淺談智能電動機保護器在煤礦電機上的應用

淮亞利

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，大部分采用熱繼電器，作為電機的過載保護元件，因其體積小、結(jié)構(gòu)簡單、成本低等優(yōu)點在生產(chǎn)中得到了廣泛應用。但由于熱繼電器靈敏度低、誤差大、穩(wěn)定性差，保護不可靠。受環(huán)境、溫度、本身材料等影響，在保護電機方面，已經(jīng)不能適應現(xiàn)代化煤礦生產(chǎn)的需要。

1 煤礦設(shè)備電機損壞原因及改進的目的

在維修車間的維修過程中，我們發(fā)現(xiàn)，大部分損壞的電機，都是由于過流、堵轉(zhuǎn)、過載、斷相、欠電壓造成。而造成這些電機損壞的原因卻不盡相同，往往保護電路失靈、失效、參數(shù)選擇不正確等，都是造成事故電機損壞的罪魁禍首。如果能提前預警，及時處理，就能大大地避免對設(shè)備電機造成的傷害，延長其使用壽命，降低了維修成本，提高運行系數(shù)。

基于以上原因，對煤礦設(shè)備電機的保護改進上也勢在必行。目前，市場上電機保護產(chǎn)品未有統(tǒng)一標準，型號規(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，給使用選型帶來諸多不便。所以我們要根據(jù)自己的實際情況，考慮實際要求，來選擇保護模式和方式。

大部分煤礦地處偏僻，環(huán)境惡劣。對電機保護器選型也提出了苛刻的要求。所以在選擇保護器上一定要考慮電機與保護器的合理配用關(guān)系。理想的電機保護器不是功能多，也不是所謂先進的，而是應該滿足現(xiàn)場實際需求，做到經(jīng)濟性和可靠性的統(tǒng)一，具有較高的性能價格比。

2 智能電機保護器的現(xiàn)場應用與選型

以我們用常見的智能型保護器為例來說明，介紹一下電機保護器外部輸入與保護器的配合關(guān)系，以便給選型和使用提供一些參考。

常見的幾種引起電機故障源輸入信號連接方式。主要有：電壓信號輸入、電流信號輸入、零序信號輸入、溫度信號輸入。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)動信號。RS485通訊接口可用來遠程計算機連接監(jiān)測控制電機，作為大型設(shè)備和危險操作場所是*的。開關(guān)量信號輸入可作為電機啟動模式選擇，使用比較靈活。作為擴展功能備用。

2.1 欠壓、過壓、缺相保護

2.1.1 欠壓

當出現(xiàn)不正常的情況，電壓降低到一定程度，電機就會出現(xiàn)疲勞、堵轉(zhuǎn)，達到幾倍的過電流。有時，在電壓恢復的瞬間，快要停轉(zhuǎn)或已經(jīng)停轉(zhuǎn)的電機同時運轉(zhuǎn)，會導致線路電壓的重新下降，在配電系統(tǒng)中要盡量避免。所以，接入欠壓保護是十分必要的。

2.1.2 過壓

外因：由雷擊引起。

操作過電壓：由分閘、合閘等開關(guān)操作引起線路電感在器件兩端感應出的過電壓。

當中，其相電壓高于我們預設(shè)的保護電壓值，保護器動作，斷開常閉觸點、使KM斷電，主觸頭斷開，電機停轉(zhuǎn)。從而保護電機。

2.1.3 缺相

在煤礦系統(tǒng)中，有相當一部分設(shè)備采用三相不接地供電。當中，某一相斷電，會使設(shè)備電機電流突然變大，使輸入電壓不正常，當電壓值異常于設(shè)定值，保護器動作。切斷KM接觸器。

2.2 過流保護

過流保護是電機保護中的要點，對電機的危害也大。主要包括過載、短路、堵轉(zhuǎn)、三相不平衡等。我們把電流互感器作為檢測和輸入元件。

2.2.1 過載

如果在某種情況下使電機的實際使用功率超過電機的額定功率，則稱這種現(xiàn)象為電機過載。過載電機的工作電流大于其額定電流，通常在1.5倍以內(nèi)應屬正常范圍。一旦超出正常范圍，保護機構(gòu)動作，切斷接觸器，同時發(fā)出過載信號。

2.2.2 短路

三相電機的短路情況復雜一些，有單相接地短路，也有相間短路；單相接地短路時中任意一相與PE線直接短接了，一般不會燒毀電機，但是會在電機外殼帶電，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，三相短路電流會大得多。電機內(nèi)部短路大都是電機繞組絕緣損壞造成的，絕緣損壞一般是電機長時間過載運行造成。當電機絕緣破壞、內(nèi)部匝間短路、接線錯誤等，都將發(fā)生短路現(xiàn)象，瞬間的短路電流使保護器動作，避免事故進一步擴大。

2.2.3 堵轉(zhuǎn)

當負載突然變大，電機本身內(nèi)部問題（軸承損壞、掃膛）、傳動機構(gòu)、變速器等，上述任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都是導致堵轉(zhuǎn)的原因。堵轉(zhuǎn)會使電機電流持續(xù)增加，可達額定電流的7倍，時間稍長就會燒壞電機，當電流值達到保護器設(shè)定值時，保護器動作。

2.3 零序保護

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

2.4 溫度檢測

高溫是電機絕緣的故障，有時電流值未達到保護值，但是溫度已經(jīng)高到足以損害絕緣狀態(tài)時，應該加以保護。在電機內(nèi)部安裝一個熱敏元件，當環(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，超出我們設(shè)定的溫度范圍，保護器執(zhí)行保護動作，斷開電機回路，避免高溫帶來的設(shè)備損害。

以上我們只做了幾種常用的保護措施輸入，對一些不經(jīng)常、距離遠、危險場所（如高溫、腐蝕），應配合遠程控制功能，既保證設(shè)備的正常運行，又可保證人員工作正常，使生產(chǎn)順利進行。

對于一般電機，以上保護環(huán)節(jié)已經(jīng)基本能滿足現(xiàn)場需要。當然還要考慮到現(xiàn)場環(huán)境，如現(xiàn)場濕度、環(huán)境溫度，操作端與執(zhí)行端距離的要求，設(shè)備維護周期，對電網(wǎng)波動敏感程度等。

經(jīng)過以上改進，使我們能夠提前預知電機運行狀態(tài)，在出現(xiàn)問題時，能夠及早判斷。通過保護器的回看功能，還能判斷出現(xiàn)問題的基本位置，為維修維護提供依據(jù)。

3 保護器選擇分類

現(xiàn)代智能電機保護器還有很多在實際生產(chǎn)中需要的功能，如回看功能、遠程通訊、遠程控制、多種啟動方式選擇等。

保護器在類型上分為：一般普通型、數(shù)碼顯示監(jiān)控型、智能監(jiān)控中文顯示型、專機型。 

3.1 一般普通型

結(jié)構(gòu)比較簡單，主要功能以突出過載、缺相(三相不平衡)堵轉(zhuǎn)等故障保護。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)控型保護器，內(nèi)部電路運用單片機，采用數(shù)碼管作為顯示窗口，智能化綜合保護，集保護、測量、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內(nèi)，與其他類型相比，功能更加完善。此類產(chǎn)品對各種參數(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，并且支持遠程計算機通訊功能。啟動方式有多種選擇，并有存儲回看功能，給后期的維護維修提供了數(shù)據(jù)依據(jù)。

3.4 專機型

針對某臺或某種設(shè)備為主的保護器，保護功能相近，外形和接線方式改變，突出性。

4 保護器在選擇上應注意事項

在選擇保護器的同時，還要考慮到以下幾種因素：

(1)電動機主要參數(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)電動機使用方向：指拖動機械設(shè)備要求。

(4)控制系統(tǒng)：控制模式有手動、自動化程序等工作運行。啟動方式有直接、降壓、星三角、頻敏變阻器、變頻器、軟起動等啟動方式。

(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、查看方便。

(6)靈敏度要求：是帶載啟動還是空載啟動，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瞬間的電流值與額定電流值之間的時間差。

(7)其他方面：如生產(chǎn)現(xiàn)場對電動機位置的隨意性、啟動停止的頻繁程度等。

5 安科瑞ARD系列智能電動機保護器介紹與綜合選型

5.1產(chǎn)品簡介

ARD該系列低壓電動機保護器，具有過載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、堵轉(zhuǎn)等保護功能?？膳c接觸器、電動機起動器等電器元件構(gòu)成電動機控制保護單元，具有遠程自動控制、現(xiàn)場直接控制、面板指示、信號報警、現(xiàn)場總線通信等功能。應用范圍：可廣泛應用于煤礦、石化、冶煉、電力、建筑等行業(yè)的配電領(lǐng)域。

6 結(jié)語

通常選用電機保護器，要充分考慮到電機的過載能力，避免損壞。提高可靠性和生產(chǎn)的連續(xù)性。力爭做到經(jīng)濟合理。在功能選擇上應綜合考慮到電機的本身的價值、負載類型、使用環(huán)境、占主體設(shè)備上的重要程度、停止電機運行是否會對生產(chǎn)造成影響以及影響的程度等因素。

通過以上改造，必定能改善供電、用電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并且對煤礦電氣控制系統(tǒng)的自動化水平提高了一個臺階，同時大大降低了維修成本，提高了電機的運行效率，增加了經(jīng)濟效益，對煤礦生產(chǎn)具有推進作用。

【參考文獻】

[1]  鐘秋海.現(xiàn)代控制理論.[M]高等教育出版社,2004

[2]  袁春艷.智能電機保護器在煤礦設(shè)備電機上的使用與選型

[3]  安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應用手冊2019.11