摘 要：闡述電動(dòng)機（礦用）智能化綜合保護器體系的全部結構，同時(shí)解析并探索了保護器的維護準則，這些準則包括面向電動(dòng)機的電壓負載較高、走電、電壓不足、短路等普遍存在的電路安全問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：電氣阻礙；電動(dòng)機；智能保護器

一、引言

電動(dòng)機保護年限、運行方法以及環(huán)境等問(wèn)題均可能造成作業(yè)過(guò)程中的各種阻礙，使其運行過(guò)程不能得到有效的保障。電動(dòng)機運行過(guò)程中常常發(fā)生毀壞以及散熱道擁塞的故障，尤其井下粉塵較多、氣體濕潤等惡劣環(huán)境更容易造成電動(dòng)機故障。電動(dòng)機的智能綜合保護器為解決上述問(wèn)題提供了一個(gè)契機。通過(guò)考察和研究，發(fā)現電動(dòng)機造成的電氣故障包括電壓過(guò)高、一相或多相斷開(kāi)、三相電流值不一致、短路、電壓不足、漏電等問(wèn)題。

二、電動(dòng)機（礦用）智能綜合保護器構造解析

電動(dòng)機（礦用）智能綜合保護器體系的主要設計以及作用對象是煤礦井電力體系，具體操作過(guò)程是：首先分別運用電壓、電流互感器對其展開(kāi)變壓操作，運用信號采集及調理電路，將其具象為數字信號，這一過(guò)程需要確保微控制器可以甄別。在完成上述操作后，要對所采集的信號進(jìn)行分析和解析，通過(guò)編程操作完成對微控制器的處置，從而在電動(dòng)機維護控制電路配置完善的基礎上，甄別電動(dòng)機目前處于何種狀況，從而維護和保障電動(dòng)機。為實(shí)現地面與煤礦井下的聯(lián)通檢查，避免由于煤礦井下實(shí)地勘察不方便造成的安全隱患問(wèn)題，在電動(dòng)機智能綜合保護器上應配備通信裝置，使得煤礦井下與地面上位機實(shí)現便捷通信，同時(shí)設計電動(dòng)機報警界面并配備電動(dòng)機實(shí)時(shí)狀態(tài)，以達到人機交互的良好效果。最后，為使電動(dòng)機與不同電網(wǎng)電壓等級相適宜，應在保護器上增添按鍵調節選項。

三、保護器工作狀態(tài)分析

3.1漏電保護

煤礦井下電動(dòng)機及其供電線(xiàn)路常見(jiàn)的漏電故障有以下幾種。

1）電動(dòng)機以及供電線(xiàn)路的絕緣面上出現弧光接地或金屬性接地，這是由電動(dòng)機放置時(shí)間過(guò)久，電壓過(guò)強出現的穿透問(wèn)題，設備及機械損壞等造成。

2）電動(dòng)機或供電線(xiàn)路出現漏電事故。這一現象產(chǎn)生的原因是線(xiàn)路的帶電體暴露在空氣中，使得煤礦井下施工作業(yè)人員意外接觸到帶電體。還有一種觸電方式是施工作業(yè)人員接觸到導體造成其中一相接地。

3）電動(dòng)機或供電線(xiàn)路外殼帶電造成的安全隱患。這是由于線(xiàn)路經(jīng)常展現在濕潤的外部環(huán)境中，使得電阻減小，即相應地增大進(jìn)入地面的電流。

人員觸電傷亡的主要原因是流入人體的電流較大以及經(jīng)由電流的時(shí)間間隔較長(cháng)所導致的。人身接觸到一根裸導線(xiàn)時(shí)，保證人身安全的最大電流是30mA，就是說(shuō)，不超過(guò)30mA的電流經(jīng)由人體不會(huì )造成人員死亡，這是基于電網(wǎng)電容不在考慮范圍的情況下。在煤礦井下不超過(guò)50mA是瓦斯引爆的安全電流，故漏電安全臨界電流值應該為30mA。

在煤礦井下，一般不容易甄別出中性點(diǎn)不接地系統是否出現故障，這是因為它的漏電電流極小，此時(shí)需要把三相交流電源與附加直流檢測電源相互連接，如中性點(diǎn)不接地系統發(fā)生漏電，則電流運行方式會(huì )發(fā)生轉變，變?yōu)閺碾娫凑龢O、電網(wǎng)對地絕緣電阻、三相交流電網(wǎng)絡(luò )系統、電源負極的方向運轉。電網(wǎng)對地絕緣電阻值的浮動(dòng)可以通過(guò)電保護電路檢測采樣電阻兩端電壓的值得到，單回路系統電流并未發(fā)生變化，這一過(guò)程需要增添接地的檢測電源互投器，可以查看電網(wǎng)的漏電問(wèn)題，被稱(chēng)為附加直流電源漏電保護法。

漏電保護的另外一種方法是漏電閉鎖。漏電閉鎖是指一種能夠檢測到帶電體的設備，該設備能夠在線(xiàn)路漏電時(shí)，自動(dòng)察覺(jué)漏電體的存在并及時(shí)關(guān)閉起電閘，避免因電流流入造成的漏電問(wèn)題，從而減少安全問(wèn)題的發(fā)生。

如若三相交流電體系未通電，電網(wǎng)對地絕緣電阻值的浮動(dòng)可以運用附加直流電源的方式監測到，漏電現象可以有效地通過(guò)監測電阻值浮動(dòng)減少。同時(shí)，在三相交流電網(wǎng)絡(luò )未通電時(shí)，接觸器觸電點(diǎn)在漏電保護中至關(guān)重要，這是因為接觸器主觸點(diǎn)自動(dòng)斷開(kāi)，能夠把附加直流電源對接到系統中。在發(fā)生漏電情況時(shí)，漏電閉鎖的作用同樣可以顯現出來(lái)，這是因為電壓的變動(dòng)能夠激活漏電保護電路，達到漏電閉鎖的作用效果。

3.2維護電動(dòng)機過(guò)載

長(cháng)時(shí)間運行、短時(shí)間運行、重復短時(shí)間運行是普遍的電動(dòng)機運行方式。每種運行方式對應不同的發(fā)熱狀況，在短時(shí)間運行、重復短時(shí)間運行過(guò)程中，是可以有較大輸出的電流過(guò)載；但是在長(cháng)時(shí)間運行過(guò)程中，長(cháng)期電流過(guò)載是不允許的。如何使得長(cháng)期運行時(shí)間下電動(dòng)機能夠順利進(jìn)行，這便將電動(dòng)機的電流過(guò)載能力置于關(guān)鍵地位。

電流值的高低影響動(dòng)作時(shí)間的趨勢，具體電流值的倍數增長(cháng)下的動(dòng)作時(shí)間應該成為電動(dòng)機過(guò)載時(shí)間的衡量方式，使得故障電流高低（反時(shí)限過(guò)載倍數）高時(shí)，過(guò)載保護的動(dòng)作時(shí)間呈降低趨勢，即二者為反比關(guān)系。

為了避免電動(dòng)機電流過(guò)載出現的安全問(wèn)題，可以通過(guò)檢查電動(dòng)機的工作電流甄別電動(dòng)機的發(fā)熱狀況。當工作電流超過(guò)額定電流時(shí)，即發(fā)生了電動(dòng)機電流過(guò)載的問(wèn)題，這一現象增加了電動(dòng)機的銅耗，造成繞組變熱進(jìn)而損毀電動(dòng)機，這是通過(guò)檢查電流識別發(fā)動(dòng)機發(fā)熱狀況的原理。由于電流檢測相對安全便捷、能夠在所有電氣負載中使用，而且在設備損毀時(shí)維修便捷，應用廣泛。故在煤礦井下在維護電動(dòng)機時(shí)應采取反時(shí)限過(guò)載保護方法，使得電動(dòng)機安全、高效運行。

3.3保護短路

電流短路在發(fā)動(dòng)機故障中十分常見(jiàn)，也會(huì )帶來(lái)嚴重的后果，故速斷保護是電動(dòng)機綜合保護器的設置。速斷保護裝置中，短路整定電流應顯著(zhù)超過(guò)電動(dòng)機啟動(dòng)時(shí)的電流，8～10倍，時(shí)限設置應超過(guò)0.04ｓ，這個(gè)時(shí)間間隔指的是避開(kāi)啟動(dòng)電動(dòng)機瞬間產(chǎn)生的沖擊電流的時(shí)間。這是因為電動(dòng)機自身啟動(dòng)時(shí)的電流已經(jīng)非常之大，故短路電流倍數更應明顯變大。

堵轉同樣是電動(dòng)機作業(yè)過(guò)程中常見(jiàn)的故障之一，通常把能夠支撐電動(dòng)機平穩啟動(dòng)的極大電流設定為堵轉保護的整定值，以區別堵轉故障電流和正常啟動(dòng)電機的電流。時(shí)間限制為8～16ｓ，這里的時(shí)間設置指電動(dòng)機在承重較大時(shí)平穩啟動(dòng)的時(shí)間，這是因為堵轉發(fā)生時(shí)的電流同樣接近電動(dòng)機啟動(dòng)時(shí)的電流。在設計中采用對電流的鑒幅式保護原理，其中可以對短路電流保護值進(jìn)行設定，以適應于不同的電網(wǎng)等級中。

3.4對一相或多相斷開(kāi)與三相電流幅值不一致的保護一相或多相斷開(kāi)與三相電流幅值不一致是導致電動(dòng)機損毀的重要原因，這是因為三相電流幅值不一致也就是輸入電流不對稱(chēng)的狀態(tài)，會(huì )產(chǎn)生電動(dòng)機故障。另外，在三相電流幅值不一致較為嚴重的狀態(tài)時(shí)會(huì )產(chǎn)生一相或多相斷開(kāi)的狀況，也會(huì )使得電動(dòng)機燒損，約有超過(guò)10％的電動(dòng)機損壞是由以上兩種原因造成的。因此，一相或多相斷開(kāi)與三相電流幅值不一致也是電動(dòng)機綜合保護器設置過(guò)程中的重要考慮因素。

一相或多相斷開(kāi)與三相電流幅值不一致等故障使得輸電以及變壓器的銅損大大增加。如若三相電流幅值不一致的程度達到最高值即100％時(shí)，那么需要采取對應保護措施，因為此時(shí)電路中易發(fā)生多相斷開(kāi)故障。

3.5對電壓不足和電壓過(guò)高時(shí)的保護

煤礦井下保護有兩種重要的類(lèi)型：對電壓不足和電壓過(guò)高時(shí)的保護。電壓過(guò)高是指超過(guò)115％額定電壓的電網(wǎng)電壓，推遲跳閘時(shí)間是保護器此刻采取的對應措施。電壓不足指低于額定電壓的75％的電網(wǎng)電壓，此時(shí)保護器采取的對應措施仍是推遲跳閘時(shí)間。為解決電動(dòng)機出現的電壓過(guò)高及電壓不足問(wèn)題，鑒幅式保護應運而生。它把檢測到的電網(wǎng)電壓值采取直流與交流電路互換的措施，并通過(guò)模數轉換器采取對應保護措施。

四、ARD系列電動(dòng)機保護器產(chǎn)品選型介紹

ARD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。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?？蛇x配不同通訊模塊適應現場(chǎng)通訊需求。

4.1、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、PROFIBUSDP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。

4.2、產(chǎn)品選型

五、結束語(yǔ)

針對電動(dòng)機運行過(guò)程中出現的故障問(wèn)題，通過(guò)實(shí)際考察， 解析了礦用電動(dòng)機智能綜合保護器體系的構造，并對保護器的工作狀態(tài)及運行方式進(jìn)行了分析，以期為相關(guān)工作提供參考。

參考文獻：

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[3] 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).