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淺談智能電機(jī)保護(hù)器在電廠脫硫系統(tǒng)的應(yīng)用

更新時間：2023-05-11

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　　吳柯霓

　　安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

　　摘要 : 目前我國低壓電機(jī)裝機(jī)容量巨大，每年燒毀的電機(jī)數(shù)量觸目驚心，由于電機(jī)燒毀造成的停產(chǎn)損失更是難以估量。本文結(jié)合工程實(shí)際應(yīng)用，介紹電站脫硫項(xiàng)目上電動機(jī)保護(hù)器的保護(hù)功能和參數(shù)設(shè)定。

　　關(guān)鍵詞 : 電動機(jī)保護(hù)器;應(yīng)用; 參數(shù)整定

　　一、概述

　　電機(jī)損壞的原因，從主觀和客觀兩方面分析主要如下 :

　　客觀原因 : 電氣因素 : 缺相、過載、短路、老化、電壓異常、頻繁啟停。機(jī)械因素 : 堵轉(zhuǎn)、偏心、振動、軸承磨損、受潮、環(huán)境溫度高等。

　　主觀原因 : 電氣設(shè)計元器件選型不合適、保護(hù)整定值不合適、部分技術(shù)人員不重視參數(shù)調(diào)整，以及設(shè)備巡檢不到位。

　　從經(jīng)驗(yàn)上來看電機(jī)大多數(shù)損壞是缺相和受潮引起的。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)電機(jī)缺相運(yùn)行引起的損壞占電機(jī)總損毀數(shù)的一半以上。電源缺相后會在電機(jī)斷線相繞組上產(chǎn)生數(shù)倍的反電壓，短時間就可造成繞組匝間擊穿，繞組燒毀。傳統(tǒng)熱繼的反時限特性無法有效保護(hù)電機(jī)的缺相故障。隨著經(jīng)濟(jì)水平的提高、電子元件價格下降，加上工廠企業(yè)人員精簡，對設(shè)備的穩(wěn)定性、安全性提出個更高的要求。從長遠(yuǎn)來看電機(jī)保護(hù)器將是主流趨勢。

　　二、解決方案對比

　　傳統(tǒng)斷路器+接觸器+熱繼電器，保護(hù)原理為熱磁脫扣。功能簡單、調(diào)整誤差大、響應(yīng)速度慢，保護(hù)功能單一，優(yōu)點(diǎn)是操作簡單、成本低。

　　該項(xiàng)目方案采用斷路器+ 電流互感器+ 電機(jī)保護(hù)器。保護(hù)全面、精度高、響應(yīng)快、抗力強(qiáng)、參數(shù)可根據(jù)負(fù)荷及工況整定，成本稍高。

　　新型電動機(jī)保護(hù)器在常規(guī)保護(hù)的基礎(chǔ)上，新增測控、計量、通訊等功能，實(shí)現(xiàn)了智能化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化，為現(xiàn)場設(shè)備提供了更加全面有效的保護(hù)。它體積小，功能強(qiáng)、可靠性高、設(shè)置簡單、安裝方便。

　　三、主要功能和保護(hù)類型

　　保護(hù)器具有全面的電動機(jī)數(shù)字保護(hù)、電量測量、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、保護(hù)動作記錄和網(wǎng)絡(luò)通訊、模擬量輸出功能。具有多種啟動模式，可實(shí)現(xiàn)直接啟動、降壓啟動、星三角啟動、正反轉(zhuǎn)運(yùn)行等。同時具有短路、過載、缺相、三相不平衡、堵轉(zhuǎn)、啟動時間過長、欠壓、過壓、接地、定時限過載等全面保護(hù)。并且可實(shí)時測量和顯示電壓、電流、功率因數(shù)、電能等多種參數(shù)并完成數(shù)據(jù)上傳。

　　四、現(xiàn)場應(yīng)用

　　我司在河北某鋼鐵集團(tuán)，燃?xì)怆娬久摿蚬こ�，對系統(tǒng)內(nèi)重要工藝設(shè)備、潮濕環(huán)境的電機(jī)、重載設(shè)備均設(shè)計配備了電機(jī)綜合保護(hù)器，見下表 :

　　表一：主要電機(jī)設(shè)備表

　　通過電機(jī)綜合保護(hù)器實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備的就地和 DCS 啟停、綜合告警和跳閘保護(hù)，而且有 4-20mA 電流反饋。控制和保護(hù)回路如下圖所示。

　　圖一：保護(hù)回路接線圖

　　圖中 Ua、Ub、Uc、UN 為電壓測量輸入，IA、IB、IC 為三相電流輸入，I0 為零序電流輸入，L，N 接控制電源，RS485 為通訊接口，25-33 為開入量端子，其中 31 為外部啟動，33 為外部停止， 29 為接觸器運(yùn)行狀態(tài) 。22 端子外接電機(jī)接觸器線圈，17 端子 KA3 為開出量，默認(rèn)為故障報警。

　　五、保護(hù)原理及參數(shù)整定

　　設(shè)備送電后確認(rèn)液晶顯示器及按鈕正常工作。開入量實(shí)驗(yàn)，用導(dǎo)線將裝置外部端子短接，裝置的開入狀態(tài)顯示中 DI1- DI8 應(yīng)由斷開變?yōu)闉殚]合(由不顯示到顯示) ，開出量需通過上位軟件遙控來實(shí)現(xiàn)開出量調(diào)試，把控制方式設(shè)置為通訊控制，然后用上位機(jī)控制回路的啟動和停止。驗(yàn)證完畢后輸入保護(hù)整定值，并按需進(jìn)行保護(hù)投退。

　　參數(shù)整定以脫硫 18.5kW 沖洗水泵為例 �；緟�(shù) : 電機(jī) 額定電流 Ie = 34.7A，PT 變比 1，CT 選項(xiàng) 值為 0 ( 對應(yīng) 變比值 60A /25mA) 、CT 一次值 60A。

　　(1)速斷保護(hù)是防止電機(jī)或者線路相間短路。任一相電流超過設(shè)定值時，按設(shè)定的延時保護(hù)動作。短路速斷保護(hù)定值一般整定為電機(jī)額定電流的 8-10倍。此處投入跳閘，定值 Is = 8Ie，延遲時間 dEL = 0 秒。

　　(2)過流保護(hù)是任一相電流超過設(shè)定值時，經(jīng)設(shè)定延時保護(hù)動作。過流保護(hù)定值一般整定為額定電流的 1.2-1.5 倍。此處投入跳閘，定值 Is = 1.5Ie，延遲時間 dEL = 10 秒。

　　(3) 堵轉(zhuǎn)保護(hù)是保護(hù)電機(jī)啟動和運(yùn)行過程中，因負(fù)載過大，或者自身機(jī)械卡死引起的電機(jī)損壞。堵轉(zhuǎn)保護(hù)需按電機(jī)堵轉(zhuǎn)電流的一半整定，無法查到堵轉(zhuǎn)電流的可按照額定電流的 4-6 倍整定。此處投入跳閘，定值 Is = 6Ie，啟動時延遲時間dEL = 2 秒，運(yùn)行時延遲時間 dEL = 1 秒。

　　( 4) 接地保護(hù)保護(hù)電機(jī)設(shè)備單向或多相接地，保護(hù)器根據(jù) 采樣的三相電流值矢量和計算出零序電流。當(dāng)算得零序電流異常時，按照內(nèi)部的設(shè)定值和時間，延遲后報警或停機(jī) 。此處投入跳閘，定值 Is = 0.3Ie，延遲時間 dEL = 5 秒。

　　( 5) 缺相保護(hù)是檢測到電動機(jī)某一相運(yùn)行電流正常，另有一相沒有電流或電流很小則判斷為線路缺相，保護(hù)動作。此處投入跳閘，定值為系統(tǒng)默認(rèn)，延遲時間 dEL = 1 秒。

　　( 6) 三相不平衡保護(hù)是電機(jī)任意一相電流大于或小于與三相電流平均值(一般電機(jī)按照 10% 以內(nèi)的不平衡度設(shè)定) 。此處投入跳閘，定值 10%，延遲時間 dEL = 5 秒。

　　( 7) 過壓欠壓保護(hù)過壓會引起電機(jī)絕緣降低，影響電機(jī)壽命，欠壓時電機(jī)出力轉(zhuǎn)矩成倍下降，嚴(yán)重過載，繞組溫度急劇升高。當(dāng)三相電壓均小于欠壓保護(hù)值經(jīng)延時后保護(hù)動作。

　　對于一般電機(jī)，欠壓值一般取額定電壓的 60%-70% 。對于重要負(fù)荷的電機(jī)，低電壓值可取額定電壓的 40%-50%，延遲時間按保證生產(chǎn)工藝及人身、設(shè)備安全整定。此處過壓投入報警，定值 Us = 1.2Ue，延遲時間 dEL = 10 秒，欠壓投入跳閘，定值 Us = 0.6Ue，延遲時間 dEL = 5 秒。

　　( 8) tE 時間保護(hù)僅用于增安型電動機(jī)，此處退出。

　　( 9) 欠流保護(hù)是指當(dāng)負(fù)載為泵或者傳送帶時候，為了保護(hù)設(shè)備或人員安全。當(dāng)電機(jī)的三相的電流小到一定程度，保護(hù)動作。

　　( 10) 過熱保護(hù)、晃電自啟動、逆序保護(hù)、漏電保護(hù)均退出，工作方式選擇單向運(yùn)行。

　　六、調(diào)試期遇到的問題

　　現(xiàn)場測量電流與 DCS 遠(yuǎn)程電流不一致，原因是 DCS 量程需設(shè)置成電機(jī)綜保內(nèi)輸入的電機(jī)額定電流而不是電流互感器一次值 ; 遠(yuǎn)程操作箱及 DCS 啟動均不動作，檢查為參數(shù)項(xiàng)啟動控制方式控制位未設(shè)置成端子啟動 ; 某回路啟動幾秒后跳閘，液晶面板顯示缺相故障。再次啟動面板顯示 B 相電流為零， AC 相正常。鉗流表實(shí)測三相回路電流均正常。檢查緊固電流互感器二次接線后恢復(fù)正常。

　　七、ARD系列電動機(jī)保護(hù)器產(chǎn)品選型介紹

　　ARD智能電動機(jī)保護(hù)器適用于額定電壓至660V的低壓電動機(jī)回路，集保護(hù)、測量、控制、通訊、運(yùn)維于一體。其完善的保護(hù)功能確保電動機(jī)安全運(yùn)行，帶有邏輯可編程功能，可以滿足多種控制方式。該產(chǎn)品采用分體式結(jié)構(gòu)，由主體、顯示單元、互感器組成，可適應(yīng)各種柜體的安裝�？蛇x配不同通訊模塊適應(yīng)現(xiàn)場通訊需求。

　　7.1、功能特點(diǎn)

　　■支持基波和全波電力參數(shù)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(fù)序、零序分量、電壓、三相電壓相角、剩余電流。

　　■保護(hù)功能包括過載反時限、過載定時限、接地、起動超時、漏電、欠載、斷相、堵轉(zhuǎn)、阻塞、短路、溢出、不平衡(電流、電壓)、過功率、欠功率、過壓、欠壓、相序、溫度、tE時間、外部故障、起動次數(shù)限制、運(yùn)行時間報警、故障次數(shù)報警。

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

　　■5路可編程DO輸出，滿足直接起動，星—三角起動，自耦變壓器起動，等多種起動方式，可通過通訊總線實(shí)現(xiàn)主站對電動機(jī)的遙控“起/停”。

　　■可選抗晃電功能：支持晃電立即再啟動、失壓重起動。

　　■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(tǒng)相接，可實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)控。

　　■具有故障記錄、起動記錄、停車記錄、DI變位記錄和再起動記錄等各類事件記錄。

　　■顯示界面液晶顯示，支持中/英文切換。

　　7.2、產(chǎn)品選型

八、結(jié)語

　　新型電機(jī)綜合保護(hù)器應(yīng)用在電站脫硫項(xiàng)目上，參數(shù)設(shè)置和調(diào)試過程簡單直觀，保護(hù)功能完善，能夠有效預(yù)防設(shè)備損壞和事故發(fā)生，為電站脫硫的穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力保障。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]孟晨,王陽.新型電動機(jī)綜合保護(hù)器在電站脫硫系統(tǒng)的應(yīng)用[J].科技風(fēng),2021,6.

　　[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2022.05版.

　　[3] GB 14048.4-2020 低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第4-1部分：接觸器和電動機(jī)起動器機(jī)電式接觸器和電動機(jī)起動器(含電動機(jī)保護(hù)器).

　　作者介紹：

　　吳柯霓，女，現(xiàn)任職于江蘇安科瑞微電網(wǎng)研究院有限公司，主要研究方向?yàn)殡妱訖C(jī)保護(hù)裝置的應(yīng)用。