摘要：電動(dòng)機設備是水泥企業(yè)中應用*泛的動(dòng)力裝置，而水泥生產(chǎn)企業(yè)屬于能耗高、污染大又需要設備連續不間斷工作的行業(yè)，電動(dòng)機作為水泥行業(yè)設備的動(dòng)力來(lái)源，其安全、穩定可靠的運轉對水泥行業(yè)的平穩生產(chǎn)起著(zhù)至關(guān)重要的作用，本文綜合介紹安科瑞ARD2F智能型電動(dòng)機保護器在某水泥廠(chǎng)的實(shí)際應用，并闡述了ARD2F智能型電動(dòng)機保護器產(chǎn)品的特點(diǎn)及其智能化保護、測量、控制和通訊等，供工程設計中參考

關(guān)鍵詞：水泥、電動(dòng)機保護、智能化、通訊

一、 引言

隨著(zhù)現代化水泥工業(yè)生產(chǎn)規模增大，生產(chǎn)設備也越來(lái)越大型化，因此所需用的拖動(dòng)電動(dòng)機的功率也越來(lái)越大。水泥廠(chǎng)生產(chǎn)工藝流程較復雜，可以總結水泥生產(chǎn)過(guò)程為生料制備（一磨）、熟料煅燒（一燒）、水泥粉磨（二磨）。因此，低壓電動(dòng)機作為水泥生產(chǎn)過(guò)程中常用的機組，數量多、種類(lèi)復雜，隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和工藝控制過(guò)程的不斷完善，尤其是適應自動(dòng)化生產(chǎn)要求，迫切需要開(kāi)發(fā)和完善電動(dòng)機的控制和保護設備，實(shí)現對整個(gè)自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程和大型機械設備的遙控、遙測、遙調、故障診斷以及集中控制等功能。

水泥生產(chǎn)是一項較龐大的工程，生產(chǎn)環(huán)境比較惡劣，粉塵污染嚴重，受生產(chǎn)工藝的限制使得其工作場(chǎng)所的通風(fēng)條件差且環(huán)境溫度較高，而且需要設定大量的工作站點(diǎn)，包括原料控制站、破碎站、原料粉磨站、熟料庫控制站、水泥磨控制站、水泥包裝控制站等，然而在這些站點(diǎn)中使用了大量低壓電動(dòng)機來(lái)控制其他設備的運行，運用簡(jiǎn)單的電壓表、電流表、電能表和頻率表等由于受到通信功能不夠靈活、儀表功能單一等多種條件的約束，已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足電廠(chǎng)設備自動(dòng)化生產(chǎn)的要求。水泥行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的特點(diǎn)為長(cháng)周期運行，一旦開(kāi)機，在沒(méi)有特殊情況發(fā)生的前提下，一般不會(huì )停機?，F代化大型水泥企業(yè)年運轉率很高，這樣就必須有高質(zhì)量的、高可靠性的電氣設備保證其生產(chǎn)過(guò)程的連續不間斷性，一旦故障停機就會(huì )造成巨大的經(jīng)濟損失。智能型電動(dòng)機保護器可實(shí)現重載起動(dòng)，實(shí)現對電動(dòng)機的溫度保護，還提供多種測控功能和控制模式，能夠滿(mǎn)足水泥生產(chǎn)過(guò)程對電機設備的全面保護及其控制要求，不僅能提高電機設備的運行能力、延長(cháng)電機設備的使用壽命，同時(shí)也能提高企業(yè)生產(chǎn)效率、節約能源。本文以ARD2F智能型電動(dòng)機保護器在水泥生產(chǎn)中的實(shí)際應用進(jìn)行具體介紹。

二、水泥生產(chǎn)對保護器的功能要求

水泥行業(yè)電機是大容量、高負荷連續運轉的設備，電動(dòng)機長(cháng)期承受大負荷，就會(huì )使繞組上溫度上升過(guò)高而降低絕緣性能甚至損壞絕緣，最終縮短電動(dòng)機的使用壽命，因此，對水泥生產(chǎn)過(guò)程中電機設備的可靠性、穩定性及功能要求非常高。在生產(chǎn)運行或設備檢修過(guò)程中，常見(jiàn)的電動(dòng)機故障可分為以下幾種：

1、機械故障

1）掃膛：由于軸承損壞、軸彎或者檢修人員裝配不當，導致定轉子產(chǎn)生摩擦；

2）軸承損壞：由于軸承裝配不當、定/轉子鐵心軸向錯位或重新對轉軸機加工后精度不夠、電動(dòng)機本體運行溫升過(guò)高等；

3）振動(dòng)：由于電動(dòng)機本身或傳動(dòng)裝置不良等。

2、電氣故障

1）缺相運行：電動(dòng)機發(fā)生堵轉時(shí)電流比正常工作的電流大得多。在此情況下，運行時(shí)間過(guò)長(cháng)或過(guò)于頻繁起動(dòng)，將會(huì )導致電動(dòng)機繞組燒毀；

2）繞組短路或接地：匝間短路的最大原因是電機溫度異常升高而導致的，而接地故障大多是由于繞組絕緣損壞；

3）三相電流不平衡：由于電動(dòng)機外部電源電壓不平衡或內部繞組匝間短路或電動(dòng)機維修時(shí)線(xiàn)圈匝數錯誤或接線(xiàn)錯誤等。

因此，對某水泥廠(chǎng)電機設備進(jìn)行有效的維護是很有必要的，對ARD2F智能型電動(dòng)機保護器具體功能要求如下：

（1）完善的電機保護功能

保護器通過(guò)采集電路中的三相交流電流、三相交流電壓、剩余電流、PTC熱電阻阻值、電動(dòng)機電能等電力參數，以及電動(dòng)機運行過(guò)程中的各種運動(dòng)狀態(tài)等信號，經(jīng)保護器內部處理運算，從而實(shí)現對過(guò)載反時(shí)限、過(guò)載定時(shí)限、接地、起動(dòng)超時(shí)、漏電、欠載、斷相、堵轉、阻塞、短路、溢出、不平衡(電流、電壓)、過(guò)功率、欠功率、過(guò)壓、欠壓、相序、溫度、tE時(shí)間、外部故障、起動(dòng)次數限制、運行時(shí)間報警、故障次數報警等全面綜合保護，進(jìn)而保證水泥廠(chǎng)生產(chǎn)工作的安全連續運行。

（2）及時(shí)排除電動(dòng)機運行故障功能

水泥生產(chǎn)現場(chǎng)電動(dòng)機運行過(guò)程中通過(guò)電動(dòng)機保護器對電機設備進(jìn)行檢測，當電動(dòng)機出現狀況時(shí)應及時(shí)發(fā)出報警信號，并記錄故障信息，方便維護人員查找故障原因并作出及時(shí)的處理，保證故障發(fā)生時(shí)電機設備動(dòng)作的可靠性和靈敏性。

（3）對現場(chǎng)各設備進(jìn)行遠程監測功能

水泥生產(chǎn)現場(chǎng)環(huán)境比較惡劣，保護器不僅要提供電機設備的保護功能，而且要求能夠帶RS-485通訊接口，經(jīng)過(guò)Modbus-RTU/Profibus-DP通訊協(xié)議與上位機管理系統進(jìn)行通訊連接，實(shí)現實(shí)時(shí)監測電動(dòng)機的運行狀態(tài)以及運行過(guò)程中的電力參數，保證后臺操作人員能讀取、修改水泥成產(chǎn)現場(chǎng)電動(dòng)機保護器的各種整定參數并通過(guò)后臺人機界面實(shí)時(shí)觀(guān)察當前現場(chǎng)電動(dòng)機控制回路的工作狀態(tài)、供電電源質(zhì)量等，實(shí)現對生產(chǎn)現場(chǎng)設備遠程實(shí)時(shí)監控。

三、應用案例

水泥生產(chǎn)工藝流程較多，所以將保護器有效的應用于電動(dòng)機保護設備控制回路的同時(shí)要能夠滿(mǎn)足水泥廠(chǎng)的大型控制系統的要求。某水泥廠(chǎng)控制系統通過(guò)Profibus DP通訊接口與PC機、接觸器、電動(dòng)機以及其他設備構成控制系統，工程師通過(guò)監控計算機以及生產(chǎn)管理軟件完成對整個(gè)系統設備的數據采集、處理、顯示和監視功能，并在滿(mǎn)足權限和邏輯時(shí)，通過(guò)遠程控制軟件實(shí)現對現場(chǎng)相應的電機設備等的控制。

圖1  現場(chǎng)安裝照片

水泥廠(chǎng)采用保護器用于電機保護控制回路，取代熱繼電器等作為電動(dòng)機的過(guò)載保護和控制元件，而且利用先進(jìn)的通訊技術(shù)，實(shí)現了水泥生產(chǎn)中電機設備控制的自動(dòng)化。通過(guò)將90L顯示模塊嵌入安裝在開(kāi)關(guān)抽屜的活動(dòng)面板內，來(lái)簡(jiǎn)化水泥廠(chǎng)控制柜內接線(xiàn)，使得配電室內設備運行情況及故障狀態(tài)清晰可見(jiàn)，方便工程師隨時(shí)調整系統、設定參數和顯示、監控以及檢修維護。將ARD2F保護器應用于某水泥廠(chǎng)生產(chǎn)線(xiàn)電機設備的控制回路，實(shí)現水泥廠(chǎng)對電機保護的要求。如圖2是ARD2F智能型電動(dòng)機保護器應用于某水泥廠(chǎng)電動(dòng)機設備控制回路工作原理圖：

圖2  ARD2F智能型電動(dòng)機保護器應用于某水泥廠(chǎng)電動(dòng)機設備控制回路接線(xiàn)圖

由于現代水泥工廠(chǎng)采用的大型電機設備較多，大于110KW及以上的電機，均采用在主回路裝設電流互感器?？紤]到水泥生產(chǎn)工藝的不同和企業(yè)投入的資金，電動(dòng)機需要不同的起動(dòng)方式，ARD2F智能型電動(dòng)機保護器提供靈活的聯(lián)鎖功能，實(shí)現直接啟動(dòng)、雙向啟動(dòng)、星/三角啟動(dòng)、自耦變壓器啟動(dòng)等，使水泥廠(chǎng)大型設備的電機得到了有效保護和控制^[2]。

四、ARD2F產(chǎn)品介紹

ARD2F智能電動(dòng)機保護器適用于額定電壓至660V的低壓電動(dòng)機回路，集保護、測量、控制、通訊、運維于一體。其完善的保護功能確保電動(dòng)機安全運行，帶有邏輯可編程功能，可以滿(mǎn)足多種控制方式。可選配不同通訊模塊適應現場(chǎng)通訊需求。

該產(chǎn)品采用分體式結構，由主體、顯示單元、互感器組成，可適應各種柜體的安裝。

技術(shù)參數

功能特點(diǎn)

■  支持基波和全波電力參數測量（U、I、P、Q、S、PF、F、EP、EQ），電流及電流不平衡度、電流正序、負序、零序分量、電壓、三相電壓相角、剩余電流。 

■  保護功能包括過(guò)載反時(shí)限、過(guò)載定時(shí)限、接地、起動(dòng)超時(shí)、漏電、欠載、斷相、堵轉、阻塞、短路、溢出、不平衡(電流、電壓)、過(guò)功率、欠功率、過(guò)壓、欠壓、相序、溫度、tE時(shí)間、外部故障、起動(dòng)次數限制、運行時(shí)間報警、故障次數報警。

■  9路可編程DI輸入，默認采用內置DC24V電源，也可選擇外部有源濕接點(diǎn)。

■  5路可編程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)，等多種起動(dòng)方式，可通過(guò)通訊總線(xiàn)實(shí)現主站對電動(dòng)機的遙控“起/停"。

■  可選抗晃電功能：支持晃電立即再啟動(dòng)、失壓重起動(dòng)。

■  可選配MODBUS_RTU通訊、PROFIBUS DP通訊，支持最多2路通訊接口。

■  可選配1路DC4-20mA模擬量輸出接口，與DCS系統相接，可實(shí)現對現場(chǎng)設備的監控。

■  具有故障記錄、起動(dòng)記錄、停車(chē)記錄、DI變位記錄和再起動(dòng)記錄等各類(lèi)事件記錄。

■  顯示界面液晶顯示，支持中/英文切換。

五、結束語(yǔ)

隨著(zhù)電子技術(shù)及通訊技術(shù)的不斷發(fā)展。電動(dòng)機保護器也在朝著(zhù)多元化方向發(fā)展，電動(dòng)機保護器在水泥企業(yè)的應用也越來(lái)越廣泛，合理選擇電機設備的保護功能和保護方式，可提高設備運行的可靠性，能夠預防并杜絕電機燒毀，同時(shí)減少了因非計劃停車(chē)而造成的損失，降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本。

參考文獻：

（1）企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.6

（2）GB 14048.4-2020 《低壓開(kāi)關(guān)設備和控制設備第4-1部分：接觸器和電動(dòng)機起動(dòng)器機電式接觸器和電動(dòng)機起動(dòng)器(含電動(dòng)機保護器)》

（3）JB/T 10736-2007 《低壓電動(dòng)機保護器》