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      淺談智能型電機(jī)保護(hù)控制器在水泥廠的應(yīng)用與思考

      2020年07月17日 14:31:58人氣:1614來(lái)源:江蘇安科瑞電器制造有限公司

      摘要:傳統(tǒng)的水泥廠對(duì)電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)都是利用熱繼電器這種控制元件,但是隨著水泥廠生產(chǎn)工藝朝著自動(dòng)化方向轉(zhuǎn)變和自動(dòng)化工藝的到來(lái),使得熱繼電器無(wú)法使用于電動(dòng)機(jī),隨之采用將一種新型的電動(dòng)機(jī)保護(hù)器來(lái)作為電動(dòng)機(jī)的保護(hù)元件。采用電動(dòng)機(jī)保護(hù)器作為保護(hù)裝置,使得電動(dòng)機(jī)的安全系數(shù)在原來(lái)的基礎(chǔ)上顯著提高。在此基礎(chǔ)上,對(duì)于電動(dòng)機(jī)的控制也漸漸趨向部分自動(dòng)化。本文主要對(duì)電機(jī)保護(hù)器的原理及優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了分析,并提出了電機(jī)保護(hù)器的選用原則。

      關(guān)鍵詞:電動(dòng)機(jī)保護(hù)器 原理 優(yōu)勢(shì)

      隨著電氣自動(dòng)化時(shí)代的到來(lái),對(duì)于水泥廠的電機(jī)保護(hù)元件來(lái)說(shuō),原來(lái)的熱繼電器漸漸被取代,取而代之的則是一種新型的電動(dòng)機(jī)智能保護(hù)器,簡(jiǎn)稱電機(jī)保護(hù)器。原來(lái)的熱繼電器雖然在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面比較簡(jiǎn)單、體積小,使用起來(lái)也比較方便,投入成本也較低。但是由于其在設(shè)計(jì)方面精度比較低、動(dòng)作也不穩(wěn)定,而且在使用過(guò)程中容易誤動(dòng)作,在保護(hù)電機(jī)方面功能過(guò)于單一,導(dǎo)致不能實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)測(cè),所以漸漸被替代。大多數(shù)的水泥廠也都在使用智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器檢測(cè)系統(tǒng)。

      一、對(duì)于電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的簡(jiǎn)單介紹

      1.1、電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的元器件組成

      電動(dòng)機(jī)保護(hù)器有一定的硬件部分的設(shè)置,電動(dòng)機(jī)自帶有標(biāo)準(zhǔn)的485接口,這樣對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)組網(wǎng)比較便捷,而且可以構(gòu)成不同種類的控制系統(tǒng),如集中式控制系統(tǒng)、集散式控制系統(tǒng)以及分布式的控制系統(tǒng)。主要原理就是通過(guò)增加輸出模塊的模擬量,從而輸出4?20mA的模擬量信號(hào)。將這種信號(hào)傳輸給系統(tǒng),對(duì)于用戶集中控制系統(tǒng)有一定的作用。在此基礎(chǔ)上,將微處理技術(shù)運(yùn)用于電機(jī)保護(hù)器,并且采用模塊化的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),對(duì)于控制系統(tǒng)有積極的作用。因?yàn)槟K化結(jié)構(gòu)產(chǎn)品體積非常小,而且結(jié)構(gòu)看起來(lái)緊湊,在安裝方面也較為便捷。另外,電動(dòng)機(jī)控制單元是由低壓斷路器、電動(dòng)機(jī)以及接觸器等電控元件組成。除此之外,還有比較方便的連鎖功能,增加了其開(kāi)啟方式。如可利用直接保護(hù)的啟動(dòng)方式或者利用電阻進(jìn)行降壓的方式進(jìn)行啟動(dòng),也可以釆取三角形的方式進(jìn)行啟動(dòng)。由上述可知,電動(dòng)機(jī)保護(hù)器是由兩部分組成的:一部分就是比較重要的模塊,稱之為主要模塊,這部分的功能是完成測(cè)量以及保護(hù)等比較重要的功能;另一部分則是輔助性的模塊,這部分主要是為主要模塊服務(wù)的,主要是由顯示部分、外置的電流互感器以及外置的漏電互感器組成。

      1.2、對(duì)保護(hù)器的顯示模塊以及主體模塊進(jìn)行介紹

      對(duì)于顯示模塊來(lái)說(shuō),它的工作原理主要是通過(guò)一定的平臺(tái),如LPC2 134平臺(tái),測(cè)量并設(shè)定具體的參數(shù),并通過(guò)人機(jī)的界面顯示出來(lái),對(duì)少部分參數(shù)進(jìn)行設(shè)定并操作,從而查看設(shè)備運(yùn)行的情況、出現(xiàn)的故障以及相應(yīng)的報(bào)警信息。顯示模塊對(duì)于參數(shù)等信息的顯示主要釆用的是液晶顯示的方式,而主體部分的顯示主要是由點(diǎn)陣式的液晶組成的,全部使用的都是中文顯示菜單。

      和顯示模塊不同的是,主模塊相對(duì)來(lái)說(shuō)組成比較復(fù)雜。主模塊分為不同的幾個(gè)部分,如釆樣電路(針對(duì)電流、電壓、溫度設(shè)置的)、端子按鈕采集電路、數(shù)字信號(hào)處理器、出口繼電器、顯示端口以及通訊部分。主模塊主要釆用的是交流采樣的技術(shù),經(jīng)過(guò)采樣10倍的電流值,而且使用的是雙看門(mén)狗的設(shè)計(jì)技術(shù)以及性能非常好的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng),因?yàn)檫@種數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)擴(kuò)展性和集成度都比其他系統(tǒng)高。這部分使用的軟件分為以下幾個(gè)部分,如電流、電壓、溫度、漏電以及接觸器等狀態(tài)釆樣。在此基礎(chǔ)上,它是通過(guò)電機(jī)本身的性質(zhì),并通過(guò)采集電流、電壓、漏電以及熱電阻等部分狀態(tài)。在此基礎(chǔ)上,利用提前設(shè)定的運(yùn)行方式來(lái)計(jì)算電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的基本工況。電機(jī)本身有一個(gè)保護(hù)定值,可以根據(jù)保護(hù)定值來(lái)判斷是保護(hù)還是報(bào)警。當(dāng)進(jìn)行相關(guān)保護(hù)的時(shí)候,要及時(shí)進(jìn)行切斷電源和存儲(chǔ)的操作,以供査詢。除此以外,對(duì)于硬件部分來(lái)說(shuō),主要是通過(guò)電流互感器非接觸采集電動(dòng)機(jī)所通過(guò)的電流、電壓以及接觸器的相關(guān)狀態(tài)、電機(jī)溫度等一些信號(hào),在此基礎(chǔ)上判斷是否要進(jìn)行報(bào)警操作或者是跳閘保護(hù)操作以及相關(guān)的連鎖功能。

      1.3、電機(jī)保護(hù)器的功能

      將電機(jī)保護(hù)器運(yùn)用于水泥廠的電機(jī),主要有以下作用:頻率保護(hù);溫度保護(hù);過(guò)載或過(guò)壓保護(hù)、斷相保護(hù)、相序保護(hù)、不平衡保護(hù)、堵轉(zhuǎn)、漏電以及接地保護(hù)等,而且端子功能是可進(jìn)行編程的。

      二、關(guān)于監(jiān)控管理系統(tǒng)的介紹

      2.1、監(jiān)控管理系統(tǒng)的工作原理

      采用不同的總線,即過(guò)程總線:過(guò)程總線的傳送速度在9.6?12 m波特之間選擇,而且在總線系統(tǒng)開(kāi)始啟動(dòng)的時(shí)候,所有在總線上連接的設(shè)備的速度都是相同的;而過(guò)程總線也基本上用于一些工程的自動(dòng)化車間里邊,主要是進(jìn)行車間監(jiān)控以及相關(guān)的數(shù)據(jù)通信。目標(biāo)主要是連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備到車間監(jiān)控的數(shù)字控制以及現(xiàn)場(chǎng)的通信網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)了工廠的自動(dòng)化控制。其基本的特征是開(kāi)放式且不依賴廠家的一種總線標(biāo)準(zhǔn),意思就是不同廠商生產(chǎn)的設(shè)備不用廠商對(duì)其進(jìn)行特別的設(shè)置或調(diào)整就能進(jìn)行通信。還有一種網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議總線,這種總線的成本比較低廉,普遍使用于低速現(xiàn)場(chǎng)。而且網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議總線的保護(hù)器是通過(guò)一個(gè)通訊管理機(jī)接入監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的,而過(guò)程總線不同于網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議總線,它是直接接入服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)的。服務(wù)器是和工程師所在的站點(diǎn)以及操作員所在的站點(diǎn),通過(guò)交換機(jī)連接在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)的。所以,服務(wù)器釆集各電機(jī)各個(gè)狀態(tài)的工況主要是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)。在此基礎(chǔ)上,為工程師所在的站點(diǎn)和操作員所在的站點(diǎn)共同服務(wù)。

      2.2、監(jiān)控管理系統(tǒng)的選用原則

      電機(jī)保護(hù)器可以根據(jù)不同的方式分為不同種類,按照額定工作電壓以及電流范圍分類,可以分為380V220V兩種;對(duì)應(yīng)的電流范圍為6A、60A兩種等級(jí)。這種電機(jī)保護(hù)器在使用的時(shí)候,先要了解到電機(jī)所在控制回路的工作電壓以及負(fù)載的額定電流,然后據(jù)此選擇對(duì)應(yīng)的電流量程范圍。在現(xiàn)實(shí)的工程實(shí)踐中,因?yàn)榇蟛糠炙鄰S工廠由于工程量比較大、產(chǎn)量也比較大,所以使用的都是大型的電動(dòng)機(jī)。為了提高其互換性,減少備用件的數(shù)量。對(duì)于功率在110kW或者功率更高的電機(jī)來(lái)說(shuō),都是通過(guò)在主回路裝電流互感器的方式進(jìn)行保護(hù)的。即先將一次電流轉(zhuǎn)變?yōu)樾∮?A的二次電流,然后接入量程范圍為6A的電動(dòng)機(jī)保護(hù)器。在此基礎(chǔ)上,控制和保護(hù)了大型設(shè)備的電機(jī)。

      除此之外,電機(jī)保護(hù)器也可以按照其結(jié)構(gòu)形式的不同進(jìn)行分類,可以分為一體式的電機(jī)保護(hù)器和分體式的電機(jī)保護(hù)器。對(duì)于一體式的電機(jī)保護(hù)器來(lái)說(shuō),其結(jié)構(gòu)是一個(gè)整體,這種電機(jī)保護(hù)器主要運(yùn)用于固定柜安裝;而對(duì)于分體式的電機(jī)保護(hù)器來(lái)說(shuō),它分為顯示器部分以及互感器部分,而且在固定的范圍內(nèi)是可以隨意進(jìn)行安裝的,所以比較適合在新型抽屜式的開(kāi)關(guān)柜中安裝。在工程實(shí)踐中,因?yàn)榇蟛糠质怯玫亩际堑蛪旱某閷鲜降拈_(kāi)關(guān)柜,所以將顯示的表頭直接鑲嵌安裝在開(kāi)關(guān)抽屜的活動(dòng)面板里。在此程度上使得柜內(nèi)的接線變得簡(jiǎn)單,而且系統(tǒng)隨時(shí)也能調(diào)整、設(shè)置參數(shù)以及實(shí)現(xiàn)顯示、監(jiān)控的功能。顯示面板對(duì)于設(shè)備運(yùn)行的實(shí)時(shí)情況以及出現(xiàn)的狀況能夠隨時(shí)檢測(cè)和顯示,便于對(duì)設(shè)備更好地了解,對(duì)于隨時(shí)出現(xiàn)的故障也能及時(shí)進(jìn)行處理和檢修。在一定程度上提高了對(duì)電機(jī)的保護(hù)效果,提升了生產(chǎn)效率。

      三、安科瑞ARD3電動(dòng)機(jī)保護(hù)器

      3.1、 ARD3電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的介紹

      ARD3智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器(以下簡(jiǎn)稱ARD3),適用于額定電壓至AC690V、額定電流至AC800A、額定頻率為50/60Hz的電動(dòng)機(jī)。產(chǎn)品體積小,結(jié)構(gòu)緊湊,安裝方便,在低壓控制終端柜和1/4模數(shù)及以上各種抽屜柜中可直接安裝使用,提高了控制回路的可靠性和自動(dòng)化水平。

      ARD3采用模塊化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式,包括主體控制模塊、互感器模塊和顯示模塊,并可根據(jù)需要選配ARD3的其他功能模塊或附件,與接觸器、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器等電器元件構(gòu)成電動(dòng)機(jī)控制保護(hù)單元,有遠(yuǎn)程自動(dòng)控制、現(xiàn)場(chǎng)直接控制、面板指示、信號(hào)報(bào)警、現(xiàn)場(chǎng)總線通信等功能。適用于煤礦、石化、冶煉、電力、船舶、以及民用建筑等領(lǐng)域。詳見(jiàn)圖1-圖2。

       

      1 智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器動(dòng)作示意圖

      2 過(guò)載特性曲線圖

      安科瑞ARD3系列電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的功能如下:

      1輔助電源支持AC85V~265V/DC110V~350或AC380V±10%(需另配380V電源模塊)。

      2測(cè)量功能分為基本測(cè)量(電流參數(shù))和增選測(cè)量(電壓、功率、相序、剩余電流(漏電流))。

      3具有起動(dòng)超時(shí)、過(guò)載、堵轉(zhuǎn)、阻塞、欠載、斷相、不平衡、剩余電流(接地/漏電)、溫度、外部故障、相序、

      4過(guò)壓、欠壓、欠功率、過(guò)功率、tE時(shí)間等電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)功能。

      59路DI無(wú)源干節(jié)點(diǎn)輸入,信號(hào)電源采用內(nèi)置DC24V電源。

      65路DO輸出,滿足直接起動(dòng),星—三角起動(dòng),自耦變壓器起動(dòng),軟起動(dòng)等多種起動(dòng)方式,通過(guò)通訊總線可實(shí)現(xiàn)。

      1. 遠(yuǎn)程主站對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)遙控“起/停”操作。
      2. 抗晃電確保電動(dòng)機(jī)運(yùn)行不間斷,重起動(dòng)功能在短時(shí)欠壓、失壓時(shí)用于電動(dòng)機(jī)分批重起。
      3. 具有標(biāo)準(zhǔn)的RS-485通訊接口,采用Modbus_RTU、Profibus_DP通訊協(xié)議,保證了上位機(jī)通訊的快速可靠。
      4. 具有DC4-20mA模擬量輸出接口,直接與DCS系統(tǒng)相接,可實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的監(jiān)控。
      5. 具有系統(tǒng)時(shí)鐘和20次故障記錄功能,系統(tǒng)時(shí)鐘記錄當(dāng)前時(shí)間(日、時(shí)、分、秒),故障記錄功能記錄故障原因。
      6. 顯示部分采用全中文液晶顯示。

      可以替代各種電量表、信號(hào)燈、熱繼電器、電量變送器等常規(guī)元件,減少了柜內(nèi)電纜連接及現(xiàn)場(chǎng)施工量,可靠性和綜合性價(jià)比遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)方案。

      3.2、 電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的選型

       

                                  型號(hào)

      功能

      ARD2

      ARD2L

      ARD2F

      ARD3

      ARD3T

      應(yīng)用場(chǎng)合

      低壓0.4kv-1.14kv電動(dòng)機(jī)保護(hù)

      護(hù)功能

      起動(dòng)超時(shí)

      過(guò)載

      欠載

      短路

      阻塞

      堵轉(zhuǎn)

      不平衡

      反饋超時(shí)

       

       

       

       

      外部故障

      模塊結(jié)構(gòu)故障

       

       

       

       

      內(nèi)部故障

       

       

       

       

      過(guò)壓

       

       

      欠壓

       

       

      斷相

      相序

       

       

      過(guò)功率

       

       

       

      欠功率

       

       

      tE時(shí)間

       

       

      主體溫度保護(hù)

       

       

      主體溫度傳感器故障

       

       

       

       

      模塊溫度保護(hù)

       

       

       

       

      模塊溫度傳感器故障

       

       

       

       

      報(bào)警

      失壓重起(抗晃電)

       

       

      4-20mA輸入保護(hù)

       

       

       

       

      剩余電流

      (選一種)

      接地

      漏電

      通訊功能

      Modbus_RTU

      Modbus_RTU

       

       

      Profibus_DP

       

       

      DeviceNet

       

       

       

      開(kāi)關(guān)量輸入

      2

       

       

       

      6

       

       

       

       

       

      8

       

       

       

       

      4路標(biāo)配4路選配

      9

       

       

       

      繼電器輸出

      4

      2路標(biāo)配

      2路選配

       

       

       

      5

       

       

      2路標(biāo)配

      3路選配

       

      6

       

       

       

       

       

      7

       

       

       

       

      4路標(biāo)配3路選配

      液位信號(hào)輸入

      浮球式液位傳感器輸入

       

       

       

       

       

      干簧式液位傳感器輸入

       

       

       

       

       

      液位變送輸入

       

       

       

       

       

      起動(dòng)控制

       

       

      4-20mA模擬量輸出

      事件記錄

      8條事件記錄

       

       

      20條事件記錄

       

       

       

      運(yùn)行信息記錄

       

       

      邏輯功能

      定時(shí)器

       

       

       

       

      計(jì)數(shù)器

       

       

       

       

      真值表

       

       

       

       

      參數(shù)測(cè)量

      三相電流

      漏電流

       

       

      三相電壓

       

       

      功率、功率因數(shù)

       

       

      頻率

      電能

       

       

       

      PTC/NTC

       

       

      4-20mA輸入

       

       

       

       

      測(cè)溫模塊

       

       

       

       

      液位高度

       

       

       

       

       

      界面顯示

      LED數(shù)碼管顯示

       

       

       

       

      LCD液晶顯示

       

      說(shuō)明:√”表示具備 “■”表示可選

      四、結(jié)語(yǔ)

      本文主要對(duì)電機(jī)保護(hù)器的原理及優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了分析,并提出了電機(jī)保護(hù)器的選用原則:對(duì)固定柜安裝釆用一體式的電機(jī)保護(hù)器,對(duì)抽屜式的開(kāi)關(guān)柜安裝采用分體式的電機(jī)保護(hù)器,或者按照額定的工作電壓及電流的范圍進(jìn)行分類,如220V或者380V兩種。對(duì)水泥廠的電機(jī)來(lái)說(shuō),主要采用的是后者。這在一定程度上預(yù)防了電機(jī)的燒毀,保證了設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

      參考文獻(xiàn)

      【1】趙麗.電機(jī)保護(hù)器在水泥廠的應(yīng)用與思考

      2黃燕生,嚴(yán)方,林書(shū)婷.PROFIBUS應(yīng)用工程中故障問(wèn)題的研究與實(shí)踐[J].輕工科技,2012(8).

      3安科瑞工業(yè)用0.4KV測(cè)控類保護(hù)產(chǎn)品選型手冊(cè)2018.7

      4安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用手冊(cè).2019.11版

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