淺談TDB智能電動機(jī)保護(hù)器的應(yīng)用
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。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6A、60A、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)。
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。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6A、60A、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)。
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