淺談智能電機保護器在電廠脫硫系統的應用

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、抗干擾能力強、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。

參考文獻：

[1]孟晨,王陽.新型電動機綜合保護器在電站脫硫系統的應用[J].科技風,2021,6.

[2]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022.05版.