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浅谈智能电机保护器在电厂脱硫系统的应用

文章更新时间：2023-05-18　点击量：137

摘要：目前，我国低压电机装机容量巨大，每年燃烧的电机数量令人震惊。电机燃烧造成的停机损失更难估量。本文结合工程实际应用，介绍了电机保护器在电站脱硫工程中的保护功能和参数设置。

关键字：电机保护器；应用程序；参数设置

一概述

从主观和客观两个方面分析了电机损坏的原因：

客观原因：电气因素：缺相、过载、短路、老化、电压异常、频繁启停。机械因素：堵塞、偏心、振动、轴承磨损、受潮、环境温度高等。

主观原因：电气设计部件选型不当，保护整定值不当，部分技术人员不重视参数调整，设备检查不到位。

从经验的角度来看，电机的大部分损坏都是由缺相和潮湿引起的。根据经验，电机缺相运行造成的损坏占电机总损坏的一半以上。电源缺相后，电机断线相绕组上会产生几倍的反电压，短时间内会导致绕组匝间破裂和绕组烧坏。传统热继的反时限特性不能有效保护电机的缺相故障。随着经济水平的提高，电子元器件价格的下降，以及工厂和企业人员的简化，对设备的稳定性和安全性提出了更高的要求。从长远来看，电机保护器将是主流趋势。

二比较解决方案

传统的断路器+接触器+热继电器，其保护原理是热磁脱扣。功能简单，调节误差大，响应速度慢，保护功能单一，具有操作简单、成本低等优点。

项目方案采用断路器+电流互感器+电机保护器。保护全面，精度高，响应快，抗干扰能力强，参数可根据负荷和工作条件确定，成本略高。

在常规保护的基础上，新型电机保护器增加了测控、测量、通信等功能，实现了智能化、网络化、数字化，为现场设备提供了更加全面有效的保护。体积小，功能强，可靠性高，设置简单，安装方便。

三主要功能和保护类型

保护器具有电机数字保护、电量测量、运行状态监控、保护运行记录、网络通信、模拟输出等综合功能。具有直接启动、降压启动、星三角启动、正反转运行等多种启动模式。同时，它还具有全面的保护，如短路、过载、缺相、三相不平衡、堵塞、启动时间过长、欠压、过压、接地、定时限制过载等。它还可以实时测量和显示各种参数，如电压、电流、功率因数和电能，并完成数据上传。

四现场应用

我公司位于河北省一家钢铁集团，燃气电站脱硫工程，设计并配备了系统内重要工艺设备、潮湿环境下的电机和重型装载设备的综合电机保护器，如下表所示：

表1：主要电机设备表1

表1.jpg

现场设备的现场和DCS启停、综合报警和跳闸保护由电机综合保护器实现，电流反馈为4-20mA。控制和保护电路如下图所示。

图1：保护电路接线图

图1.jpg

图中Ua、Ub、Uc、UN输入电压测量，IA、IB、IC输入三相电流，I0输入零序电流，L，N连接控制电源，RS485为通信接口，25-33为开启端子，其中31为外部启动，33为外部停止，29为接触器运行状态。22端子外部连接电机接触器线圈，17端子KA3为开启量，默认为故障报警。

五保护原理及参数整理

设备送电后，确认液晶显示器和按钮正常工作。在开启量实验中，设备的外部端子用导线短路。在设备的开启状态显示中，DI1-DI8应从断开变为闭合（从未显示到显示）。开启量需要通过上位软件的遥控器进行调试，控制模式设置为通信控制，然后使用上位机控制电路的启动和停止。验证后，输入保护固定值，并根据需要进行保护和退出。

脱硫18是由参数设定的．以5kW冲洗泵为例。基本参数：电机额定电流Ie=34．7A，PT变比1，CT选项值为0(60A/25ma对应变比)、CT一次值60A。

（1）速断保护是为了防止电机或线路之间的短路。当任何相位电流超过设定值时，应根据设定的延迟进行保护。短路速断保护的固定值通常设置为电机额定电流的8-10倍。跳闸，固定值Is=8Ie，延迟时间DEL=0秒。

（2）过流保护是指当任何相电流超过设定值时，设定延迟保护动作。过流保护的固定值通常设定为额定电流的1．2-1．五倍。这里投入跳闸，定值Is=1．5Ie，延迟时间del=10秒。

（3）封堵保护是指在电机启动和运行过程中，由于负载过大或自身机械卡住而导致的电机损坏。封堵保护应根据电机封堵电流的一半进行设置。如果找不到封堵电流，可以根据额定电流的4-6倍进行设置。跳闸，固定值Is=6Ie，启动时延迟时间DEL=2秒，运行时延迟时间DEL=1秒。

（4）接地保护电机设备单向或多相接地，保护器根据采样的三相电流矢量和零序电流计算零序电流。当零序电流异常时，根据内部设定值和时间延迟报警或停机。跳闸投入这里，固定值Is=0．3Ie，延迟时间del=5秒。

（5）缺相保护是检测电机某一相的正常运行电流，如果另一相没有电流或电流很小，则判断为线路缺相和保护动作。跳闸在这里投入，固定值为系统默认值，延迟时间del=1秒。

（6）三相不平衡保护是指电机的任何一相电流大于或小于三相电流的平均值（一般电机设置为10%以内的不平衡）。跳闸，固定值10%，延迟时间del=5秒。

（7）过压欠压保护过压会降低电机的绝缘，影响电机的使用寿命。欠压时，电机输出扭矩成倍下降，严重过载，绕组温度急剧上升。当三相电压低于欠压保护值时，延迟后进行保护。

对于普通电机，额定电压的60%-70%通常用于欠压值。对于重要负载的电机，额定电压的40%-50%可以用于低电压值。延迟时间应根据确保生产过程、人员和设备的安全性进行设置。此处的过压投入报警，固定值Us=1．延迟时间del=10秒，欠压投入跳闸，固定值Us=0．延迟时间del=5秒的6Ue。

（8）TE时间保护仅用于增安电机，此处退出。

（9）欠流保护是指当负载为泵或传送带时，为了保护设备或人员的安全。当电机的三相电流小到一定程度时，保护动作。

（10）过热保护、晃电自启动、逆序保护、漏电保护均退出，工作方式选择单向运行。

六调试期间遇到的问题

现场测量电流与DCS远程电流不一致，因为DCS测量范围需要设置电机额定电流，而不是电流互感器的一次值，在电机的综合保护范围内输入；远程操作箱和DCS启动不起作用。检查参数项启动控制模式的控制位置未设置为端子启动；启动电路几秒钟后，液晶面板显示缺相故障。再次启动面板显示B相电流为零，AC相电流正常。钳流表测量的三相电路电流正常。检查紧固电流互感器的二次接线后恢复正常。

七 ARD系列电机保护器产品选型介绍

ARD智能电机保护器适用于集保护、测量、控制、通信、运行和维护于一体的额定电压至660V的低压电机电路。其完善的保护功能保证了电机的安全运行，具有逻辑可编程功能，可满足多种控制方式。本产品采用分体式结构，由主体、显示单元和变压器组成，可适应各种机柜的安装。可选择不同的通信模块，以满足现场通信的需要。

1功能特点

■支持基波和全波电力参数的测量（U、I、P、Q、S、PF、F、EP、EQ），电流与电流不平衡，电流正序，负序，零序分量，电压，三相电压相角，剩余电流。

■保护功能包括过载反期限、过载定期限、接地、启动超时、漏电、欠载、断相、堵塞、堵塞、短路、溢出、不平衡(电流、电压)、过功率、欠功率、过压、欠压、相序、温度、TE时间、外部故障、启动次数限制、运行时间报警、故障次数报警。

■9路可编程DI输入，默认情况下采用内置DC24V电源，也可选择外部有源湿接触。

■5路可编程DO输出，满足各种启动方式，如直接启动、星三角启动、自耦变压器启动等。主站对电机的遥控“启动/停止"可以通过通信总线实现。

■可选抗摇电功能：支持摇电立即重启，失压重启。

■MODBUS_RTU通信，PROFIBUSDP通信，最多支持2个通信接口。

■可选配1路DC4-20mA模拟输出接口，与DCS系统连接，可实现对现场设备的监控。

■各种事件记录，如故障记录、启动记录、停车记录、DI变位记录和重启记录。

■显示界面液晶显示，支持中英文切换。

2产品选型