淺談智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器在煤礦電機(jī)上的應(yīng)用

徐霜

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

 目前煤礦系統(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(guò)載保護(hù)元件，因其體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)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(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)，大部分損壞的電機(jī)，都是由于過(guò)流、堵轉(zhuǎn)、過(guò)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?zhǔn)?。如果能提前預(yù)警，及時(shí)處理，就能大大地避免對(duì)設(shè)備電機(jī)造成的傷害，延長(zhǎng)其使用壽命，降低了維修成本，提高運(yùn)行系數(shù)。

基于以上原因，對(duì)煤礦設(shè)備電機(jī)的保護(hù)改進(jìn)上也勢(shì)在必行。目前，市場(chǎng)上電機(jī)保護(hù)產(chǎn)品未有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，型號(hào)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(lái)諸多不便。所以我們要根據(jù)自己的實(shí)際情況，考慮實(shí)際要求，來(lái)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(duì)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)器上一定要考慮電機(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(chǎng)實(shí)際需求，做到經(jīng)濟(jì)性和可靠性的統(tǒng)一，具有較高的性能價(jià)格比。

2 智能電機(jī)保護(hù)器的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用與選型

以我們用常見(jiàn)的智能型保護(hù)器為例來(lái)說(shuō)明，介紹一下電機(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一些參考。

常見(jiàn)的幾種引起電機(jī)故障源輸入信號(hào)連接方式。主要有：電壓信號(hào)輸入、電流信號(hào)輸入、零序信號(hào)輸入、溫度信號(hào)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(dòng)信號(hào)。RS485通訊接口可用來(lái)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)連接監(jiān)測(cè)控制電機(jī)，作為大型設(shè)備和危險(xiǎn)操作場(chǎng)所是*的。開(kāi)關(guān)量信號(hào)輸入可作為電機(jī)啟動(dòng)模式選擇，使用比較靈活。作為擴(kuò)展功能備用。

2.1 欠壓、過(guò)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，電壓降低到一定程度，電機(jī)就會(huì)出現(xiàn)疲勞、堵轉(zhuǎn)，達(dá)到幾倍的過(guò)電流。有時(shí)，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(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，會(huì)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(guò)壓

外因：由雷擊引起。

操作過(guò)電壓：由分閘、合閘等開(kāi)關(guān)操作引起線路電感在器件兩端感應(yīng)出的過(guò)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(dòng)作，斷開(kāi)常閉觸點(diǎn)、使KM斷電，主觸頭斷開(kāi)，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)一部分設(shè)備采用三相不接地供電。當(dāng)供電系統(tǒng)中，某一相斷電，會(huì)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(dòng)作。切斷KM接觸器。

2.2 過(guò)流保護(hù)

過(guò)流保護(hù)是電機(jī)保護(hù)中的要點(diǎn)，對(duì)電機(jī)的危害也大。主要包括過(guò)載、短路、堵轉(zhuǎn)、三相不平衡等。我們把電流互感器作為檢測(cè)和輸入元件。

2.2.1 過(guò)載

如果在某種情況下使電機(jī)的實(shí)際使用功率超過(guò)電機(jī)的額定功率，則稱這種現(xiàn)象為電機(jī)過(guò)載。過(guò)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。一旦超出正常范圍，保護(hù)機(jī)構(gòu)動(dòng)作，切斷接觸器，同時(shí)發(fā)出過(guò)載信號(hào)。

2.2.2 短路

三相電機(jī)的短路情況復(fù)雜一些，有單相接地短路，也有相間短路；單相接地短路時(shí)中任意一相與PE線直接短接了，一般不會(huì)燒毀電機(jī)，但是會(huì)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(huì)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，絕緣損壞一般是電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間過(guò)載運(yùn)行造成。當(dāng)電機(jī)絕緣破壞、內(nèi)部匝間短路、接線錯(cuò)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(dòng)作，避免事故進(jìn)一步擴(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(wèn)題（軸承損壞、掃膛）、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、變速器等，上述任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，都是導(dǎo)致堵轉(zhuǎn)的原因。堵轉(zhuǎn)會(huì)使電機(jī)電流持續(xù)增加，可達(dá)額定電流的7倍，時(shí)間稍長(zhǎng)就會(huì)燒壞電機(jī)，當(dāng)電流值達(dá)到保護(hù)器設(shè)定值時(shí)，保護(hù)器動(dòng)作。

2.3 零序保護(hù)

零相序保護(hù)輸入端，正常運(yùn)行的電機(jī)電流大小、向量之和等于零，零序互感器二次線圈的電流也為零，當(dāng)發(fā)生接地故障時(shí)，零序互感器二次線圈將出現(xiàn)較大的電流，發(fā)出信號(hào)切斷供電，零序保護(hù)主要用來(lái)作為漏電保護(hù)。

2.4 溫度檢測(cè)

高溫是電機(jī)絕緣的故障，有時(shí)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(shí)，應(yīng)該加以保護(hù)。在電機(jī)內(nèi)部安裝一個(gè)熱敏元件，當(dāng)環(huán)境溫度變化、散熱不良等一些原因，設(shè)備出現(xiàn)異常致使溫度升高，超出我們?cè)O(shè)定的溫度范圍，保護(hù)器執(zhí)行保護(hù)動(dòng)作，斷開(kāi)電機(jī)回路，避免高溫帶來(lái)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(duì)一些不經(jīng)常距離遠(yuǎn)、危險(xiǎn)場(chǎng)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(yùn)行，又可保證人員工作正常，使生產(chǎn)順利進(jìn)行。

對(duì)于一般電機(jī)，以上保護(hù)環(huán)節(jié)已經(jīng)基本能滿足現(xiàn)場(chǎng)需要。當(dāng)然還要考慮到現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，如現(xiàn)場(chǎng)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(duì)電網(wǎng)波動(dòng)敏感程度等。

經(jīng)過(guò)以上改進(jìn)，使我們能夠提前預(yù)知電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，在出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，能夠及早判斷。通過(guò)保護(hù)器的回看功能，還能判斷出現(xiàn)問(wèn)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(shí)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(dòng)方式選擇等。

保護(hù)器在類型上分為：一般普通型、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 一般普通型

結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，主要功能以突出過(guò)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(yùn)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(cè)量、通訊、顯示為一體。整定電流采用數(shù)字設(shè)定，用戶可以自行對(duì)各種參數(shù)修正。

3.3 智能監(jiān)中文顯示控型

智能漢字顯示更適合國(guó)內(nèi)，與其他類型相比，功能更加完善。此類產(chǎn)品對(duì)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，使界面更加直觀醒目，并且支持遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)通訊功能。啟動(dòng)方式有多種選擇，并有存儲(chǔ)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(duì)某臺(tái)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(xiàng)

在選擇保護(hù)器的同時(shí)，還要考慮到以下幾種因素：

(1)電動(dòng)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(dòng)機(jī)使用方向：指拖動(dòng)機(jī)械設(shè)備要求。

(4)控制系統(tǒng)：控制模式有手動(dòng)、自動(dòng)化程序等工作運(yùn)行。啟動(dòng)方式有直接、降壓、星三角、頻敏變阻器、變頻器、軟起動(dòng)等啟動(dòng)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(dòng)還是空載啟動(dòng)，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(dòng)瞬間的電流值與額定電流值之間的時(shí)間差。

(7)其他方面：如生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)電動(dòng)機(jī)位置的隨意性、啟動(dòng)停止的頻繁程度等。

5 安科瑞ARD系列智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器介紹與綜合選型

5.1產(chǎn)品簡(jiǎn)介

ARD該系列低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器，具有過(guò)載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、堵轉(zhuǎn)等保護(hù)功能。可與接觸器、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，具有遠(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。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(yǔ)

通常選用電機(jī)保護(hù)器，要充分考慮到電機(jī)的過(guò)載能力，避免損壞。提高可靠性和生產(chǎn)的連續(xù)性。力爭(zhēng)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(jià)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(yùn)行是否會(huì)對(duì)生產(chǎn)造成影響以及影響的程度等因素。

通過(guò)以上改造，必定能改善供電、用電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并且對(duì)煤礦電氣控制系統(tǒng)的自動(dòng)化水平提高了一個(gè)臺(tái)階，同時(shí)大大降低了維修成本，提高了電機(jī)的運(yùn)行效率，增加了經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)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(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2019.11