淺談智能電動機(jī)保護(hù)器在煤礦電機(jī)上的應(yīng)用
趙娜
安科瑞電氣股份有限公司
目煤礦系統(tǒng)設(shè)備上使用的電機(jī)，大部分采用熱繼電器，作為電機(jī)的過載保護(hù)元件，因其體積小、結(jié)構(gòu)簡單、成本低等點在生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。但由于熱繼電器靈敏度低、誤差大、穩(wěn)定性差，保護(hù)不可靠。受環(huán)境、溫度、本身材料等影響，在保護(hù)電機(jī)方面，已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代化煤礦生產(chǎn)的需要。
1 煤礦設(shè)備電機(jī)損壞原因及改進(jìn)的目的
在維修車間的維修過程中，我們發(fā)現(xiàn)，大部分損壞的電機(jī)，都是由于過流、堵轉(zhuǎn)、過載、斷相、欠電壓造成。而造成這些電機(jī)損壞的原因卻不盡相同，往往保護(hù)電路失靈、失效、參數(shù)選擇不正確等，都是造成事故電機(jī)損壞的罪魁禍。如果能提預(yù)警，及時處理，就能大大地避免對設(shè)備電機(jī)造成的傷害，延長其使用壽命，降低了維修成本，提高運行系數(shù)。
基于以上原因，對煤礦設(shè)備電機(jī)的保護(hù)改進(jìn)上也勢在必行。目，市場上電機(jī)保護(hù)產(chǎn)品未有統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，型號規(guī)格五花八門。制造廠商為了滿足用戶不同的使用需求派生出很多的系列產(chǎn)品，種類繁多，功能繁雜，給使用選型帶來諸多不便。所以我們要根據(jù)自己的實際情況，考慮實際要求，來選擇保護(hù)模式和方式。
大部分煤礦地處偏僻，環(huán)境惡劣。對電機(jī)保護(hù)器選型也提出了苛刻的要求。所以在選擇保護(hù)器上定要考慮電機(jī)與保護(hù)器的合理配用關(guān)系。理想的電機(jī)保護(hù)器不是功能多，也不是所謂先進(jìn)的，而是應(yīng)該滿足現(xiàn)場實際需求，做到經(jīng)濟(jì)性和可靠性的統(tǒng)，具有較高的性能價格比。
2 智能電機(jī)保護(hù)器的現(xiàn)場應(yīng)用與選型
以我們用常見的智能型保護(hù)器為例來說明，介紹下電機(jī)保護(hù)器外部輸入與保護(hù)器的配合關(guān)系，以便給選型和使用提供些參考。
常見的幾種引起電機(jī)故障源輸入信號連接方式。主要有：電壓信號輸入、電流信號輸入、序信號輸入、溫度信號輸入。電源采用交流220V供電，輸出方式直接采用接觸器控制。
其他輸入輸出功能備選，如模擬量輸出可直接連接電壓表、電流表,以及作為其他外接設(shè)備的驅(qū)動信號。RS485通訊接口可用來遠(yuǎn)程計算機(jī)連接監(jiān)測控制電機(jī)，作為大型設(shè)備和危險操作場所是*的。開關(guān)量信號輸入可作為電機(jī)啟動模式選擇，使用比較靈活。作為擴(kuò)展功能備用。
2.1 欠壓、過壓、缺相保護(hù)
2.1.1 欠壓
當(dāng)供電系統(tǒng)出現(xiàn)不正常的情況，電壓降低到定程度，電機(jī)就會出現(xiàn)疲勞、堵轉(zhuǎn)，達(dá)到幾倍的過電流。有時，在電壓恢復(fù)的瞬間，快要停轉(zhuǎn)或已經(jīng)停轉(zhuǎn)的電機(jī)同時運轉(zhuǎn)，會導(dǎo)致線路電壓的重新下降，在配電系統(tǒng)中要盡量避免。所以，接入欠壓保護(hù)是十分必要的。
2.1.2 過壓
外因：由雷擊引起。
操作過電壓：由分閘、合閘等開關(guān)操作引起線路電感在器件兩端感應(yīng)出的過電壓。
當(dāng)供電系統(tǒng)中，其相電壓高于我們預(yù)設(shè)的保護(hù)電壓值，保護(hù)器動作，斷開常閉觸點、使KM斷電，主觸頭斷開，電機(jī)停轉(zhuǎn)。從而保護(hù)電機(jī)。
2.1.3 缺相
在煤礦系統(tǒng)中，有相當(dāng)部分設(shè)備采用三相不接地供電。當(dāng)供電系統(tǒng)中，某相斷電，會使設(shè)備電機(jī)電流突然變大，使輸入電壓不正常，當(dāng)電壓值異常于設(shè)定值，保護(hù)器動作。切斷KM接觸器。
2.2 過流保護(hù)
過流保護(hù)是電機(jī)保護(hù)中的要點，對電機(jī)的危害也大。主要包括過載、短路、堵轉(zhuǎn)、三相不平衡等。我們把電流互感器作為檢測和輸入元件。
2.2.1 過載
如果在某種情況下使電機(jī)的實際使用功率超過電機(jī)的額定功率，則稱這種現(xiàn)象為電機(jī)過載。過載電機(jī)的工作電流大于其額定電流，通常在1.5倍以內(nèi)應(yīng)屬正常范圍。旦超出正常范圍，保護(hù)機(jī)構(gòu)動作，切斷接觸器，同時發(fā)出過載信號。
2.2.2 短路
三相電機(jī)的短路情況復(fù)雜些，有單相接地短路，也有相間短路；單相接地短路時中任意相與PE線直接短接了，般不會燒毀電機(jī)，但是會在電機(jī)外殼帶電，容易造成觸電。另外就是相間短路，有兩相短路，也有三相短路，三相短路電流會大得多。電機(jī)內(nèi)部短路大都是電機(jī)繞組絕緣損壞造成的，絕緣損壞般是電機(jī)長時間過載運行造成。當(dāng)電機(jī)絕緣破壞、內(nèi)部匝間短路、接線錯誤等，都將發(fā)生短路現(xiàn)象，瞬間的短路電流使保護(hù)器動作，避免事故進(jìn)步擴(kuò)大。
2.2.3 堵轉(zhuǎn)
當(dāng)負(fù)載突然變大，電機(jī)本身內(nèi)部問題(軸承損壞、掃膛)、傳動機(jī)構(gòu)、變速器等，上述任何個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都是導(dǎo)致堵轉(zhuǎn)的原因。堵轉(zhuǎn)會使電機(jī)電流持續(xù)增加，可達(dá)額定電流的7倍，時間稍長就會燒壞電機(jī)，當(dāng)電流值達(dá)到保護(hù)器設(shè)定值時，保護(hù)器動作。
2.3 序保護(hù)
相序保護(hù)輸入端，正常運行的電機(jī)電流大小、向量之和等于，序互感器二次線圈的電流也為，當(dāng)發(fā)生接地故障時，序互感器二次線圈將出現(xiàn)較大的電流，發(fā)出信號切斷供電，序保護(hù)主要用來作為漏電保護(hù)。
2.4 溫度檢測
高溫是電機(jī)絕緣的故障，有時電流值未達(dá)到保護(hù)值，但是溫度已經(jīng)高到足以損害絕緣狀態(tài)時，應(yīng)該加以保護(hù)。在電機(jī)內(nèi)部安裝個熱敏元件，當(dāng)環(huán)境溫度變化、散熱不良等些原因，設(shè)備出現(xiàn)異常致使溫度升高，超出我們設(shè)定的溫度范圍，保護(hù)器執(zhí)行保護(hù)動作，斷開電機(jī)回路，避免高溫帶來的設(shè)備損害。
以上我們只做了幾種常用的保護(hù)措施輸入，對些不經(jīng)常巡shi、距離遠(yuǎn)、危險場所(如高溫、腐蝕)，應(yīng)配合遠(yuǎn)程控制功能，既保證設(shè)備的正常運行，又可保證人員工作正常，使生產(chǎn)順利進(jìn)行。
對于般電機(jī)，以上保護(hù)環(huán)節(jié)已經(jīng)基本能滿足現(xiàn)場需要。當(dāng)然還要考慮到現(xiàn)場環(huán)境，如現(xiàn)場濕度、環(huán)境溫度，操作端與執(zhí)行端距離的要求，設(shè)備維護(hù)周期，對電網(wǎng)波動敏感程度等。
經(jīng)過以上改進(jìn)，使我們能夠提預(yù)知電機(jī)運行狀態(tài)，在出現(xiàn)問題時，能夠及早判斷。通過保護(hù)器的回看功能，還能判斷出現(xiàn)問題的基本位置，為維修維護(hù)提供依據(jù)。
3 保護(hù)器選擇分類
現(xiàn)代智能電機(jī)保護(hù)器還有很多在實際生產(chǎn)中需要的功能，如回看功能、遠(yuǎn)程通訊、遠(yuǎn)程控制、多種啟動方式選擇等。
保護(hù)器在類型上分為：般普通型、數(shù)碼顯示監(jiān)控型、智能監(jiān)控中文顯示型、專機(jī)型。
3.1 般普通型
結(jié)構(gòu)比較簡單，主要功能以突出過載、缺相(三相不平衡)堵轉(zhuǎn)等故障保護(hù)。故障類型采用指示燈顯示。
3.2 數(shù)碼顯示監(jiān)控型
數(shù)碼顯示監(jiān)控型保護(hù)器，內(nèi)部電路運用單片機(jī)，采用數(shù)碼管作為顯示窗口，智能化綜合保護(hù)，集保護(hù)、測量、通訊、顯示為體。整定電流采用數(shù)字設(shè)定，用戶可以自行對各種參數(shù)修正。
3.3 智能監(jiān)中文顯示控型
智能漢字顯示適合內(nèi)，與其他類型相比，功能加完善。此類產(chǎn)品對各種參數(shù)、狀態(tài)、信息直接在操作面板單元上中文漢顯液晶顯示，使界面加直觀醒目，并且支持遠(yuǎn)程計算機(jī)通訊功能。啟動方式有多種選擇，并有存儲回看功能，給后期的維護(hù)維修提供了數(shù)據(jù)依據(jù)。
3.4 專機(jī)型
針對某臺或某種設(shè)備為主的保護(hù)器，保護(hù)功能相近，外形和接線方式改變，突出性。
4 保護(hù)器在選擇上應(yīng)注意事項
在選擇保護(hù)器的同時，還要考慮到以下幾種因素：
(1)電動機(jī)主要參數(shù)：主要是功率、電壓、電流、頻率方面,為選型提供依據(jù)。
(2)使用環(huán)境因素的影響：主要指溫度、濕度、污染等。
(3)電動機(jī)使用方向：指拖動機(jī)械設(shè)備要求。
(4)控制系統(tǒng)：控制模式有手動、自動化程序等工作運行。啟動方式有直接、降壓、星三角、頻敏變阻器、變頻器、軟起動等啟動方式。
(5)安裝要求：在選型上要考慮安裝空間大小，留有足夠的余量，便于散熱及接線、維護(hù)、查看方便。
(6)靈敏度要求：是帶載啟動還是空載啟動，是滿載還是逐漸加載，主要是在電流設(shè)定方面要考慮到啟動瞬間的電流值與額定電流值之間的時間差。
(7)其他方面：如生產(chǎn)現(xiàn)場對電動機(jī)位置的隨意性、啟動停止的頻繁程度等。
5 安科瑞ARD系列智能電動機(jī)保護(hù)器介紹與綜合選型
5.1產(chǎn)品簡介
ARD該系列低壓電動機(jī)保護(hù)器，具有過載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、堵轉(zhuǎn)等保護(hù)功能?？膳c接觸器、電動機(jī)起動器等電器元件構(gòu)成電動機(jī)控制保護(hù)單元，具有遠(yuǎn)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。
6 結(jié)語
通常選用電機(jī)保護(hù)器，要充分考慮到電機(jī)的過載能力，避免損壞。提高可靠性和生產(chǎn)的連續(xù)性。力爭做到經(jīng)濟(jì)合理。在功能選擇上應(yīng)綜合考慮到電機(jī)的本身的價值、負(fù)載類型、使用環(huán)境、占主體設(shè)備上的重要程度、停止電機(jī)運行是否會對生產(chǎn)造成影響以及影響的程度等因素。
通過以上改造，必定能改善供電、用電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并且對煤礦電氣控制系統(tǒng)的自動化水平提高了個臺階，同時大大降低了維修成本，提高了電機(jī)的運行效率，增加了經(jīng)濟(jì)效益，對煤礦生產(chǎn)具有推進(jìn)作用。
【參考文獻(xiàn)】
[1] 鐘秋海.現(xiàn)代控制理論.[M]高等教育出版社,2004
[2] 袁春艷.智能電機(jī)保護(hù)器在煤礦設(shè)備電機(jī)上的使用與選型
[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊2019.11
作者簡介：趙娜，女，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事電動機(jī)保護(hù)器的設(shè)計與應(yīng)用。
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