安科(kē)瑞 鮑(bào)靜君(jūn)

　　摘要(yào)：介紹(shào)了(liǎo)一種(zhǒng)集(jí)保護(hù)，測(cè)量(liáng)，顯(xiǎn)示(shì)，通信(xìn)等(děng)為一體的電動機保護測(cè)控裝置，該保(bǎo)護測(cè)控裝(zhuāng)置(zhì)具(jù)有對(duì)電(diàn)動(dòng)機(jī)的過載(zǎi)，堵轉(zhuǎn)，斷相，不(bù)平(píng)衡，接(jiē)地(dì)，過/欠(qiàn)壓(yā)等故障(zhàng)引起的(dí)危(wēi)害予(yú)以(yǐ)不同的(dí)保(bǎo)護。同時(shí)可通(tōng)過串(chuàn)口或以(yǐ)太網通訊(xùn)與電力(lì)監控(kòng)係統(tǒng)Acrel-2000連(lián)接，實現在綫(xiàn)監測和(hé)自(zì)動(dòng)控製(zhì)。

　　關鍵(jiàn)詞(cí)：電動機(jī)保護(hù)裝置；電(diàn)力監(jiān)控係(xì)統(tǒng)；在綫監(jiān)測；自(zì)動控(kòng)製

　　0 引言

　　某化(huà)工(gōng)企(qǐ)業熱電站鍋(guō)爐(lú)引，送風(fēng)機配套電機(jī)功(gōng)率(shuài)均為(wéi)450kW的10kV的高(gāo)壓電機，電(diàn)機一旦損(sǔn)壞，將造成全綫(xiàn)停(tíng)車，並且(qiě)維修(xiū)周期長，費用高(gāo)，給生產造成較(jiào)大的影(yǐng)響。鍋(guō)爐引，送(sòng)風(fēng)電機長期運行(háng)在高(gāo)溫(wēn)，塵多(duō)的惡劣環境(jìng)中，容易發(fā)生(shēng)軸(zhóu)承(chéng)損(sǔn)壞(huài)，定轉子相擦故(gù)障以及機械(xiè)過負(fù)荷引(yǐn)起(qǐ)電機繞組(zǔ)絕緣(yuán)老(lǎo)化，定子(zǐ)繞(rào)組(zǔ)的相(xiāng)間短路(lù)，匝間短路及(jí)單相接地等故障(zhàng)。如不及(jí)時發(fā)現處(chǔ)理(lǐ)，一旦(dàn)電機損壞(huài)，直(zhí)接(jiē)威脅(xié)著企業(yè)的(dí)安(ān)全生產，給企(qǐ)業造成(chéng)較大的損(sǔn)失(shī)。為(wéi)保證高壓電機安全(quán)穩定(dìng)運(yùn)行(háng)，提高保(bǎo)護的靈敏性(xìng)，可靠性，高(gāo)壓(yā)電(diàn)機均采(cǎi)用安科瑞AM5SE-M電(diàn)動(dòng)機保(bǎo)護(hù)測(cè)控裝置，以達到快速切斷故障的(dí)目(mù)的。

　　1 電(diàn)動機(jī)保護裝置概述

　　AM5SE-M電(diàn)動機保護(hù)測控裝(zhuāng)置(zhì)可應(yīng)用(yòng)於功率為2000kW及以(yǐ)下的高壓電動機。電(diàn)動機保(bǎo)護測(cè)控(kòng)裝置(zhì)具(jù)有保護(hù)，測量，顯(xiǎn)示(shì)，通(tōng)信等在(zài)綫(xiàn)監(jiān)測功能(néng)，通過自身*的保(bǎo)護功能(néng)，對電機的(dí)軸承(chéng)損壞，定(dìng)轉(zhuǎn)子(zǐ)相(xiāng)擦，匝間短(duǎn)路等(děng)產(chǎn)生(shēng)的發(fā)熱(rè)情(qíng)況能起到很好的(dí)保(bǎo)護作(zuò)用(yòng)，可就(jiù)地安(ān)裝(zhuāng)於(yú)高壓(yā)開關櫃上(shàng)，通(tōng)過(guò)串口或以太網(wǎng)通(tōng)訊(xùn)與電力監控(kòng)係統(tǒng)Acrel-2000連(lián)接，監控(kòng)係統可(kě)實時(shí)監控和(hé)遙(yáo)控(kòng)，較(jiào)容易(yì)實(shí)現自動控製(zhì)及在綫監(jiān)測(cè)。

　　2 保(bǎo)護配置及原理

　　AM5SE-M電(diàn)動(dòng)機保護測控裝置(zhì)具有電(diàn)機(jī)的過流保護(hù)，過負(fù)荷(hé)保(bǎo)護，過熱保護，堵轉(zhuǎn)保護，啟(qǐ)動時(shí)間(jiān)過長(cháng)保護，斷相(xiāng)保護(hù)，電(diàn)流不(bù)平(píng)衡保(bǎo)護，低(dī)電(diàn)壓(yā)保護及(jí)過(guò)電壓保(bǎo)護等(děng)對電機(jī)的全(quán)套保(bǎo)護(hù)，並(bìng)具(jù)有(yǒu)測量，監控，操(cāo)作，故(gù)障(zhàng)記錄(lù)和通(tōng)信等各(gè)項功(gōng)能，用戶可根據(jù)需(xū)要(yào)自(zì)行選擇投入(rù)或退(tuì)出。

　　2.1 過(guò)流(liú)保護

　　AM5SE-M電動機保(bǎo)護(hù)測控(kòng)裝置(zhì)中的過(guò)流(liú)保(bǎo)護主要用(yòng)作電機(jī)內(nèi)部及(jí)進綫的短(duǎn)路保(bǎo)護，主(zhǔ)要(yào)分為(wéi)啟動中/運行(háng)中過(guò)流一段(duàn)保護，過(guò)流(liú)二段保護(hù)，反時限過(guò)流保護(hù)。

　　異步(bù)電(diàn)動機(jī)在啟動過程中電流很大(dà)，通常(cháng)能(néng)達到5～8倍額(é)定(dìng)電流(liú)(Ie)，啟動時(shí)間(jiān)能(néng)長達幾十秒。裝置設兩(liǎng)個(gè)過流一段(duàn)定值(zhí)，在啟(qǐ)動過(guò)程(chéng)中采(cǎi)用“啟動時過流一段定(dìng)值(zhí)"，該值按躲(duǒ)過電(diàn)動機(jī)啟動電流(liú)整定，等(děng)電(diàn)動機啟動過程結(jié)束(shù)後(hòu)，自(zì)動采用(yòng)“運行(háng)時過流(liú)一段定(dìng)值(zhí)"，該(gāi)值(zhí)按電動(dòng)機自啟(qǐ)動(dòng)電流和(hé)區外出(chū)口(kǒu)短路(lù)時(shí)電動機(jī)反饋電流考(kǎo)慮，取兩個(gè)電流(liú)中的大者(zhě)。

　　2.2 過熱保護(hù)

　　過(guò)熱保(bǎo)護是(shì)通過對電動機運行(háng)中熱(rè)容量的(dí)跟蹤計算來保(bǎo)護(hù)電動(dòng)機免(miǎn)於因過熱(rè)而縮短(duǎn)壽命(mìng)或損(sǔn)壞。電(diàn)動機(jī)過(guò)負荷(hé)，啟動時(shí)間過(guò)長，堵轉等會(huì)產生較(jiào)大的(dí)正序(xù)電流；而斷相，不(bù)對(duì)稱(chēng)短(duǎn)路，輸入(rù)電(diàn)壓(yā)不對稱時會(huì)同時產生較大的正序(xù)和負(fù)序電流(liú)，根據電(diàn)動(dòng)機定子正(zhèng)序和負序電(diàn)流引起的發(fā)熱特征，可對上述(shù)故(gù)障提(tí)供(gōng)熱(rè)過(guò)載保護(hù)。

　　用(yòng)正(zhèng)，負序綜合(hé)測(cè)量(liáng)值(zhí)Ieq作(zuò)為等(děng)效電(diàn)流來模擬電動(dòng)機的發(fā)熱效應，即(jí)：

　　其(qí)中：Ieq ：等效電流

　　I1：正(zhèng)序電(diàn)流(liú)

　　I2：負序電流

　　K1：正(zhèng)序電流發(fā)熱係數(shù)，在電機(jī)啟(qǐ)動(dòng)過程(chéng)中K1＝0.5，啟動完(wán)畢(bì)K1＝1

　　根(gēn)據(jù)電(diàn)動(dòng)機的發(fā)熱(rè)模型(xíng)反(fǎn)時(shí)限特性，為(wéi)合理保(bǎo)護電(diàn)動機，保護(hù)的(dí)動(dòng)作(zuò)時(shí)間t和等效電流(liú)Ieq的關係有如下兩(liǎng)條曲綫可供選擇：

　　1）

　　其(qí)中(zhōng)：τ：過(guò)熱時間常數

　　I∞：允許電機長期運(yùn)行的電流(liú)值(zhí)，一般可設為1.1

　　2）

　　其中(zhōng)：τ：過熱(rè)時(shí)間(jiān)常(cháng)數

　　I∞：允許電(diàn)機長期運行(háng)的(dí)電流值，一般可設為1.1

　　Ip：過(guò)負(fù)荷(hé)前的負(fù)載電流，若過負荷前(qián)處於(yú)冷態，則Ip=0

　　選擇上述(shù)兩曲綫之(zhī)一進行計算，當熱積累(léi)值達到τ時，裝(zhuāng)置(zhì)發出(chū)告(gào)警(jǐng)信號或保(bǎo)護跳閘。

　　保護邏輯(jí)見(jiàn)圖1。

圖(tú)1 過(guò)熱(rè)保護(hù)邏(luó)輯(jí)

　　2.3 堵轉保護(hù)

　　堵(dǔ)轉保(bǎo)護(hù)是(shì)防止電動機(jī)在運行時(shí)，由於轉子堵塞(sāi)而(ér)發(fā)生電流(liú)突(tū)然(rán)升高(gāo)，以(yǐ)致燒(shāo)毀(huǐ)電動機(jī)，這(zhè)種情況可能出現在(zài)滾動軸(zhóu)承(chéng)碎(suì)裂，負(fù)載轉矩突(tū)然升(shēng)高(gāo)。在(zài)電(diàn)動機啟動過程(chéng)中堵(dǔ)轉保(bǎo)護閉鎖，電機(jī)進入(rù)運(yùn)行(háng)狀態後堵(dǔ)轉保護才(cái)合理(lǐ)。在一定意義上(shàng)，堵(dǔ)轉保護可作為(wéi)電動機運行(háng)過(guò)程中短(duǎn)路(lù)保護(hù)的後備(bèi)保護。當(dāng)電動機三相電(diàn)流IA，IB，IC任一相(xiāng)超過堵(dǔ)轉(zhuǎn)電流(liú)定(dìng)值(zhí)，並(bìng)有(yǒu)轉(zhuǎn)速(sù)低信號輸(shū)入(rù)，達到(dào)整(zhěng)定延時時間(jiān)後(hòu)保護跳(tiào)閘(zhá)。保護邏輯(jí)見(jiàn)圖(tú)2。

圖(tú)2 堵(dǔ)轉(zhuǎn)保(bǎo)護邏(luó)輯

　　2.4 啟動(dòng)時間過長(cháng)保護(hù)

　　正(zhèng)常(cháng)的啟(qǐ)動(dòng)結(jié)束(shù)後電動(dòng)機的(dí)運(yùn)行電流將(jiāng)低於額(é)定值或(huò)在(zài)額定(dìng)值(zhí)附(fù)近(jìn)，而啟動(dòng)時間過長(cháng)則(zé)是在啟動時間(jiān)過(guò)後(hòu)電(diàn)動機(jī)的運(yùn)行電流(liú)仍保(bǎo)持(chí)較(jiào)大值（一般為(wéi)機械原(yuán)因）。AM5SE-M電動(dòng)機(jī)保(bǎo)護(hù)測控(kòng)裝(zhuāng)置可(kě)自動(dòng)識別當前過程(chéng)是(shì)否為(wéi)啟(qǐ)動過(guò)程，如是則當(dāng)整(zhěng)定(dìng)的(dí)啟動時間(jiān)到達(dá)後(hòu)，電動機(jī)的三相電流仍大於啟(qǐ)動電流(liú)定(dìng)值(zhí)時，本保護動(dòng)作(zuò)於跳(tiào)閘(zhá)。

　　2.5 斷相保(bǎo)護

　　斷(duàn)相保護是為(wéi)了防止(zhǐ)電(diàn)動機(jī)在運行(háng)過程中(zhōng)發生斷綫而導(dǎo)致(zhì)電(diàn)動機兩(liǎng)相運行產(chǎn)生過熱(rè)而(ér)燒毀，斷相(xiāng)保(bǎo)護功能通(tōng)過檢(jiǎn)測(cè)回路(lù)電壓，判斷電動機回路斷(duàn)相故障，在檢測到(dào)斷(duàn)相故(gù)障(zhàng)後(hòu)，斷相(xiāng)保護(hù)功能啟動並(bìng)觸(chù)發延(yán)時，在設(shè)定的(dí)延時結束後發出跳閘命(mìng)令(líng)。

　　2.6 電(diàn)流不平衡(héng)保護

　　電流(liú)不平衡保護是(shì)為了防(fáng)止因三相(xiāng)電(diàn)流不平(píng)衡(héng)可(kě)能引起(qǐ)的電動機(jī)過(guò)熱，當電(diàn)流(liú)不平(píng)衡度超(chāo)過電(diàn)流不平衡度(dù)設定值(zhí)，電(diàn)動(dòng)機處(chǔ)於已運(yùn)行(háng)狀態(tài)時，經延(yán)時(shí)，裝置保護跳(tiào)閘或者告警。保護邏(luó)輯見(jiàn)圖(tú)3。

圖3 電(diàn)流(liú)不(bù)平(píng)衡保(bǎo)護邏(luó)輯

　　2.7 低(dī)電壓保護

　　電(diàn)動(dòng)機(jī)低壓(yā)運(yùn)轉時轉(zhuǎn)矩急劇下降(jiàng)，會造(zào)成電(diàn)動機嚴重過載，因此設置低(dī)電壓保護。當(dāng)三個綫電壓均小(xiǎo)於低電(diàn)壓跳閘/告警定值(zhí)時(shí)，經(jīng)過(guò)延時(shí)，裝置跳(tiào)閘或者告警。為防止(zhǐ)因(yīn)PT斷綫使(shǐ)保(bǎo)護誤(wù)動(dòng)，設置有(yǒu)PT斷綫閉鎖(suǒ)。當(dāng)發生PT斷綫時，裝置(zhì)將(jiāng)發(fā)出(chū)告(gào)警(jǐng)信(xìn)號並(bìng)閉鎖失壓保(bǎo)護，該閉(bì)鎖條件可(kě)選擇(zé)投(tóu)入或(huò)者(zhě)退(tuì)出(chū)。裝置(zhì)可(kě)以設置是(shì)否(fǒu)加入合(hé)位(wèi)作為判斷(duàn)失壓(yā)的(dí)條件，此(cǐ)外(wài)，裝置(zhì)可以根據(jù)用(yòng)戶使用的(dí)場(cháng)合選(xuǎn)擇(zé)何時(shí)解(jiě)除(chú)低電(diàn)壓故障(zhàng)信(xìn)息，若(ruò)投(tóu)入低電壓(yā)閾(yù)值(zhí)投退(tuì)，則(zé)裝(zhuāng)置(zhì)電(diàn)壓(yā)小(xiǎo)於(yú)無壓定值(zhí)時，保護動(dòng)作即(jí)可返(fǎn)回(huí)，若(ruò)退(tuì)出低電(diàn)壓(yā)閾值投(tóu)退(tuì)，則裝置電壓需恢(huī)復至正(zhèng)常電壓，才可(kě)解(jiě)除故障(zhàng)信(xìn)息。低(dī)電壓保(bǎo)護開放(fàng)條(tiáo)件：三個綫(xiàn)電壓有(yǒu)一(yī)個(gè)大(dà)於1.05倍(bèi)低電(diàn)壓(yā)定值(zhí)，且(qiě)延(yán)時(shí)500ms。該條件一旦成(chéng)立(lì)，低電(diàn)壓保護合理。

　　3 裝(zhuāng)置存(cún)在的問題(tí)及改(gǎi)造

　　AM5SE-M電(diàn)動機保(bǎo)護(hù)測控裝置雖具(jù)有高(gāo)壓(yā)電(diàn)機(jī)的(dí)全套保(bǎo)護(hù)功能(néng)，當(dāng)出(chū)現故障(zhàng)保護動作後，故障(zhàng)已經形(xíng)成，隻能停車(chē)處(chǔ)理(lǐ)。裝置(zhì)正常(cháng)運行時隻是(shì)監(jiān)視  電(diàn)機的(dí)運(yùn)行電(diàn)壓，電(diàn)流，僅(jǐn)憑這些很(hěn)難發現(xiàn)故障隱患(huàn)。為(wéi)盡(jìn)早發(fā)現事(shì)故隱(yǐn)患(huàn)，把事故消滅(miè)在(zài)萌(méng)芽狀態(tài)，經充(chōng)分研(yán)究論(lùn)證(zhèng)後(hòu)認(rèn)為：電機(jī)的損壞多(duō)是繞(rào)組，軸承發熱(rè)，過熱保(bǎo)護(hù)隻(zhī)是綜(zōng)合(hé)計算電機正序(xù)和負(fù)序(xù)電流的(dí)熱效(xiào)應，軸承發(fā)熱後如(rú)果(guǒ)再(zài)繼續運(yùn)行可能會使電機發(fā)生(shēng)損壞。因(yīn)此(cǐ)在(zài)電機(jī)內(nèi)部預(yù)埋PT100電(diàn)阻(zǔ)型(xíng)溫(wēn)度傳(chuán)感器(qì)用來(lái)測(cè)量電(diàn)機內(nèi)部繞(rào)組，軸承溫(wēn)度，並(bìng)將PT100與(yǔ)ARTM-8溫(wēn)度巡檢(jiǎn)儀(yí)連接，利(lì)用ARTM-8實時(shí)監測(cè)溫度，同時通過RS485通訊(xùn)接(jiē)口將溫度數(shù)據也傳輸至Acrel-2000電力監控係統，便於(yú)運行(háng)維(wéi)護(hù)人員實時查看溫(wēn)度，為(wéi)設備(bèi)的安(ān)全(quán)，穩定運(yùn)行提(tí)供了技術(shù)支持。

圖4 改(gǎi)造後(hòu)電(diàn)力(lì)監(jiān)控網絡拓(tuò)撲圖

　　4 結語

　　該化工(gōng)企(qǐ)業(yè)擁有10kV高(gāo)壓(yā)電(diàn)機二十餘(yú)台，采用(yòng)AM5SE-M電動機保護測控裝(zhuāng)置後，當發生過(guò)流，短(duǎn)路，接地等(děng)故障(zhàng)時(shí)保護(hù)均(jūn)能可靠動作，防(fáng)止事(shì)故的進(jìn)一步(bù)擴大。利用Acrel-2000電力監(jiān)控(kòng)係(xì)統(tǒng)對(duì)各(gè)回(huí)路電動(dòng)機(jī)保(bǎo)護裝置實時(shí)監(jiān)控(kòng)，同時也合理地監(jiān)視到(dào)軸承，繞組溫度明(míng)顯升(shēng)高(gāo)的(dí)事故隱患，並及時(shí)地進行處(chǔ)理(lǐ)，確保電機運行(háng)狀況良(liáng)好(hǎo)，避免事故的擴大，保(bǎo)證設(shè)備安全穩(wěn)定(dìng)運行(háng)，為企業的連續，穩定生(shēng)產提供了有力(lì)的(dí)技(jì)術保障(zhàng)。