淺談智能電機保護器在電廠脫硫系統的應用

摘  要 : 目前我國低壓電機裝機容量巨大，每年燒毀的電機數量觸目驚心，由于電機燒毀造成的停產損失更是難以估量。本文結合工程實際應用，介紹電站脫硫項目上電動機保護器的保護功能和參數設定。

關鍵詞 : 電動機保護器;應用; 參數整定

一 、概述

   電機損壞的原因，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。機械因素 : 堵轉、偏心、振動、軸承磨損、受潮、環境溫度高等。

   主觀原因 : 電氣設計元器件選型不合適、保護整定值不合適、部分技術人員不重視參數調整，以及設備巡檢不到位。

   從經驗上來看電機大多數損壞是缺相和受潮引起的。根據經驗電機缺相運行引起的損壞占電機總損毀數的一半以上。 電源缺相后會在電機斷線相繞組上產生數倍的反電壓，短時間就可造成繞組匝間擊穿，繞組燒毀。傳統熱繼的反時限特性無法有效保護電機的缺相故障 。隨著經濟水平的提高、電子元件價格下降，加上工廠企業人員精簡，對設備的穩定性、安全性提出個更高的要求。從長遠來看電機保護器將是主流趨勢。

二、解決方案對比

   傳統斷路器+接觸器+熱繼電器，保護原理為熱磁脫扣 。功能簡單、調整誤差大、響應速度慢，保護功能單一，優點是操作簡單、成本低。

   該項目方案采用斷路器+ 電流互感器+ 電機保護器 。保護全面、精度高、響應快、抗力強、參數可根據負荷及工況整定，成本稍高。

   新型電動機保護器在常規保護的基礎上，新增測控、計量、 通訊等功能，實現了智能化、網絡化、數字化，為現場設備提供了更加全面有效的保護。它體積小，功能強、可靠性高、設置簡單、安裝方便。

三、主要功能和保護類型

   保護器具有全面的電動機數字保護、電量測量、運行狀態監視、保護動作記錄和網絡通訊、模擬量輸出功能 。具有多種啟動模式，可實現直接啟動、降壓啟動、星三角啟動、正反轉運行等。同時具有短路、過載、缺相、三相不平衡、堵轉、啟動時間過長、欠壓、過壓、接地、定時限過載等全面保護。并且可實時測量和顯示電壓、電流、功率因數、電能等多種參數并完成數據上傳。

四、現場應用

   我司在河北某鋼鐵集團，燃氣電站脫硫工程，對系統內重要工藝設備、潮濕環境的電機、重載設備均設計配備了電機綜合保護器，見下表 :

表一：主要電機設備表

   通過電機綜合保護器實現現場設備的就地和 DCS 啟停、綜 合告警和跳閘保護，而且有 4-20mA 電流反饋 。控制和保護回 路如下圖所示。

圖一：保護回路接線圖

   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 為接觸器運行狀態 。22 端子外接電機接觸器線圈，17 端子 KA3 為開出量，默認為故障報警。

五、保護原理及參數整定

   設備送電后確認液晶顯示器及按鈕正常工作。開入量實驗，用導線將裝置外部端子短接，裝置的開入狀態顯示中 DI1- DI8 應由斷開變為為閉合(由不顯示到顯示) ，開出量需通過上位軟件遙控來實現開出量調試，把控制方式設置為通訊控制，然后用上位機控制回路的啟動和停止。驗證完畢后輸入保護整定值，并按需進行保護投退。

   參數整定以脫硫 18．5kW 沖洗水泵為例 。基本參數 : 電機 額定電流 Ie = 34．7A，PT 變 比 1，CT 選 項 值 為 0 ( 對 應 變 比 值 60A /25mA) 、CT 一次值 60A。

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

( 2) 過流保護是任一相電流超過設定值時，經設定延時保 護動作 。過流保護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) 堵轉保護是保護電機啟動和運行過程中，因負載過大，或者自身機械卡死引起的電機損壞 。堵轉保護需按電機堵轉電流的一半整定，無法查到堵轉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，運行時延遲時間 dEL = 1 秒。

( 4) 接地保護保護電機設備單向或多相接地，保護器根據 采樣的三相電流值矢量和計算出零序電流 。  當算得零序電流 異常時，按照內部的設定值和時間，延遲后報警或停機 。此處 投入跳閘，定值 Is = 0．3Ie，延遲時間 dEL = 5 秒。

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

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

( 7) 過壓欠壓保護過壓會引起電機絕緣降低，影響電機壽命，欠壓時電機出力轉矩成倍下降，嚴重過載，繞組溫度急劇升 高 。當三相電壓均小于欠壓保護值經延時后保護動作 。

對于一般電機，欠壓值一般取額定電壓的 60%-70% 。對于 重要負荷的電機，低電壓值可取額定電壓的 40%-50%，延遲時 間按保證生產工藝及人身、設備安全整定 。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 時間保護僅用于增安型電動機，此處退出。

( 9) 欠流保護是指當負載為泵或者傳送帶時候，為了保護設備或人員安全 。當電機的三相的電流小到一定程度，保護動作 。

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

六、調試期遇到的問題

   現場測量電流與 DCS 遠程電流不一致，原因是 DCS 量程 需設置成電機綜保內輸入的電機額定電流而不是電流互感器一次值 ; 遠程操作箱及 DCS 啟動均不動作，檢查為參數項啟動 控制方式控制位未設置成端子啟動 ; 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正常。

七、ARD系列電動機保護器產品選型介紹

          ARD智能電動機保護器適用于額定電壓至660V的低壓電動機回路，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機安全運行，帶有邏輯可編程功能，可以滿足多種控制方式。該產品采用分體式結構，由主體、顯示單元、互感器組成，可適應各種柜體的安裝。可選配不同通訊模塊適應現場通訊需求。

7.1、功能特點

■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。

■保護功能包括過載反時限、過載定時限、接地、起動超時、漏電、欠載、斷相、堵轉、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、起動次數限制、運行時間報警、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。

■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，可通過通訊總線實現主站對電動機的遙控“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系統相接，可實現對現場設備的監控。

■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、產品選型

八、結語

新型電機綜合保護器應用在電站脫硫項目上，參數設置和調試過程簡單直觀，保護功能完善，能夠有效預防設備損壞和事故發生，為電站脫硫的穩定運行提供了有力保障。