1 引言
在現(xiàn)代工業(yè)中,電動機(jī)作為一種拖動機(jī)械,成為所有動力機(jī)械的基礎(chǔ),隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和工藝控制的不斷完善,尤其是自動化生產(chǎn)的要求,迫切需要開發(fā)和完善電動機(jī)的控制和保護(hù)設(shè)備,從而實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程和大型機(jī)械的遙控、遙測、遙調(diào)、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(diǎn)本身就是大通量、滿負(fù)荷的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),因而對電機(jī)設(shè)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(fù)生產(chǎn)。錦化化工集團(tuán)過去一直采用熱繼電器作為電動機(jī)的過載保護(hù)和控制元件,但由于元件質(zhì)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(jīng)過多年嘗試和反復(fù)實(shí)踐,最終選擇了一種新型的電動機(jī)智能保護(hù)器(簡稱為電機(jī)保護(hù)器),作為電動機(jī)的保護(hù)元件,并取得了一定的使用經(jīng)驗(yàn)。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(diǎn)工程建設(shè)過程中,通過在低壓配電系統(tǒng)使用了1600多臺電機(jī)保護(hù)器,不但有效的保障了電機(jī)的安全運(yùn)行、徹底取代了熱繼電器,而且利用先進(jìn)的通訊技術(shù),實(shí)現(xiàn)了部分電機(jī)控制的自動化,并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益,因此,下面就電動機(jī)保護(hù)器的工程應(yīng)用作以簡單介紹。
2 基本工作原理:
電機(jī)保護(hù)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(jī)綜合保護(hù)裝置。它集過(輕)載保護(hù)、缺相、過(欠)壓、堵轉(zhuǎn)、漏電、接地及三相不平衡保護(hù)等低壓保護(hù)于一身,具有設(shè)定精度高、節(jié)電、動作靈敏、工作可靠等優(yōu)點(diǎn),是傳統(tǒng)熱繼電器的理想替代產(chǎn)品。它通常是由電流傳感器、比較電路、單片機(jī)、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(jī)的電流變化線性地反映至保護(hù)器的采樣端口,經(jīng)過整流、濾波等環(huán)節(jié)后,轉(zhuǎn)換成與電動機(jī)電流成正比的直流電壓信號、送到相應(yīng)部分與給定的保護(hù)參數(shù)進(jìn)行比較處理,再經(jīng)單片機(jī)回路處理,推動功率回路,使繼電器動作。當(dāng)電機(jī)由于驅(qū)動部分過載導(dǎo)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(hù)器的整定值時,過載回路工作,RC延時電路經(jīng)過一定的(可調(diào))延時,驅(qū)動出口繼電器動作,使接觸器切斷主回路。欠壓及缺相保護(hù)等功能部分,工作原理基本相同。
3 系統(tǒng)功能
(1)保護(hù)功能
電機(jī)保護(hù)器可實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的綜合保護(hù),其具體功能有接地保護(hù)、斷相保護(hù)、短路保護(hù)、過(輕)負(fù)荷保護(hù)、不平衡過負(fù)荷保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、低電壓和過電壓保護(hù)。當(dāng)電機(jī)正常工作時,保護(hù)器通過面板上的液晶顯示屏,實(shí)時顯示電機(jī)的工作電流和電壓。具有通訊功能的電機(jī)保護(hù)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(jī)。當(dāng)故障發(fā)生時,保護(hù)器迅速動作,現(xiàn)場保存故障類型、時間以及電機(jī)運(yùn)行參數(shù),隨后通過CANBUS網(wǎng)絡(luò)向后臺監(jiān)控機(jī)報告。
(2)在線監(jiān)測功能。
控制室操作人員可在后臺微機(jī)上,完成所有保護(hù)器的各種保護(hù)整定數(shù)據(jù)的調(diào)閱、修改和整定。同時,在線監(jiān)測電機(jī)的運(yùn)行負(fù)載和供電電源的質(zhì)量,為及早發(fā)現(xiàn)過載和接地故障等,創(chuàng)造了條件。此外,后臺微機(jī)強(qiáng)大的信息管理功能,可有效記錄各臺電機(jī)的型號、運(yùn)行方式、和歷史維護(hù)記錄,為保證工藝系統(tǒng)的安全生產(chǎn)、減少事故停車,提供了可靠依據(jù)。
4 選用原則
(1)電機(jī)保護(hù)器按結(jié)構(gòu)形式來劃分,一般分為一體式和分體式兩種。
前者是獨(dú)立的整體,故適合于固定柜安裝,如老式開關(guān)柜或GGD柜改造,可將保護(hù)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(nèi)任意安置,故非常適合于新型的抽屜式開關(guān)柜安裝。
我們在工程實(shí)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(guān)柜,因而創(chuàng)造性的將顯示表頭嵌入式的安裝在開關(guān)抽屜的活動面板內(nèi),這樣既簡化了柜內(nèi)接線、又方便了系統(tǒng)隨時調(diào)整、設(shè)定參數(shù)和顯示、監(jiān)控,同時數(shù)字化的顯示面板也增添了柜面的統(tǒng)一性和美觀性;使得配電室內(nèi)的設(shè)備運(yùn)行情況及故障狀態(tài)一目了然,極大的方便了系統(tǒng)巡視和檢修維護(hù)。
(2)電機(jī)保護(hù)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(yīng)量程為1-10A、5-50A、10-100A、20-200A、40-40A等若干等級,使用時按照電機(jī)的控制回路工作電壓及負(fù)載的額定電流選用相應(yīng)的量程范圍即可。
在工程應(yīng)用中,由于化工裝置大型電機(jī)較多,為方便互換及減少備件的種類,對于110KW及以上的電機(jī),我們采用在主回路裝設(shè)(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(jī)保護(hù)器,使大型設(shè)備也得到了有效的控制和保護(hù)。
(3)具備RS-485通訊接口的電機(jī)保護(hù)器配置時,可根據(jù)工藝以及DCS系統(tǒng)連鎖的實(shí)際需要合理安排。
在5萬噸粒堿工程的設(shè)計(jì)上,由于裝置的自動化控制要求較高,所以我們提出了對電機(jī)保護(hù)器的通訊要求,為電氣操作及工藝控制人員通過微機(jī)系統(tǒng)在線瀏覽生產(chǎn)負(fù)荷和包裝機(jī)的工作情況,及時調(diào)整生產(chǎn)進(jìn)度、預(yù)防突發(fā)事故,做出了重大貢獻(xiàn)。
5 部分工程應(yīng)用實(shí)例
由于我公司選用的多是浙江蒼南雙華電器公司出品的JDB系列電機(jī)保護(hù)器。該產(chǎn)除具備一般保護(hù)器的功能外,還具有延時自起動等功能。故以該系列產(chǎn)品為例,介紹一下電機(jī)保護(hù)器在我公司的工程應(yīng)用情況。
• JDB92一體式電機(jī)保護(hù)器在160KW氯氣鼓風(fēng)機(jī)配電回路改造中的應(yīng)用
如圖2所示,1、2端子為保護(hù)器故障自保持電源,3、4端子為保護(hù)接點(diǎn),5為工作電源端子。由于電機(jī)電流較大,故通過300/5的CT轉(zhuǎn)換,將二次電流通過保護(hù)器穿芯來實(shí)現(xiàn)。若保護(hù)器動作,則故障報警或跳開主接觸器KM,同時電機(jī)保護(hù)器自保持并顯示故障狀態(tài),直至操作人員現(xiàn)場按停車按鈕SB1復(fù)歸為止。該型產(chǎn)品不具備微機(jī)通訊功能。
• 可通訊的JDB-2K分體式電機(jī)保護(hù)器在粒堿裝置30KW堿泵抽屜式配電回路中的應(yīng)用
如圖3所示,互感器部分與本體之間通過屏蔽線相連,本體的1、2端子為保護(hù)器工作電源,3、4端子為常閉保護(hù)接點(diǎn),5、端子為常開報警輸出,7、8端子為漏電零序CT接點(diǎn),9、10端子為485通訊接口,通過兩芯屏蔽雙絞線匯總到電氣控制室后臺計(jì)算機(jī)的專用通訊接口卡,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。若保護(hù)器動作,則故障報警或跳開主接觸器KM,同時電機(jī)保護(hù)器自保持并顯示故障狀態(tài),直到運(yùn)行人員查明故障后,在后臺計(jì)算機(jī)或電機(jī)保護(hù)器的面板上按復(fù)位鍵后,機(jī)內(nèi)的出口繼電器才可以復(fù)位,為再次開車做好準(zhǔn)備。這一點(diǎn)與JDB92有所不同,在保護(hù)接線時一定要注意。
另外,在工程使用過程中,針對不同的控制對象,我們利用電機(jī)保護(hù)器配合各種接觸器,不僅實(shí)現(xiàn)了小功率電機(jī)的全壓起動、還配合電流互感器實(shí)現(xiàn)了大功率電機(jī)的星三角起動和自耦降壓起動,為生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠的技術(shù)保障。
6.1工程經(jīng)驗(yàn)
結(jié)合我們六年多的電機(jī)保護(hù)器使用經(jīng)驗(yàn),現(xiàn)總結(jié)如下:
• 在實(shí)際使用過程中,應(yīng)注意嚴(yán)格按照電機(jī)的額定電流來選擇保護(hù)器,防止人為放大和縮小保護(hù)范圍;避免由于量程太大或太小而造成的測量誤差。
• 由于多數(shù)低壓電機(jī)的功率小于110KW,考慮到備品備件的互換性,我們選用的多為200A以下量程的保護(hù)器,這樣既保證了保護(hù)精度,又避免了由于備件規(guī)格過多而給生產(chǎn)帶來的不便。
• 由于分體式保護(hù)器,顯示頭部與電流互感器部分分離,應(yīng)特別注意按出廠編號配對使用,以保證控制精度,不容許交叉使用。
6.2當(dāng)然,該產(chǎn)品也存在一定的缺陷和不足,如能在以下幾方面有所改進(jìn),相信其設(shè)計(jì)將更為完善和科學(xué):
• 對于分體式保護(hù)器,推薦使用國外先進(jìn)的免螺絲安裝方式(或拤扣式),方便現(xiàn)場故障處理和快速更換。
• 完善生產(chǎn)工藝,保證分體式保護(hù)器的互感器部分的通用性,使之在同型號產(chǎn)品間可與任意顯示部分互換。
• 對現(xiàn)場和后臺計(jì)算機(jī)上保護(hù)參數(shù)的設(shè)定,應(yīng)增設(shè)密碼;防止非運(yùn)行人員意外修改。巡檢人員無權(quán)調(diào)用。
• 改進(jìn)分體式保護(hù)器顯示部分與互感器的通訊方式,如改為RS485形式,將更加方便現(xiàn)場安裝調(diào)試。
7 結(jié)束語:
電機(jī)保護(hù)器這種新型電子產(chǎn)品,98年首次在錦化集團(tuán)使用,一直運(yùn)行良好,對各種故障類型均進(jìn)行了準(zhǔn)確的報警顯示,有效的防止了電機(jī)意外燒毀的發(fā)生,為公司節(jié)約了大量的資金。因此,廣泛的采用電動機(jī)智能保護(hù)器,不但可以提高工藝控制的準(zhǔn)確性、科學(xué)性,降低事故率,而且對于提高電氣控制系統(tǒng)的自動化水平和發(fā)展國民經(jīng)濟(jì),也必將起到積極的推動作用。
參考文獻(xiàn) 《電機(jī)拖動基礎(chǔ)》,機(jī)械出版社出版 《JDB-2K電動機(jī)智能保護(hù)器》說明書。
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