淺談智能型電機保護控制器在水泥廠(chǎng)的應用與思考

摘要:傳統的水泥廠(chǎng)對電動(dòng)機的過(guò)載保護都是利用熱繼電器這種控制元件，但是隨著(zhù)水泥廠(chǎng)生產(chǎn)工藝朝著(zhù)自動(dòng)化方向轉變和自動(dòng)化工藝的到來(lái)，使得熱繼電器無(wú)法使用于電動(dòng)機，隨之采用將一種新型的電動(dòng)機保護器來(lái)作為電動(dòng)機的保護元件。采用電動(dòng)機保護器作為保護裝置，使得電動(dòng)機的安全系數在原來(lái)的基礎上顯著(zhù)提高。在此基礎上，對于電動(dòng)機的控制也漸漸趨向部分自動(dòng)化。本文主要對電機保護器的原理及優(yōu)勢進(jìn)行了分析，并提出了電機保護器的選用原則。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)機保護器 原理 優(yōu)勢

隨著(zhù)電氣自動(dòng)化時(shí)代的到來(lái)，對于水泥廠(chǎng)的電機保護元件來(lái)說(shuō)，原來(lái)的熱繼電器漸漸被取代，取而代之的則是一種新型的電動(dòng)機智能保護器，簡(jiǎn)稱(chēng)電機保護器。原來(lái)的熱繼電器雖然在結構設計方面比較簡(jiǎn)單、體積小，使用起來(lái)也比較方便，投入成本也較低。但是由于其在設計方面精度比較低、動(dòng)作也不穩定，而且在使用過(guò)程中容易誤動(dòng)作，在保護電機方面功能過(guò)于單一，導致不能實(shí)現集中監測，所以漸漸被替代。大多數的水泥廠(chǎng)也都在使用智能電動(dòng)機保護器檢測系統。

一、對于電動(dòng)機保護器的簡(jiǎn)單介紹

1.1、電動(dòng)機保護器的元器件組成

電動(dòng)機保護器有一定的硬件部分的設置，電動(dòng)機自帶有標準的485接口，這樣對于用戶(hù)來(lái)說(shuō)組網(wǎng)比較便捷，而且可以構成不同種類(lèi)的控制系統，如集中式控制系統、集散式控制系統以及分布式的控制系統。主要原理就是通過(guò)增加輸出模塊的模擬量，從而輸出4?20mA的模擬量信號。將這種信號傳輸給系統，對于用戶(hù)集中控制系統有一定的作用。在此基礎上，將微處理技術(shù)運用于電機保護器，并且采用模塊化的設計結構，對于控制系統有積極的作用。因為模塊化結構產(chǎn)品體積非常小，而且結構看起來(lái)緊湊，在安裝方面也較為便捷。另外，電動(dòng)機控制單元是由低壓斷路器、電動(dòng)機以及接觸器等電控元件組成。除此之外，還有比較方便的連鎖功能，增加了其開(kāi)啟方式。如可利用直接保護的啟動(dòng)方式或者利用電阻進(jìn)行降壓的方式進(jìn)行啟動(dòng)，也可以釆取三角形的方式進(jìn)行啟動(dòng)。由上述可知，電動(dòng)機保護器是由兩部分組成的：一部分就是比較重要的模塊，稱(chēng)之為主要模塊，這部分的功能是完成測量以及保護等比較重要的功能；另一部分則是輔助性的模塊，這部分主要是為主要模塊服務(wù)的，主要是由顯示部分、外置的電流互感器以及外置的漏電互感器組成。

1.2、對保護器的顯示模塊以及主體模塊進(jìn)行介紹

對于顯示模塊來(lái)說(shuō)，它的工作原理主要是通過(guò)一定的平臺，如LPC2 134平臺，測量并設定具體的參數，并通過(guò)人機的界面顯示出來(lái)，對少部分參數進(jìn)行設定并操作，從而查看設備運行的情況、出現的故障以及相應的報警信息。顯示模塊對于參數等信息的顯示主要釆用的是液晶顯示的方式，而主體部分的顯示主要是由點(diǎn)陣式的液晶組成的，全部使用的都是中文顯示菜單。

和顯示模塊不同的是，主體模塊相對來(lái)說(shuō)組成比較復雜。主體模塊分為不同的幾個(gè)部分，如釆樣電路(針對電流、電壓、溫度設置的)、端子按鈕采集電路、數字信號處理器、出口繼電器、顯示端口以及通訊部分。主體模塊主要釆用的是交流采樣的技術(shù)，經(jīng)過(guò)采樣10倍的電流值，而且使用的是雙看門(mén)狗的設計技術(shù)以及性能非常好的數字信號處理系統，因為這種數字信號處理系統擴展性和集成度都比其他系統高。這部分使用的軟件分為以下幾個(gè)部分，如電流、電壓、溫度、漏電以及接觸器等狀態(tài)釆樣。在此基礎上，它是通過(guò)電機本身的性質(zhì)，并通過(guò)采集電流、電壓、漏電以及熱電阻等部分狀態(tài)。在此基礎上，利用提前設定的運行方式來(lái)計算電動(dòng)機運行的基本工況。電機本身有一個(gè)保護定值，可以根據保護定值來(lái)判斷是保護還是報警。當進(jìn)行相關(guān)保護的時(shí)候，要及時(shí)進(jìn)行切斷電源和存儲的操作，以供査詢(xún)。除此以外，對于硬件部分來(lái)說(shuō)，主要是通過(guò)電流互感器非接觸采集電動(dòng)機所通過(guò)的電流、電壓以及接觸器的相關(guān)狀態(tài)、電機溫度等一些信號，在此基礎上判斷是否要進(jìn)行報警操作或者是跳閘保護操作以及相關(guān)的連鎖功能。

1.3、電機保護器的功能

將電機保護器運用于水泥廠(chǎng)的電機，主要有以下作用：頻率保護；溫度保護；過(guò)載或過(guò)壓保護、斷相保護、相序保護、不平衡保護、堵轉、漏電以及接地保護等，而且端子功能是可進(jìn)行編程的。

二、關(guān)于監控管理系統的介紹

2.1、監控管理系統的工作原理

采用不同的總線(xiàn)，即過(guò)程總線(xiàn)：過(guò)程總線(xiàn)的傳送速度在9.6?12 m波特之間選擇，而且在總線(xiàn)系統開(kāi)始啟動(dòng)的時(shí)候，所有在總線(xiàn)上連接的設備的速度都是相同的；而過(guò)程總線(xiàn)也基本上用于一些工程的自動(dòng)化車(chē)間里邊，主要是進(jìn)行車(chē)間監控以及相關(guān)的數據通信。目標主要是連接現場(chǎng)設備到車(chē)間監控的數字控制以及現場(chǎng)的通信網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現了工廠(chǎng)的自動(dòng)化控制。其基本的特征是開(kāi)放式且不依賴(lài)廠(chǎng)家的一種總線(xiàn)標準，意思就是不同廠(chǎng)商生產(chǎn)的設備不用廠(chǎng)商對其進(jìn)行特別的設置或調整就能進(jìn)行通信。還有一種網(wǎng)絡(luò )通訊協(xié)議總線(xiàn)，這種總線(xiàn)的成本比較低廉，普遍使用于低速現場(chǎng)。而且網(wǎng)絡(luò )通訊協(xié)議總線(xiàn)的保護器是通過(guò)一個(gè)通訊管理機接入監控網(wǎng)絡(luò )的，而過(guò)程總線(xiàn)不同于網(wǎng)絡(luò )通訊協(xié)議總線(xiàn)，它是直接接入服務(wù)器網(wǎng)絡(luò )的。服務(wù)器是和工程師所在的站點(diǎn)以及操作員所在的站點(diǎn)，通過(guò)交換機連接在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò )系統內的。所以，服務(wù)器釆集各電機各個(gè)狀態(tài)的工況主要是通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)實(shí)現。在此基礎上，為工程師所在的站點(diǎn)和操作員所在的站點(diǎn)共同服務(wù)。

2.2、監控管理系統的選用原則

電機保護器可以根據不同的方式分為不同種類(lèi)，按照額定工作電壓以及電流范圍分類(lèi)，可以分為380V和220V兩種；對應的電流范圍為6A、60A兩種等級。這種電機保護器在使用的時(shí)候，先要了解到電機所在控制回路的工作電壓以及負載的額定電流，然后據此選擇對應的電流量程范圍。在現實(shí)的工程實(shí)踐中，因為大部分水泥廠(chǎng)工廠(chǎng)由于工程量比較大、產(chǎn)量也比較大，所以使用的都是大型的電動(dòng)機。為了提高其互換性，減少備用件的數量。對于功率在110kW或者功率更高的電機來(lái)說(shuō)，都是通過(guò)在主回路裝電流互感器的方式進(jìn)行保護的。即先將一次電流轉變?yōu)樾∮?A的二次電流，然后接入量程范圍為6A的電動(dòng)機保護器。在此基礎上，控制和保護了大型設備的電機。

除此之外，電機保護器也可以按照其結構形式的不同進(jìn)行分類(lèi)，可以分為一體式的電機保護器和分體式的電機保護器。對于一體式的電機保護器來(lái)說(shuō)，其結構是一個(gè)整體，這種電機保護器主要運用于固定柜安裝；而對于分體式的電機保護器來(lái)說(shuō)，它分為顯示器部分以及互感器部分，而且在固定的范圍內是可以隨意進(jìn)行安裝的，所以比較適合在新型抽屜式的開(kāi)關(guān)柜中安裝。在工程實(shí)踐中，因為大部分是用的都是低壓的抽屜式的開(kāi)關(guān)柜，所以將顯示的表頭直接鑲嵌安裝在開(kāi)關(guān)抽屜的活動(dòng)面板里。在此程度上使得柜內的接線(xiàn)變得簡(jiǎn)單，而且系統隨時(shí)也能調整、設置參數以及實(shí)現顯示、監控的功能。顯示面板對于設備運行的實(shí)時(shí)情況以及出現的狀況能夠隨時(shí)檢測和顯示，便于對設備更好地了解，對于隨時(shí)出現的故障也能及時(shí)進(jìn)行處理和檢修。在一定程度上提高了對電機的保護效果，提升了生產(chǎn)效率。

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。

1. 遠程主站對電動(dòng)機進(jìn)行實(shí)時(shí)遙控“起/停”操作。
2. 抗晃電確保電動(dòng)機運行不間斷，重起動(dòng)功能在短時(shí)欠壓、失壓時(shí)用于電動(dòng)機分批重起。
3. 具有標準的RS-485通訊接口，采用Modbus_RTU、Profibus_DP通訊協(xié)議，保證了上位機通訊的快速可靠。
4. 具有DC4-20mA模擬量輸出接口，直接與DCS系統相接，可實(shí)現對現場(chǎng)設備的監控。
5. 具有系統時(shí)鐘和20次故障記錄功能，系統時(shí)鐘記錄當前時(shí)間(日、時(shí)、分、秒)，故障記錄功能記錄故障原因。
6. 顯示部分采用全中文液晶顯示。

可以替代各種電量表、信號燈、熱繼電器、電量變送器等常規元件，減少了柜內電纜連接及現場(chǎng)施工量，可靠性和綜合性?xún)r(jià)比遠高于傳統方案。

3.2、 電動(dòng)機保護器的選型

說(shuō)明：“√”表示具備 “■”表示可選

四、結語(yǔ)

本文主要對電機保護器的原理及優(yōu)勢進(jìn)行了分析，并提出了電機保護器的選用原則：對固定柜安裝釆用一體式的電機保護器，對抽屜式的開(kāi)關(guān)柜安裝采用分體式的電機保護器，或者按照額定的工作電壓及電流的范圍進(jìn)行分類(lèi)，如220V或者380V兩種。對水泥廠(chǎng)的電機來(lái)說(shuō)，主要采用的是后者。這在一定程度上預防了電機的燒毀，保證了設備正常運轉。

參考文獻

【1】趙麗.電機保護器在水泥廠(chǎng)的應用與思考

【2】黃燕生，嚴方，林書(shū)婷.PROFIBUS應用工程中故障問(wèn)題的研究與實(shí)踐[J].輕工科技，2012（8）.

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【4】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計及應用手冊.2019.11版