現和處理，就會(huì )造成線(xiàn)圈過(guò)熱引起繞組老化，Q=I²RT,Q熱功率，I電流，R為電動(dòng)機線(xiàn)圈電阻，T為時(shí)間，從上式中可以看到電動(dòng)機發(fā)熱定子線(xiàn)圈阻值升高，熱功率會(huì )升高，但是電阻加大引起電流升高，熱功率會(huì )隨著(zhù)電流的平方加大，這也就是為什么電動(dòng)機堵轉溫升為什么迅速加大的原因。定子繞組絕緣值就像河床堤壩一樣沖擊到一定程度就會(huì )引起電動(dòng)機繞組相間短路或接地或者斷路等故障。所以對于電動(dòng)機保護重要的就是電動(dòng)機繞組電流上的變化的控制和實(shí)時(shí)采集監控。
我們通常采用的熱繼電器的主要作用就是保護電動(dòng)機或其它電氣設備、電氣線(xiàn)路的過(guò)載保護，其具有反時(shí)限的保護特性。是串聯(lián)在電動(dòng)機主回路上依靠定子繞組電流通過(guò)發(fā)熱元件(即雙金屬片)時(shí)所產(chǎn)生的熱量，使雙金屬片受熱彎曲而推動(dòng)機構動(dòng)作通斷輔助觸點(diǎn)的一種電器。以前熱繼電器廠(chǎng)家注重通過(guò)改進(jìn)雙金屬合金動(dòng)片成份來(lái)提高繼電器保護性能，推桿與開(kāi)關(guān)斷電位置之間間距值的設置通過(guò)旋鈕簡(jiǎn)單設置，現場(chǎng)安裝保護都是電工師傅憑經(jīng)驗進(jìn)行設置，應該是沒(méi)有一個(gè)準確的量化。設備環(huán)境溫度的變化對熱繼電器影響還是有一定的影響，相信沒(méi)有人會(huì )根據環(huán)境溫度對熱繼電器進(jìn)行調整保護定值。因為現代企業(yè)電氣設備都是DCS控制，熱繼電器也很難融入現場(chǎng)控制當中，現場(chǎng)操作人員以及主控室基本上無(wú)法實(shí)時(shí)監測電動(dòng)機運行情況。
根據在廠(chǎng)里的調査基本上電動(dòng)機采用的是ARD智能控制器進(jìn)行控制保護，高壓電動(dòng)機采用微機保護測控裝置保護。而單位新近的成套設備的75 kW及以上電動(dòng)機采用的都是利用電流互感器二次回路串接熱繼電器進(jìn)行保護，包括250 kW鄂式破碎機電氣保護回路。大中型電動(dòng)機的維修價(jià)格不菲，維修周期長(cháng)，同樣因為電動(dòng)機體積重量大，檢修更換時(shí)間比較長(cháng)所引起的停機時(shí)間，造成的生產(chǎn)損失更是無(wú)法估計。
所以感覺(jué)對于大中型電動(dòng)機的保護熱繼電器已無(wú)法滿(mǎn)足，應該退出保護序列。我們査看現在市面上的智能電機保護控制器，國產(chǎn)智能保護器結合了現代科技的計算機技術(shù)，控制技術(shù)，通訊技術(shù)及顯示技術(shù)，集成了電動(dòng)機的多種起動(dòng)控制方案，監視電動(dòng)機的啟動(dòng)運行以及故障異常時(shí)電動(dòng)機的電參數。通過(guò)對電動(dòng)機電流實(shí)時(shí)采集，進(jìn)行模擬量與數字量轉換，充分利用微處理器的數字量快速處理能力，結合具體的電動(dòng)機額定參數和用戶(hù)整定的時(shí)間以及限值參數對電動(dòng)機是否異常和故障類(lèi)別進(jìn)行正確判斷和區別處理確保電動(dòng)機的安全運行，可通過(guò)中文液晶顯示，發(fā)光指示，4~20ma信號輸出，RS485通訊等多種形式告知用戶(hù)?？刂剖也僮魅藛T可在后臺微機上，現場(chǎng)操作人員在工作現場(chǎng)完成所有保護器的各種保護數據的監測。同時(shí)，在線(xiàn)監測電機的運行負載和供電電源的質(zhì)量，為及早發(fā)現機械設備過(guò)載和接地故障等，創(chuàng )造了條件。為保證工藝系統的安全生產(chǎn)、減少事故停車(chē)，提供了可靠依據。
三、安科瑞ARD3電動(dòng)機保護器
3.1、ARD3電動(dòng)機保護器的介紹
ARD3智能型電動(dòng)機保護器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)ARD3），適用于額定電壓至AC690V、額定電流至AC800A、額定頻率為50/60Hz的電動(dòng)機。產(chǎn)品體積小，結構緊湊，安裝方便，在低壓控制終端柜和1/4模數及以上各種抽屜柜中可直接安裝使用，提高了控制回路的可靠性和自動(dòng)化水平。
ARD3采用模塊化的產(chǎn)品結構形式，包括主體控制模塊、互感器模塊和顯示模塊，并可根據需要選配ARD3的其他功能模塊或附件，與接觸器、電動(dòng)機起動(dòng)器等電器元件構成電動(dòng)機控制保護單元，有遠程自動(dòng)控制、現場(chǎng)直接控制、面板指示、信號報警、現場(chǎng)總線(xiàn)通信等功能。適用于煤礦、石化、冶煉、電力、船舶、以及民用建筑等領(lǐng)域。詳見(jiàn)圖1-圖2。
圖1智能電動(dòng)機保護器動(dòng)作示意圖
圖2過(guò)載特性曲線(xiàn)圖
安科瑞ARD3系列電動(dòng)機保護器的功能如下：
（1）輔助電源支持AC85V～265V/DC110V～350或AC380V±10%(需另配380V電源模塊)。
（2）測量功能分為基本測量(電流參數)和增選測量(電壓、功率、相序、剩余電流(漏電流))。
（3）具有起動(dòng)超時(shí)、過(guò)載、堵轉、阻塞、欠載、斷相、不平衡、剩余電流(接地/漏電)、溫度、外部故障、相序、
（4）過(guò)壓、欠壓、欠功率、過(guò)功率、tE時(shí)間等電動(dòng)機綜合保護功能。
（5）9路DI無(wú)源干節點(diǎn)輸入，信號電源采用內置DC24V電源。
（6）5路DO輸出，滿(mǎn)足直接起動(dòng)，星—三角起動(dòng)，自耦變壓器起動(dòng)，軟起動(dòng)等多種起動(dòng)方式，通過(guò)通訊總線(xiàn)可實(shí)現。
3.2、電動(dòng)機保護器的選型
型號 功能 | ARD2 | ARD2L | ARD2F | ARD3 | ARD3T | ||
應用場(chǎng)合 | 低壓0.4kv-1.14kv電動(dòng)機保護 | ||||||
保護功能 | 起動(dòng)超時(shí) | √ | √ | √ | √ | √ | |
過(guò)載 | √ | √ | √ | √ | √ | ||
欠載 | √ | √ | √ | √ | √ | ||
短路 | √ | √ | √ | √ | √ | ||
阻塞 | √ | √ | √ | √ | √ | ||
堵轉 | √ | √ | √ | √ | √ | ||
不平衡 | √ | √ | √ | √ | √ | ||
反饋超時(shí) |
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| √ | ||
外部故障 | ■ | ■ | ■ | √ | √ | ||
模塊結構故障 |
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| √ | ||
內部故障 |
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| √ | ||
過(guò)壓 |
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| ■ | ■ | ■ | ||
欠壓 |
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| ■ | ■ | ■ | ||
斷相 | √ | √ | √ | √ | √ | ||
相序 |
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| ■ | ■ | ■ | ||
過(guò)功率 |
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| ■ | ■ |
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欠功率 |
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| ■ | ■ | ■ | ||
tE時(shí)間 |
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| ■ | ■ | ■ | ||
主體溫度保護 |
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| ■ | ■ | √ | ||
主體溫度傳感器故障 |
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| √ | ||
模塊溫度保護 |
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| ■ | ||
模塊溫度傳感器故障 |
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| ■ | ||
報警 | ■ | ■ | ■ | √ | √ | ||
失壓重起（抗晃電） |
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| ■ | ■ | ■ | ||
4-20mA輸入保護 |
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| ■ | ||
剩余電流 （選一種） | 接地 | √ | √ | √ | √ | √ | |
漏電 | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ||
通訊功能 | Modbus_RTU | ■ | ■ | ■ | ■ | √ | |
雙Modbus_RTU |
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| ■ | ■ | ■ | ||
Profibus_DP |
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| ■ | ■ | ■ | ||
DeviceNet |
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| ■ | ■ |
| ||
開(kāi)關(guān)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 |
|
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| ||
5路 |
|
| 2路標配 3路選配 | √ |
| ||
6路 |
|
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|
|
| ||
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 |
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| |
干簧式液位傳感器輸入 |
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| ||
液位變送輸入 |
|
|
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| ||
起動(dòng)控制 |
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| ■ | √ | √ | ||
4-20mA模擬量輸出 | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ||
事件記錄 | 8條事件記錄 | ■ | ■ |
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| √ | |
20條事件記錄 |
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| ■ | ■ |
| ||
運行信息記錄 |
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| √ | √ | √ | ||
邏輯功能 | 定時(shí)器 |
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| √ | |
計數器 |
|
|
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| √ | ||
真值表 |
|
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| √ | ||
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 |
|
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| ■ | ■ | ||
PTC/NTC |
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| ■ | ■ | √ | ||
4-20mA輸入 |
|
|
|
| ■ | ||
測溫模塊 |
|
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| ■ | ||
液位高度 |
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|
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| ||
界面顯示 | LED數碼管顯示 | √ |
|
|
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| |
LCD液晶顯示 |
| √ | ■ | ■ | ■ | ||
說(shuō)明：“√”表示具備“■”表示可選
四、結束語(yǔ)
對于電動(dòng)機保護隨著(zhù)科技的發(fā)展不斷地完善，以前我們對于大型高壓電動(dòng)機的保護都是采用的微機保護測控裝置，因為高壓電機維護價(jià)格高，所以保護器也舍得用高價(jià)格的設備，保護比較完善。隨著(zhù)我國科學(xué)技術(shù)的日新月異,，電子產(chǎn)品價(jià)格都在降低。反觀(guān)現在變頻器接觸器化的概念提出，數字智能型控制器也將隨著(zhù)科技的發(fā)展價(jià)格逐漸降低。電動(dòng)機保護器以其優(yōu)良的保護特性，友好的通訊界面，靈活的接線(xiàn)方式將逐步取代熔斷器和熱繼電器保護。
參考文獻
【1】王志勝.熱繼電器退出大中型電動(dòng)機保護序列的探討與研究
【2】陳德桂.智能電網(wǎng)與低壓電器智能化的發(fā)展[J].低壓電器，2010（5）：1-6,48.【3】安科瑞工業(yè)用0.4KV測控類(lèi)保護產(chǎn)品選型手冊2018.7
【4】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計及應用手冊.2019.11版
