劉細鳳

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：電動機作為提供動力的重要設(shè)備，對推動民經(jīng)濟增長起到了巨大的作用。為了避免電動機運行過程中出現(xiàn)過載、斷相、過熱、短路、過壓等問題，須實時、準確的檢測電動機的運行狀態(tài)，采用有效的措施和方法對電動機進行保護。電動機智能保護器（微機電動機保護監(jiān)控裝置）同時具備低壓電動機饋線終端的保護、監(jiān)測和控制功能。在分析電動機智能保護器（微機電動機保護監(jiān)控裝置）作用、功能配置的基礎(chǔ)上，對電動機智能保護器的應(yīng)用維護進行闡述。

關(guān)鍵詞：電動機；智能保護器；作用；功能配置；應(yīng)用；維護

動機在拖動系統(tǒng)中是*的部分，廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟生產(chǎn)的各個行業(yè)和領(lǐng)域，特別是石化行業(yè)經(jīng)常是大容量、滿負荷連續(xù)生產(chǎn)，因而對電機設(shè)備運行的可靠性和穩(wěn)定性要求高，旦發(fā)生事故，須馬上查找故障原因并及時，有效保障電動機的正常運轉(zhuǎn)才能保證生產(chǎn)系統(tǒng)的正常運行。相關(guān)統(tǒng)計資料證明，我每年電動機燒毀次數(shù)超過20萬臺次，燒毀的電動機容量超過0.4億kW，需要消耗5000kg的電磁線和20億元進行修復(fù)，因停工造成的間接損失更是難以計數(shù)。因此，需要深入探討電動機產(chǎn)生故障的原因，有針對性的進行電動機智能保護器的設(shè)計選型及維護，以減少損失，保障經(jīng)濟生產(chǎn)建設(shè)的順利進行。

1 電動機智能保護器的作用

傳統(tǒng)上保護電動機的熱繼電器是采用不同膨脹系數(shù)的雙金屬片制成，電流通過熱繼電器時產(chǎn)生熱量，熱繼電器向膨脹系數(shù)小的金屬片側(cè)彎曲，彎曲程度隨著電流的變大而變大，當電流產(chǎn)生的熱量超*，熱繼電器將推動導(dǎo)板切斷電動機電源，保護電動機免于燒毀。然而熱繼電器整定粗糙、重復(fù)性差、功能單，并受環(huán)境因素的制約，誤差很大，難以滿足當前電動機保護的要求。有鑒于此，我司技術(shù)人員經(jīng)過多方研究、論證、考察，決定在搬遷項目上采用新代智能化綜合保護裝置，以取代由傳統(tǒng)的電流互感器、信號燈、電流表、中間繼電器和時間繼電器、變送器、PLC等部件以及弊端過多、功能單的熱繼電器組成的保護系統(tǒng)。

電動機智能保護器可實現(xiàn)對電動機在起動和運行中發(fā)生的過載、斷相、堵轉(zhuǎn)、漏電、欠電壓、過電壓等故障以及外部故障的保護，同時提供了操作運行、起動、故障跳閘等記錄，為設(shè)備管理和事故分析帶來很大的方便。它可直接安裝在各種低壓配電柜中，其總線通訊功能可以同網(wǎng)絡(luò)上的服務(wù)器或工作站進行數(shù)據(jù)交換，是智能化MCC或工廠DCS系統(tǒng)的終端單元。電動機配置智能保護器可以避免電動機燒毀的風險，節(jié)約資金，提高生產(chǎn)的穩(wěn)定性，保證設(shè)備運行的可靠性，從而實現(xiàn)了智能化、高精度保護。

2 電動機智能保護器的基本原理

采用電流、電壓互感器對被控電機回路的電流和電壓進行采樣后進入電動機控制及保護裝置的微處理器進行處理，根據(jù)遙控信號或者就地控制信號確定起動電機或停止電機。在工作過程中旦發(fā)現(xiàn)電機回路有異常現(xiàn)象發(fā)生，控制系統(tǒng)就會根據(jù)異?，F(xiàn)象采取相應(yīng)的保護動作。為了適應(yīng)電機頻繁啟動的特點，控制器內(nèi)部采用大容量中間繼電器作為控制元件，控制部分與強電部分*隔離，增加了系統(tǒng)的可靠性。

3 電動機智能保護器的功能配置

電機智能保護器功能配置有：

(1)保護功能：過載、斷相、堵轉(zhuǎn)、啟動超時、單相接地、漏電、外部故障和欠電流、欠電壓、過電壓保護等；

(2)測量功能：三相電流、三相電壓、功率、功率因數(shù)、序電流的測量；

(3)控制功能：本地、網(wǎng)絡(luò)遙控的控制；

(4)管理功能：電動機累計運行時間，電動機累計起動次數(shù)記錄、開關(guān)量輸入變位記錄、故障跳閘記錄、電動機起動記錄。

通過測量和管理功能，當電動機處于不正常運行狀態(tài)時，保護器可以自動應(yīng)對故障并發(fā)出信號，操作人員可以由液晶顯示屏了解電機的電流、電壓等運行參數(shù)，還可以保存故障時間、電機運行參數(shù)、電機故障類型等，對電動機故障進行識別、記憶以及指示，當排除故障后，讓智能保護器復(fù)位，才能消去故障指示，啟動電動機。通過控制功能，可實現(xiàn)各種不同的電機起動控制方式，并通過接觸器輔助觸點的狀態(tài)反饋，對接觸器運行狀態(tài)進行監(jiān)測。電動機的控制權(quán)限包括本地控制及上位機控制，通過對控制權(quán)限的選擇規(guī)定電機控制的先權(quán)。新代電動機智能保護器具備通訊功能，操作人員可以通過PC機對所有保護器數(shù)據(jù)進行調(diào)閱、整定，通過在線監(jiān)測能夠保證電動機的運行質(zhì)量，及早發(fā)現(xiàn)和排除故障，計算機能夠依靠其信息管理功能實時、有效記錄電動機各項數(shù)據(jù)，為保證生產(chǎn)、運行維護提供真實、可靠的依據(jù)。

電機智能保護器對于每種保護功能，均提供獨立的軟壓板。通過這些軟壓板，保護可以設(shè)定為投入或退出。所有保護功能的動作方式可選擇跳閘或報警，并且為每個保護提供個獨立的越限報警段。

以下簡述其主要的保護功能：

(1)熱過載保護可防止電動機由于過負荷而損壞。當電動機發(fā)熱等效電流超過啟動值（1.05Im）時，熱過載功能啟動并計算跳閘時限，當該時限過去之后，發(fā)出跳閘命令，保護動作于跳閘繼電器。

(2)堵轉(zhuǎn)保護是防止電動機在運行時，由于轉(zhuǎn)子堵塞而發(fā)生電流突然升高，以致燒毀電動機。這種情況可能出現(xiàn)在滾動軸承碎裂、負載轉(zhuǎn)矩突然升高等情況。在設(shè)定的延時（tLR）結(jié)束時發(fā)出跳閘命令。

(3)起動超時保護是為防止電動機由于實際起動時間超過正常起動時間導(dǎo)致過熱而損傷絕緣，還可掌握和負載起動條件的不正常變更，例如在電動機轉(zhuǎn)子堵塞、負載發(fā)生卡阻或負載轉(zhuǎn)矩過高時起動超時保護動作。起動超時保護以限定電動機起動時間達到保護要求，裝置自動識別電動機起動狀態(tài)。

(4)漏電保護是通過外接的序互感器的測量來避免電機運行于接地故障情況。以序電流的大小來判斷是否起動接地故障保護功能。該功能為適用于非直接接地故障或電動機回路中的絕緣水平降低的高靈敏接地保護。

(5)斷相保護是為防止電動機在運行過程中發(fā)生斷相而導(dǎo)致電動機二相運行產(chǎn)生過熱而燒毀。當檢測到斷相故障時，斷相保護功能啟動并計時，在設(shè)定的延時（top）結(jié)束時發(fā)出跳閘命令。

(6)外部故障保護提供給用戶由外部接入故障信號的快速保護，以開關(guān)量輸入為外部故障保護信號的輸入點。接入工藝合閘和跳閘綜合聯(lián)鎖接點，可用于工藝聯(lián)鎖功能；接入斷路器跳閘信號接點可用作故障報警。用戶可根據(jù)電動機控制的需要，利用外部故障保護取得跳閘或報警功能。

(7)欠電流保護提供電動機拖動的負載過低時的保護，以反映工藝運行的不正常狀

(8)欠電壓保護用來識別系統(tǒng)的電壓降落，從而避免電動機不允許的運行條件。對于用交流接觸器起動的電動機回路，接觸器吸持后的釋放電壓在40~65Un，該特性與常規(guī)的欠電壓保護動作閾值相仿，所以在系統(tǒng)掉電時接觸器本身具有欠電壓釋放功能，可以用作電動機的不帶延時的欠電壓保護。欠電壓保護功能在電動機投入運行后檢測母線電壓，當母線電壓降到或低于“欠電壓保護定值Uun”時，欠電壓定時限保護功能啟動。

(9)過電壓保護用來識別母線過電壓，從而避免不允許的運行條件。過電壓保護功能在電動機投入運行后檢測母線電壓，當母線電壓達到或超過“過電壓保護定值Uov”時，過電壓保護功能啟動。再起動功能提供系統(tǒng)短暫失電時電動機的自動重新起動功能，設(shè)“立即再起動”和“延時再起動”兩重再起動功能。立即再起動具有抗晃電功能。

4 電動機智能保護器的應(yīng)用及維護

4.1電動機智能保護器技術(shù)參數(shù)設(shè)定

含裝置參數(shù)設(shè)定、額定參數(shù)設(shè)定及保護參數(shù)設(shè)定。裝置參數(shù)設(shè)定主要是保護器應(yīng)用的地址、年份以及是否需要校驗的設(shè)定；額定參數(shù)設(shè)定主要是基本參數(shù)設(shè)定；保護參數(shù)設(shè)定可根據(jù)電動機容量配置對各保護功能參數(shù)做相應(yīng)設(shè)定。電動機在運行狀態(tài)時只能對參數(shù)進行查詢而不能修改?，F(xiàn)就保護器的基本參數(shù)設(shè)定做簡要說明：

輸入輸出設(shè)定：

（1）模擬量輸入：

①電動機額定電流：直接或間接輸入三相電流，電動機額定電流In可在定范圍內(nèi)設(shè)置；

②額定頻率：50Hz；

③額定漏電流：般設(shè)定值為0.3A，1A或10A；

④功率因數(shù)：│cos準│=0.707～1；

⑤過載能力CT回路：2In，連續(xù)工作；10In，10s；40In，1s；也可隨饋電電纜的過載能力而定。

（2）開關(guān)量輸入：般是接入無源常開接點，當有關(guān)端子被短接時，相應(yīng)的功能被驅(qū)動。開關(guān)量輸入能夠反映外接開關(guān)量的狀態(tài)，用戶在當?shù)乜梢杂^察在面板上的相應(yīng)的信號燈，遠程可通過RS485接口查詢所有開關(guān)量輸入狀態(tài)和編程的信號燈狀態(tài)。

開關(guān)量般設(shè)定的是遠方復(fù)位按鈕（內(nèi)部參數(shù)設(shè)定）；斷路器、接觸器常開接點，用于反饋斷路器、接觸器狀態(tài)信號；外部故障信號接點，用于驅(qū)動外部故障保護功能；操作位的起停按鈕，控制電動機的起停（內(nèi)部參數(shù)設(shè)定）可選開關(guān)量接入按鈕進行分合閘操作。

（3）模擬量變送輸出：以B相實測電流值作為變送電參量

對應(yīng)輸出模擬量為4～20mA。

（4）繼電器輸出：

①保護和遙控分閘輸出跳閘繼電器：執(zhí)行保護跳閘、停止按鈕輸入開關(guān)量或遙控的分閘命令。輸出NC/NO接點，連接于接觸器KM控制回路上。

②單相接地和漏電保護輸出跳閘繼電器：輸出NO接點作用于斷路器。

③由起動方式?jīng)Q定的綜合合閘輸出繼電器：輸出NO接點作用于接觸器。

④執(zhí)行保護功能動作于報警或跳閘的命令輸出繼電器：輸出NO接點作用于報警回路。

4.2電動機智能保護器的維護

電動機智能保護器可以對電動機提供保護，與傳統(tǒng)電動機保護器相比，電動機智能保護儀靈敏度強、操作簡潔，在目前的生產(chǎn)活動中被廣泛使用。但是，如果在實際使用過程中操作方法不當或維護不到位，往往就會導(dǎo)致電動機保護器出現(xiàn)以下現(xiàn)象：

（1）電動機保護器的檢測結(jié)果不準。

（2）電動機保護器本身發(fā)生損毀。

（3）電動機和電氣回路燒毀等等。

因此，在使用電動機智能保護儀時，在嚴格按照說明書進行操作的基礎(chǔ)上，還應(yīng)該注意以下幾個方面：

①在電動機智能保護儀投入使用之前，要測試其準確度，從而掌握顯示電流與實際電流值之間的偏差，防止因數(shù)據(jù)的偏差造成保護儀或電動機的損壞。

②要把電動機智能保護儀安裝在交流接觸器之后，避免把保護儀安裝在交流接觸器之前，防止電路原因造成保護儀或電動機的損壞。

③電動機智能保護儀與電動機之間連接時要沒有接點，防止因為接點出現(xiàn)故障導(dǎo)致保護儀或電動機損毀。

④對于功率在100kW以上電動機，電動機智能保護儀自身的穿線孔徑不足，應(yīng)該加裝電流互感器，以防功率過大造成保護儀或電動機損壞。

⑤日常使用中要維持電動機智能保護儀的干燥和清潔，避免持續(xù)高溫或堆積過多灰塵，確保保護儀有良好的使用環(huán)境，避免其過度磨損。

⑥要保證電動機智能保護儀在運轉(zhuǎn)過程中散熱良好，不能阻礙保護儀的散熱通道，防止因為過熱導(dǎo)致保護儀或燒毀。

⑦電動機智能保護儀的生產(chǎn)者要提高保護儀的質(zhì)量和精度，增強其防腐防潮、抗高溫、抗干擾等能力，同時提高電動機保護儀對電流、電壓的檢測精度，以及自身的絕緣防護能力，使其在實際生產(chǎn)中更加可靠、耐用。

5 安科瑞ARD系列智能電動機保護器介紹與綜合選型

5.1產(chǎn)品簡介

ARD該系列低壓電動機保護器，具有過載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、堵轉(zhuǎn)等保護功能。可與接觸器、電動機起動器等電器元件構(gòu)成電動機控制保護單元，具有遠程自動控制、現(xiàn)場直接控制、面板指示、信號報警、現(xiàn)場總線通信等功能。應(yīng)用范圍：可廣泛應(yīng)用于煤礦、石化、冶煉、電力、建筑等行業(yè)的配電領(lǐng)域。

5.2產(chǎn)品選型

產(chǎn)品功能

說明：“√”表示具備“■”表示可選

6 結(jié)束語

綜上所述，電動機智能保護器能夠有效保護電動機的穩(wěn)定、經(jīng)濟使用，其設(shè)計選型需要根據(jù)生產(chǎn)的實際需要，綜合考慮多方面因素。在實際應(yīng)用中需做好維護，更加有效地發(fā)揮其保護電動機的作用，保證經(jīng)濟生產(chǎn)的穩(wěn)定。

【參考文獻】

• 成開友．基于單片機的電機保護與軟起動控制[J]．電子科技大學(xué)學(xué)報，2003，32（2）：155~157．
• 黃艷華.電動機智能保護器的功能配置及應(yīng)用
• 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊2020.06版

作者簡介：劉細鳳，女，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事電動機保護器的設(shè)計與應(yīng)用。