智能型電動機(jī)保護(hù)器在某石油化工行業(yè)的應(yīng)用

徐霜

（安科瑞電氣股份有限公司，上海 嘉定  201801）

摘要：石油化工行業(yè)是連續(xù)型生產(chǎn)行業(yè)，電動機(jī)是石化行業(yè)的動力來源，其安全穩(wěn)定運(yùn)行對石化企業(yè)的平穩(wěn)生產(chǎn)起著至關(guān)重要的作用，低壓電動機(jī)為石油化工生產(chǎn)中zui常用的機(jī)組，數(shù)量多、種類復(fù)雜，為保證低壓機(jī)組的正常平穩(wěn)運(yùn)行，本文以安科瑞ARD2F電動機(jī)保護(hù)器在某石油化工行業(yè)的應(yīng)用為例進(jìn)行介紹，ARD2F保護(hù)控制器具有常規(guī)的過載、欠載及接地保護(hù)，還具有不平衡、起動超時(shí)及外部故障等保護(hù)^[1]，比較適合作為石油化工電動機(jī)的起動和運(yùn)行保護(hù)，根據(jù)對ARD2F電動機(jī)保護(hù)器的實(shí)驗(yàn)摸索和理論研究，在功能、工程應(yīng)用等方面做出了較為詳細(xì)的敘述，為該保護(hù)裝置應(yīng)用提供了一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：電動機(jī)保護(hù)器、石油化工、工程應(yīng)用

1、引言

    現(xiàn)代石油工業(yè)中，電動機(jī)作為一種拖動機(jī)械，成為所有動力機(jī)械基礎(chǔ)，科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步和工藝控制不斷完善，尤其是自動化生產(chǎn)要求，迫切需要開發(fā)和完善電動機(jī)控制和保護(hù)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程和大型機(jī)械遙控、遙測、遙調(diào)、故障診斷以及集中控制等功能。
　　同時(shí)，石油化工行業(yè)具有大通量、滿負(fù)荷連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)特點(diǎn)，對電機(jī)設(shè)備可靠性和穩(wěn)定性要求*，一旦發(fā)生事故，馬上查找故障原因并及時(shí)，以保證及時(shí)恢復(fù)生產(chǎn)，對于過去一直采用熱繼電器作為電動機(jī)過載保護(hù)和控制元件，受到元件質(zhì)量和工藝限制，已無法滿足日益發(fā)展石油工業(yè)自動化要求，而新型的智能電動機(jī)保護(hù)器，能夠滿足對電動機(jī)的保護(hù)控制要求，作為電動機(jī)保護(hù)元件，電動機(jī)保護(hù)器保障了電機(jī)安全運(yùn)行、取代了熱繼電器，利用通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)控制自動化，并取了經(jīng)濟(jì)效益^[2]，本文主要對安科瑞ARD2F保護(hù)器的功能及其在某石油化工行業(yè)的應(yīng)用進(jìn)行具體介紹。

2、石油化工對保護(hù)器功能要求

    石油化工行業(yè)電機(jī)是大容量、高負(fù)荷連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備，因而對其可靠性、穩(wěn)定性及功能要求*，某石油化工運(yùn)行電機(jī)對ARD2F保護(hù)器具體功能要求為：

（1）過載保護(hù)功能

    電動機(jī)在過負(fù)載情況下，長時(shí)間超過其額定電流運(yùn)行時(shí)，會導(dǎo)致電動機(jī)過熱，絕緣降低而燒毀，保護(hù)器根據(jù)電動機(jī)的發(fā)熱特性，計(jì)算電動機(jī)的熱容量，模擬電動機(jī)發(fā)熱特性對電動機(jī)進(jìn)行保護(hù)，當(dāng)保護(hù)器監(jiān)測到電動機(jī)過載運(yùn)行了，保護(hù)器應(yīng)在報(bào)警或脫扣（延時(shí)）設(shè)定時(shí)間內(nèi)發(fā)出報(bào)警或脫扣信號。

(2) 堵轉(zhuǎn)保護(hù)功能

    電動機(jī)在起動過程中，如果由于負(fù)荷過大或自身機(jī)械原因，造成電動機(jī)軸被卡住，而未及時(shí)解除故障，將造成電機(jī)過熱，絕緣降低而燒毀電機(jī)，堵轉(zhuǎn)保護(hù)適用于電動機(jī)起動發(fā)

生此類故障時(shí)進(jìn)行保護(hù)。

(3) 三相不平衡保護(hù)功能

    斷相/不平衡故障運(yùn)行時(shí)對電動機(jī)的危害很大，當(dāng)電動機(jī)發(fā)生斷相或三相電流嚴(yán)重不平衡時(shí)，如不平衡率達(dá)到保護(hù)設(shè)定值時(shí)，保護(hù)器按照設(shè)定的要求保護(hù)，發(fā)出停車或報(bào)警，確保電動機(jī)的安全運(yùn)行。

    三相不平衡率計(jì)算公式為：|I-Iav|/IX，Iav為三相電流平均值，當(dāng)Iav小于Ie時(shí)，分母IX =Ie；當(dāng)Iav大于Ie時(shí)，分母IX =Iav。

(4) 故障判斷及記錄功能

    石油化工生產(chǎn)現(xiàn)場電動機(jī)運(yùn)行過程中，需要電動機(jī)保護(hù)器對電動機(jī)進(jìn)行檢測，判斷電動機(jī)正常、過載、短路、斷相、過壓、欠壓、過熱等工況并作相應(yīng)處理，當(dāng)電動機(jī)出現(xiàn)某種故障時(shí)，保護(hù)器切斷電動機(jī)電源并處于保護(hù)狀態(tài)，保存故障類型、時(shí)間及電機(jī)運(yùn)行參數(shù)，電機(jī)保護(hù)器通過識別與記憶電路對故障予以設(shè)別、記憶和指示，以便于維修，只有故障排除后，復(fù)位保護(hù)器，故障指示燈消失，保證電動機(jī)能夠再次啟動。

(5) 抗晃電功能

    在石油化工生產(chǎn)過程中，主電路欠電壓故障或失壓停車，若在“立即重起動時(shí)間"內(nèi)電壓恢復(fù)至允許重起動設(shè)定正常值以上時(shí)，保護(hù)器可使現(xiàn)場電動機(jī)立即恢復(fù)至電動機(jī)停車前的運(yùn)行狀態(tài)，不經(jīng)過起動延時(shí)、降壓等過程，若超過“立即重起動失壓時(shí)間"，而在“延時(shí)重起動延時(shí)時(shí)間"設(shè)定時(shí)間內(nèi)，電壓恢復(fù)至欠電壓（失壓）重起動設(shè)定值以上，現(xiàn)場電機(jī)按“延時(shí)重起動延時(shí)時(shí)間"延時(shí)起動，與正常起動的過程相同，延時(shí)時(shí)間允許誤差為±10%，若超過“延時(shí)重起動延時(shí)時(shí)間"后電壓恢復(fù)，則電動機(jī)不再自動重起動，恢復(fù)電壓值誤差不大于±10%，采用具有抗晃電保護(hù)功能的保護(hù)器，能夠確保電動機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行，并減少系統(tǒng)投資，在石化行業(yè)使用具有實(shí)際意義。

(6) 在線監(jiān)測功能

    控制室操作人員可通過保護(hù)器的通訊，在后臺人機(jī)界面上完成所有石油化工現(xiàn)場電動機(jī)保護(hù)器各種保護(hù)整定參數(shù)讀取、修改和整定，同時(shí)，在線監(jiān)測電機(jī)運(yùn)行負(fù)載和供電電源質(zhì)量，為及早發(fā)現(xiàn)過載和接故障等，創(chuàng)造了條件，后臺人機(jī)界面強(qiáng)大的信息管理功能，可記錄各臺電機(jī)型號、運(yùn)行方式、和歷史維護(hù)記錄，為保證工藝系統(tǒng)安全生產(chǎn)、減少事故停車，提供了可靠依據(jù)。

    安科瑞ARD2F電動機(jī)保護(hù)器能對電動機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的起動超時(shí)、過載、堵轉(zhuǎn)、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、阻塞、過壓、欠壓、繞組超溫等多種情況進(jìn)行保護(hù)，能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)行時(shí)間、次數(shù)統(tǒng)計(jì)等功能，對電機(jī)的運(yùn)行電流、電壓、運(yùn)行時(shí)間、起動次數(shù)、報(bào)警和故障信息等進(jìn)行監(jiān)視，設(shè)有SOE故障事件記錄功能，方便現(xiàn)場維護(hù)人員查找故障原因，并通過LCD中文液晶顯示屏、狀態(tài)指示燈等各種方式，將電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)清晰、直觀地顯示出來，該保護(hù)器具有RS485遠(yuǎn)程通訊接口，DC4~20mA模擬量輸出，方便與PLC、PC等控制機(jī)組成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)在人機(jī)界面對電動機(jī)監(jiān)視，滿足石油化工行業(yè)對電動機(jī)保護(hù)器的需求。
3、典型工程應(yīng)用案例

    在石化行業(yè)工程應(yīng)用中，由于石化裝置電機(jī)較多，因此需要選用電動機(jī)保護(hù)裝置來對電機(jī)保護(hù)，既能使電動機(jī)充分發(fā)揮過載能力，又能免于損壞，而且還能提高電力拖動系統(tǒng)的可靠性和生產(chǎn)的連續(xù)性，具體的應(yīng)用選擇應(yīng)綜合考慮電機(jī)的本身的價(jià)值、負(fù)載類型、使用環(huán)境、電機(jī)主體設(shè)備的重要程度等因素，力爭做到經(jīng)濟(jì)合理，在能滿足保護(hù)要求的情況下首先考慮zui簡單保護(hù)裝置，當(dāng)簡單的保護(hù)裝置不能滿足要求時(shí)，或?qū)ΡＷo(hù)功能和特性提出更高要求時(shí)，才考慮應(yīng)用復(fù)雜的保護(hù)裝置，做到經(jīng)濟(jì)性和可靠性的統(tǒng)一，下面以安科瑞ARD2F智能型電動機(jī)保護(hù)器在石油化工行業(yè)配電間改造及抗晃電控制回路應(yīng)用為例進(jìn)行具體分析、介紹^[3]。

    圖4是ARD2F保護(hù)器在某石油化工總廠改造項(xiàng)目中的典型電氣原理圖，圖中電動機(jī)保護(hù)器95、96是綜合保護(hù)器過負(fù)荷、斷相及電流不平衡、堵轉(zhuǎn)保護(hù)的輸出斷開觸點(diǎn)，97、98是斷路器分勵脫扣觸點(diǎn)，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)SA實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)、運(yùn)行控制方式的切換，電動機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，接觸器KM線圈得電，KM常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開，電動機(jī)運(yùn)行指示燈亮，當(dāng)電動機(jī)發(fā)生過負(fù)荷、斷相、電流不平衡或者堵轉(zhuǎn)故障時(shí)，保護(hù)器95、96觸點(diǎn)斷開，接觸器線圈斷電，KM常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)閉合，停止指示燈亮，對整個(gè)石化系統(tǒng)改造中電動機(jī)出現(xiàn)故障情況及時(shí)進(jìn)行保護(hù)，電動機(jī)處于試驗(yàn)狀態(tài)時(shí)情況與此一致。

圖4  ARD2F在某石油化工行業(yè)的應(yīng)用

    圖5中ARD2F應(yīng)用于某石油化工總廠配電間改造的典型電氣原理圖，圖中電動機(jī)的起動、停車由外部按鈕實(shí)現(xiàn)，接觸器KM的線圈串聯(lián)在脫扣繼電器常閉觸點(diǎn)95、96中，當(dāng)電動機(jī)正常工作時(shí)，閉合QA，按下起動按鈕SF，KM線圈得電，KM常開觸點(diǎn)閉合，電動機(jī)開始工作，按下停止按鈕SS時(shí)，KM線圈失電，KM主觸點(diǎn)斷開，電動機(jī)停止工作，如果電動機(jī)發(fā)生脫扣故障，保護(hù)器脫扣觸點(diǎn)也會斷開，導(dǎo)致KM線圈失電，電動機(jī)停止，對出現(xiàn)故障作出及時(shí)處理。

圖5  ARD2F在某石化配電間改造項(xiàng)目應(yīng)用

    圖6是ARD2F在某石化行業(yè)抗晃電控制回路工程應(yīng)用的典型電氣原理圖，圖中為實(shí)現(xiàn)抗晃電功能，電動機(jī)保護(hù)器帶有抗晃電模塊，將交流電輸入接在抗晃電模塊的輸入端，抗晃電模塊的輸出接到電動機(jī)保護(hù)器的輔助電源輸入端，電動機(jī)保護(hù)器的電壓測量信號取自接觸器上級，防止晃電時(shí)接觸器脫開，無法測得恢復(fù)電壓，線路正常供電時(shí)抗晃電模塊的內(nèi)部儲能裝置處于儲能狀態(tài)，晃電期間由抗晃電模塊儲能設(shè)備向電動機(jī)保護(hù)器供電，維持電動機(jī)保護(hù)器正常工作，當(dāng)系統(tǒng)電壓恢復(fù)到“重起動電壓"后，電動機(jī)保護(hù)器對晃電持續(xù)時(shí)間進(jìn)行判斷，時(shí)間小于“立即重起動失電時(shí)間，"立即吸合“輸出繼電器7、8"起動電動機(jī)，晃電時(shí)間長于“立即重起動失電時(shí)間"，而小于“允許失電時(shí)間"，執(zhí)行延時(shí)重起動，晃電時(shí)間長于“允許失電時(shí)間"，不執(zhí)行起動，95、96接點(diǎn)作為保護(hù)接點(diǎn)，保護(hù)器上電后處于常閉狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)故障或輔助電源斷電后變?yōu)槌ｉ_狀態(tài)，控制系統(tǒng)采用保護(hù)器抗晃電模塊^[4]，保證了電動機(jī)運(yùn)行的可靠性和安全性。

圖6  ARD2F在某石化行業(yè)抗晃電控制回路的應(yīng)用

4、ARD2F智能型電動機(jī)保護(hù)器在某石化行業(yè)運(yùn)行效果

     ARD2F智能型電動機(jī)保護(hù)器運(yùn)用到石化行業(yè)時(shí)，給石油化工的自動化生產(chǎn)過程帶來如下運(yùn)行效果：

  （1）系統(tǒng)信息集中

    用戶可以通過抄表的方式采集各個(gè)裝置節(jié)點(diǎn)的參數(shù)，如：電動機(jī)電流、電壓、電動機(jī)運(yùn)行情況、電能等，用戶根據(jù)這些信息實(shí)現(xiàn)了對現(xiàn)場設(shè)備的電動機(jī)運(yùn)行情況實(shí)時(shí)分析處理；

   （2）智能化控制保護(hù)

    石化生產(chǎn)過程中使用ARD2F智能型電動機(jī)保護(hù)器后，如果電動機(jī)出現(xiàn)過載、缺相、超溫等現(xiàn)象時(shí)，保護(hù)器將及時(shí)終止電動機(jī)的運(yùn)行，并對各種故障信息作出相應(yīng)的指示，在電網(wǎng)故障造成電壓瞬間較大幅度的波動或者短時(shí)斷電又恢復(fù)，帶抗晃電功能時(shí)可使電動機(jī)保護(hù)器重新起動；

   （3）故障記錄便于現(xiàn)場問題分析

    在石油化工行業(yè)中，電動機(jī)發(fā)生故障后，應(yīng)及時(shí)的把備用電動機(jī)投上而不影響運(yùn)行機(jī)制，對出現(xiàn)問題的電動機(jī)應(yīng)及時(shí)處理以確保連續(xù)生產(chǎn)，早期的處理方法需要花大量的人力物力還需要一定的時(shí)間才能分析出來，不便于應(yīng)用，而ARD2F智能型電動機(jī)保護(hù)器強(qiáng)大的故障記錄功能為維護(hù)人員節(jié)省了大量的時(shí)間，提高了生產(chǎn)的效率及系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。

5、結(jié)束語

    隨著當(dāng)代控制技術(shù)的不斷發(fā)展，電動機(jī)已經(jīng)成為控制系統(tǒng)中重要的一部分，電動機(jī)保護(hù)器也朝著多元化方向發(fā)展，因此我們工作人員需要充分考慮電動機(jī)保護(hù)實(shí)際需求，超前、準(zhǔn)確、及時(shí)地判斷電動機(jī)的故障，合理選擇保護(hù)功能和保護(hù)方式，實(shí)現(xiàn)對電動機(jī)的良好保護(hù)，達(dá)到提高設(shè)備運(yùn)行可靠性，減少非計(jì)劃停車，減少事故損失的目的，電動機(jī)保護(hù)器是發(fā)電、供電、用電系統(tǒng)的重要器件，廣泛的采用電動機(jī)保護(hù)器，不但可以提高工藝控制準(zhǔn)確性、科學(xué)性，降低故障率，而且對于提高電氣控制系統(tǒng)的自動化水平和發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)，起著積的推動作用。

參考文獻(xiàn)：

[1].周中.智能電網(wǎng)用戶端電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)產(chǎn)品選型及解決方案[M].北京.機(jī)械工業(yè)出版社. 2011.10

[2].齊長卿. 淺談低壓保護(hù)器3UF50的應(yīng)用[J]. 機(jī)電控制. 2012.8

[3].陳小峰. LM30電動機(jī)保護(hù)器在石化企業(yè)的應(yīng)用智能[J]. 電氣控制技術(shù). 2010.3

[4].王志南. 電動機(jī)保護(hù)器在化工行業(yè)抗晃電中的應(yīng)用[J]. 自動化應(yīng)用. 2014.6

作者簡介：

徐霜，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)殡姍C(jī)保護(hù)節(jié)能控制