探討低壓智能電動(dòng)機保護器的工作原理及應用

摘要：為了防止電動(dòng)機在使用過(guò)程中因過(guò)載、短路、斷相、過(guò)壓、欠壓、過(guò)熱而燒毀，就有必要對電動(dòng)機的運行狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)準確的檢測，并對電動(dòng)機進(jìn)行相應的保護。本文分析了電動(dòng)機的故障原因，并介紹了多功能智能化電動(dòng)機保護器的構成與保護功能和應用。

關(guān)鍵詞：智能保護器；短路；斷相；過(guò)壓；故障

0 引言

石油化工行業(yè)電機設備是大容量、高負荷的連續運轉，因而對其可靠性和穩定性要求高，一旦發(fā)生事故，馬上查找故障原因并及時(shí)消除，以保證及時(shí)恢復生產(chǎn)。為此，經(jīng)過(guò)多年嘗試和反復實(shí)踐，終選擇了電動(dòng)機智能保護器(簡(jiǎn)稱(chēng)為電機保護器)，作為電動(dòng)機的保護元件,下面就電動(dòng)機的故障原因以及電機保護器的應用作以簡(jiǎn)單介紹。

1 電動(dòng)機的故障原因

電動(dòng)機在運行中由于種種原因，會(huì )出現故障，故障分機械與電氣兩方面。

（1）機械方面有掃膛、振動(dòng)、軸承過(guò)熱等故障

（2）電氣方面主要是電動(dòng)機繞組過(guò)熱，超過(guò)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(guò)熱的主要原因之一是流過(guò)繞組的電流過(guò)大，超過(guò)電動(dòng)機的額定電流。

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。

2 電機保護器的工作原理與功能

2.1電機保護器的工作原理

電機保護器集過(guò)（輕）載保護、缺相、過(guò)（欠）壓、堵轉、漏電、接地及三相不平衡保護等低壓保護于一身，通常由電流傳感器、比較電路、單片機、或出口繼電器等幾部分組成。

2.2電機保護器的功能

2.2.1系統保護功能

電機保護器可實(shí)現對電機的綜合保護，其具體功能有接地保護、斷相保護、短路保護、過(guò)（輕）負荷保護、不平衡過(guò)負荷保護、堵轉保護、低電壓和過(guò)電壓保護。當電機正常工作時(shí)，保護器通過(guò)面板上的液晶顯示屏，實(shí)時(shí)顯示電機的工作電流和電壓。具有通訊功能的電機保護器定時(shí)將采集的信號通過(guò)CAN總線(xiàn)傳至后臺微機。當故障發(fā)生時(shí)，保護器能自動(dòng)地、迅速地反應并發(fā)出跳閘信號。

2.2.2故障判斷與記憶功能

電機保護器對電動(dòng)機進(jìn)行檢測時(shí)，需正確判斷電動(dòng)機正常、過(guò)載、短路、斷相、過(guò)壓、欠壓、過(guò)熱等工況并作相應的處理。當電動(dòng)機出現某種故障時(shí)，保護器切斷電動(dòng)機的電源而處于保護狀態(tài)，并且保存故障類(lèi)型、時(shí)間以及電機運行參數。電機保護器通過(guò)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，復位保護器，故障指示才消失，電動(dòng)機才能再次啟動(dòng)。

2.2.3在線(xiàn)監測功能

帶有通訊功能的電機保護器使控制室操作人員可在后臺微機上，完成所有保護器的各種保護整定數據的調閱、修改和整定。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)現過(guò)載和接地故障等創(chuàng )造了條件。此外，后臺微機強大的信息管理功能，可有效記錄各臺電機的型號、運行方式、和歷史維護記錄，為保證工藝系統的生產(chǎn)、減少事故停車(chē)，提供了可靠依據。

3 電機保護器的應用

3.1選型原則

電機保護器的應用首先要做到正確的選型，須考慮一下幾個(gè)方面。

（1）電機保護器按結構形式來(lái)劃分，一般分為一體式和分體式兩種。

所謂的一體式就是顯示面板與電流互感器部分是一體的，分體式就是顯示面板與電流互感器部分是分開(kāi)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(kāi)關(guān)柜，因而采用分體式，將顯示表頭嵌入式的安裝在開(kāi)關(guān)柜抽屜的活動(dòng)面板內，這樣不僅簡(jiǎn)化了柜內接線(xiàn)、而且又方便了系統隨時(shí)調整、設定參數和顯示、監控，同時(shí)數字化的顯示面板也增添了柜體的統一性和美觀(guān)性；使得配電室內的設備運行情況及故障狀態(tài)一目了然，極大的方便了系統巡查和檢修維護。

（2）電機保護器按額定工作電壓及電流范圍來(lái)劃分，可分為AC380V、AC220V兩種；對應量程為5-50A、10-100A、20-200A、40-400A、60-600A等若干等級，使用時(shí)按照電機控制回路工作電壓及負載的額定電流選用相應的量程范圍即可。

在工程應用中，由于化工裝置電機較多，為方便互換及減少備件的種類(lèi)，對于200A及以下的電機，用分體式電機保護器，使主回路的一次電纜直接穿過(guò)電機保護器的電流互感器部分即可實(shí)現小功率電動(dòng)機的控制和保護；200A以上的電機，我們采用在主回路裝設3個(gè)變比為5安倍的電流互感器的方式，將一次電流變?yōu)樾∮?安倍的二次電流，再接入電機保護器，使大型設備也得到了有效的控制和保護。

（3）電機保護器除了具備基本保護功能外,還具備RS-485通訊接口,可根據工藝以及DCS系統連鎖的實(shí)際需要合理安排；零序漏電保護功能，電動(dòng)機自動(dòng)重啟動(dòng)功能。當供配電系統發(fā)生電壓驟降，而且又在設定的自動(dòng)重啟動(dòng)時(shí)間內恢復正常，電機保護器可以將停運的電動(dòng)機在設定的時(shí)間自動(dòng)恢復至運行狀態(tài)。這些非標配的功能在選型時(shí)要根據用戶(hù)要求合理選配。

3.2通過(guò)工程實(shí)例說(shuō)明電機保護器的應用

下面以WDB系列電機保護器為例,介紹一下電機保護器在我公司的工程應用情況。

（1）WDB一體式電機保護器在22KW基地后勤配電回路中的應用

圖1應用電機保護器的二次原理圖

其二次原理圖的工作過(guò)程：合上開(kāi)關(guān)QF和微斷開(kāi)關(guān)QF1，按下現場(chǎng)按鈕SB1,接觸器KM線(xiàn)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）和現場(chǎng)紅燈（HR2）發(fā)光,電機保護器顯示運行狀態(tài)，電動(dòng)機啟動(dòng)。如果電動(dòng)機出現故障，電機保護器的保護接點(diǎn)（3、4）動(dòng)作，使接觸器KM線(xiàn)圈失電，跳開(kāi)接觸器觸點(diǎn)，同時(shí)柜上綠燈（HG1）和現場(chǎng)綠燈（HG2）發(fā)光，電機保護器的輸出故障接點(diǎn)（5、6）動(dòng)作，發(fā)出故障報警信號，柜上故障燈（HY）也發(fā)光。電機保護器通過(guò)判斷與記憶，自保持并顯示故障狀態(tài)，并將電機保護器通訊接口（9、10）端子輸出的信號傳送到電氣控制室后臺計算機，直到運行人員查明故障后，在后臺計算機或電機保護器的面板上按復位鍵后機內的出口繼電器才可以復歸，為再次開(kāi)車(chē)做好準備。

圖2運用電機保護器的二次原理圖

如圖2所示，7、8端子為保護器的輸出零序電流互感器接點(diǎn)，其他端子與圖1一樣。由于電動(dòng)機功率很大，因此在主回路設置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(xiàn)穿過(guò)分體式電機保護器的電流互感器部分，然后通過(guò)通訊線(xiàn)把電流互感器部分與顯示面板相連。其電機保護器正常工作原理及標配故障處理與圖1一樣。不同之處是本圖用到的電機保護器具有零序漏電保護功能，帶有零序電流互感器，電動(dòng)機主回路的一次電纜A,B,C三相，要同時(shí)穿過(guò)電機保護器的零序電流互感器，依據A,B,C三相電流之和等于零的原則來(lái)判斷零序漏電電流，繼而進(jìn)行漏電保護。如果電動(dòng)機出現漏電故障，電機保護器檢測到漏電電流很小，并且在漏電電流允許的范圍（≤30mA）內，電機保護器的輸出保護接點(diǎn)（3、4）不動(dòng)作，但是電機保護器的顯示面板的故

（2）帶漏電保護功能的WDB分體式電機保護器在甲乙酮132KW臥式離心泵配電回路中的應用障指示燈閃爍，并將信號傳送到電氣控制室后臺計算機。電機保護器通過(guò)判斷與記憶，自保持并顯示故障狀態(tài)，直到運行人員查明漏電故障并消除后，在后臺計算機或電機保護器的面板上按復位鍵后機內的出口繼電器才可以復歸，電機保護器顯示運行。如果電動(dòng)機出現漏電故障，并且超出漏電電流允許的范圍，電機保護器的輸出保護接點(diǎn)（3、4）動(dòng)作，其原理與上圖1的故障處理原理一樣。

4 安科瑞ARD系列智能電動(dòng)機保護器介紹與綜合選型

4.1產(chǎn)品簡(jiǎn)介

ARD該系列低壓電動(dòng)機保護器，具有過(guò)載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、堵轉等保護功能?？膳c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，具有遠程自動(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。應用范圍：可廣泛應用于煤礦、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 結束語(yǔ)

電機保護器是發(fā)電、供電、用電系統的重要器件，廣泛的采用電機保護器，不但可以提高工藝控制的準確性、科學(xué)性，降低事故率，而且對于提高電氣控制系統的自動(dòng)化水平和發(fā)展國民經(jīng)濟，也必將起到推動(dòng)作用。

【參考文獻】

[1]張風(fēng)平,劉輝.淺談低壓電機智能保護器的應用

[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2019.11