淺談TDB智能電動機保護器的應用
1 引言
在現代工業(yè)中，電動機作為一種拖動機械，成為所有動力機械的基礎，隨著科學技術的不斷進步和工藝控制的不斷完善，尤其是自動化生產的要求，迫切需要開發(fā)和完善電動機的控制和保護設備，從而實現對生產過程和大型機械的遙控、遙測、遙調、故障診斷以及集中控制等功能。
同時，石油化工行業(yè)的特點本身就是大通量、滿負荷的連續(xù)運轉，因而對電機設備的可靠性和穩(wěn)定性要求極高，一旦發(fā)生事故，必須馬上查找故障原因并及時消除，以保證及時恢復生產。錦化化工集團過去一直采用熱繼電器作為電動機的過載保護和控制元件，但由于元件質量和工藝的限制，已無法滿足日益發(fā)展的工藝自動化的要求。為此，我們經過多年嘗試和反復實踐，最終選擇了一種新型的電動機智能保護器（簡稱為電機保護器），作為電動機的保護元件，并取得了一定的使用經驗。特別是我們在錦化新建的8萬噸離子膜燒堿改造工程、12萬噸離子膜燒堿工程、8萬噸聚氯乙烯工程、8萬噸環(huán)氧丙烷和5萬噸粒堿等國家重點工程建設過程中，通過在低壓配電系統使用了1600多臺電機保護器，不但有效的保障了電機的安全運行、徹底取代了熱繼電器，而且利用先進的通訊技術，實現了部分電機控制的自動化，并取得了顯著的經濟效益，因此，下面就電動機保護器的工程應用作以簡單介紹。
2 基本工作原理：
電機保護器是最近十多年才發(fā)展起來的一種新型電子式多功能電動機綜合保護裝置。它集過（輕）載保護、缺相、過（欠）壓、堵轉、漏電、接地及三相不平衡保護等低壓保護于一身，具有設定精度高、節(jié)電、動作靈敏、工作可靠等優(yōu)點，是傳統熱繼電器的理想替代產品。它通常是由電流傳感器、比較電路、單片機、或出口繼電器等幾個部分組成。其基本原理及工作過程如圖1所示：
傳感器將電動機的電流變化線性地反映至保護器的采樣端口，經過整流、濾波等環(huán)節(jié)后，轉換成與電動機電流成正比的直流電壓信號、送到相應部分與給定的保護參數進行比較處理，再經單片機回路處理，推動功率回路，使繼電器動作。當電機由于驅動部分過載導致電流增大時，從電流傳感器取得的電壓信號將增大、此電壓值大于保護器的整定值時，過載回路工作，RC延時電路經過一定的（可調）延時，驅動出口繼電器動作，使接觸器切斷主回路。欠壓及缺相保護等功能部分，工作原理基本相同。
3 系統功能
（1）保護功能。
電機保護器可實現對電機的綜合保護，其具體功能有接地保護、斷相保護、短路保護、
過（輕）負荷保護、不平衡過負荷保護、堵轉保護、低電壓和過電壓保護。當電機正常工作時，保護器通過面板上的液晶顯示屏，實時顯示電機的工作電流和電壓。具有通訊功能的電機保護器在微處理器空閑時定時將采集的信號通過CAN總線傳至后臺微機。當故障發(fā)生時，保護器迅速動作，現場保存故障類型、時間以及電機運行參數，隨后通過CANBUS網絡向后臺監(jiān)控機報告。
（2）在線監(jiān)測功能。
控制室操作人員可在后臺微機上，完成所有保護器的各種保護整定數據的調閱、修改和整定。同時，在線監(jiān)測電機的運行負載和供電電源的質量，為及早發(fā)現過載和接地故障等，創(chuàng)造了條件。此外，后臺微機強大的信息管理功能，可有效記錄各臺電機的型號、運行方式、和歷史維護記錄，為保證工藝系統的安全生產、減少事故停車，提供了可靠依據。
4 選用原則
（1）電機保護器按結構形式來劃分，一般分為一體式和分體式兩種。
前者是獨立的整體，故適合于固定柜安裝，如老式開關柜或GGD柜改造，可將保護器直接固定在安裝面板上，通過饋出電纜穿芯即可。后者由于互感器部分與顯示部分分為兩體，可在一定范圍內任意安置，故非常適合于新型的抽屜式開關柜安裝。
我們在工程實踐中由于普遍采用了新型的多米諾式或GCK系列低壓抽屜式開關柜，因而創(chuàng)造性的將顯示表頭嵌入式的安裝在開關抽屜的活動面板內，這樣既簡化了柜內接線、又方便了系統隨時調整、設定參數和顯示、監(jiān)控，同時數字化的顯示面板也增添了柜面的統一性和美觀性；使得配電室內的設備運行情況及故障狀態(tài)一目了然，極大的方便了系統巡視和檢修維護。
（2）電機保護器按額定工作電壓及電流范圍來劃分，可分為AC380V、AC220V兩種；對應量程為6A、60A、等級，使用時按照電機的控制回路工作電壓及負載的額定電流選用相應的量程范圍即可。
在工程應用中，由于化工裝置大型電機較多，為方便互換及減少備件的種類，對于110KW及以上的電機，我們采用在主回路裝設（口/5）電流互感器的方式，將一次電流變?yōu)樾∮?A的二次電流，再接入量程為6A的電機保護器，使大型設備也得到了有效的控制和保護。
在現代工業(yè)中，電動機作為一種拖動機械，成為所有動力機械的基礎，隨著科學技術的不斷進步和工藝控制的不斷完善，尤其是自動化生產的要求，迫切需要開發(fā)和完善電動機的控制和保護設備，從而實現對生產過程和大型機械的遙控、遙測、遙調、故障診斷以及集中控制等功能。
同時，石油化工行業(yè)的特點本身就是大通量、滿負荷的連續(xù)運轉，因而對電機設備的可靠性和穩(wěn)定性要求極高，一旦發(fā)生事故，必須馬上查找故障原因并及時消除，以保證及時恢復生產。錦化化工集團過去一直采用熱繼電器作為電動機的過載保護和控制元件，但由于元件質量和工藝的限制，已無法滿足日益發(fā)展的工藝自動化的要求。為此，我們經過多年嘗試和反復實踐，最終選擇了一種新型的電動機智能保護器（簡稱為電機保護器），作為電動機的保護元件，并取得了一定的使用經驗。特別是我們在錦化新建的8萬噸離子膜燒堿改造工程、12萬噸離子膜燒堿工程、8萬噸聚氯乙烯工程、8萬噸環(huán)氧丙烷和5萬噸粒堿等國家重點工程建設過程中，通過在低壓配電系統使用了1600多臺電機保護器，不但有效的保障了電機的安全運行、徹底取代了熱繼電器，而且利用先進的通訊技術，實現了部分電機控制的自動化，并取得了顯著的經濟效益，因此，下面就電動機保護器的工程應用作以簡單介紹。
2 基本工作原理：
電機保護器是最近十多年才發(fā)展起來的一種新型電子式多功能電動機綜合保護裝置。它集過（輕）載保護、缺相、過（欠）壓、堵轉、漏電、接地及三相不平衡保護等低壓保護于一身，具有設定精度高、節(jié)電、動作靈敏、工作可靠等優(yōu)點，是傳統熱繼電器的理想替代產品。它通常是由電流傳感器、比較電路、單片機、或出口繼電器等幾個部分組成。其基本原理及工作過程如圖1所示：
傳感器將電動機的電流變化線性地反映至保護器的采樣端口，經過整流、濾波等環(huán)節(jié)后，轉換成與電動機電流成正比的直流電壓信號、送到相應部分與給定的保護參數進行比較處理，再經單片機回路處理，推動功率回路，使繼電器動作。當電機由于驅動部分過載導致電流增大時，從電流傳感器取得的電壓信號將增大、此電壓值大于保護器的整定值時，過載回路工作，RC延時電路經過一定的（可調）延時，驅動出口繼電器動作，使接觸器切斷主回路。欠壓及缺相保護等功能部分，工作原理基本相同。
3 系統功能
（1）保護功能。
電機保護器可實現對電機的綜合保護，其具體功能有接地保護、斷相保護、短路保護、
過（輕）負荷保護、不平衡過負荷保護、堵轉保護、低電壓和過電壓保護。當電機正常工作時，保護器通過面板上的液晶顯示屏，實時顯示電機的工作電流和電壓。具有通訊功能的電機保護器在微處理器空閑時定時將采集的信號通過CAN總線傳至后臺微機。當故障發(fā)生時，保護器迅速動作，現場保存故障類型、時間以及電機運行參數，隨后通過CANBUS網絡向后臺監(jiān)控機報告。
（2）在線監(jiān)測功能。
控制室操作人員可在后臺微機上，完成所有保護器的各種保護整定數據的調閱、修改和整定。同時，在線監(jiān)測電機的運行負載和供電電源的質量，為及早發(fā)現過載和接地故障等，創(chuàng)造了條件。此外，后臺微機強大的信息管理功能，可有效記錄各臺電機的型號、運行方式、和歷史維護記錄，為保證工藝系統的安全生產、減少事故停車，提供了可靠依據。
4 選用原則
（1）電機保護器按結構形式來劃分，一般分為一體式和分體式兩種。
前者是獨立的整體，故適合于固定柜安裝，如老式開關柜或GGD柜改造，可將保護器直接固定在安裝面板上，通過饋出電纜穿芯即可。后者由于互感器部分與顯示部分分為兩體，可在一定范圍內任意安置，故非常適合于新型的抽屜式開關柜安裝。
我們在工程實踐中由于普遍采用了新型的多米諾式或GCK系列低壓抽屜式開關柜，因而創(chuàng)造性的將顯示表頭嵌入式的安裝在開關抽屜的活動面板內，這樣既簡化了柜內接線、又方便了系統隨時調整、設定參數和顯示、監(jiān)控，同時數字化的顯示面板也增添了柜面的統一性和美觀性；使得配電室內的設備運行情況及故障狀態(tài)一目了然，極大的方便了系統巡視和檢修維護。
（2）電機保護器按額定工作電壓及電流范圍來劃分，可分為AC380V、AC220V兩種；對應量程為6A、60A、等級，使用時按照電機的控制回路工作電壓及負載的額定電流選用相應的量程范圍即可。
在工程應用中，由于化工裝置大型電機較多，為方便互換及減少備件的種類，對于110KW及以上的電機，我們采用在主回路裝設（口/5）電流互感器的方式，將一次電流變?yōu)樾∮?A的二次電流，再接入量程為6A的電機保護器，使大型設備也得到了有效的控制和保護。
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