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1 引言
在現(xiàn)代工業(yè)中，電動(dòng)機(jī)作為一種拖動(dòng)機(jī)械，成為所有動(dòng)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(dòng)化生產(chǎn)的要求，迫切需要開發(fā)和完善電動(dòng)機(jī)的控制和保護(hù)設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程和大型機(jī)械的遙控、遙測(cè)、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)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(duì)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(shí)消除，以保證及時(shí)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(dòng)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(wú)法滿足日益發(fā)展的工藝自動(dòng)化的要求。為此，我們經(jīng)過多年嘗試和反復(fù)實(shí)踐，最終選擇了一種新型的電動(dòng)機(jī)智能保護(hù)器（簡(jiǎn)稱為電機(jī)保護(hù)器），作為電動(dòng)機(jī)的保護(hù)元件，并取得了一定的使用經(jīng)驗(yàn)。特別是我們?cè)阱\化新建的8萬(wàn)噸離子膜燒堿改造工程、12萬(wàn)噸離子膜燒堿工程、8萬(wàn)噸聚氯乙烯工程、8萬(wàn)噸環(huán)氧丙烷和5萬(wàn)噸粒堿等國(guó)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(tái)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(shí)現(xiàn)了部分電機(jī)控制的自動(dòng)化，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，因此，下面就電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的工程應(yīng)用作以簡(jiǎn)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(lái)的一種新型電子式多功能電動(dòng)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(dòng)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(gè)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(dòng)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(dòng)機(jī)電流成正比的直流電壓信號(hào)、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(dòng)功率回路，使繼電器動(dòng)作。當(dāng)電機(jī)由于驅(qū)動(dòng)部分過載導(dǎo)致電流增大時(shí)，從電流傳感器取得的電壓信號(hào)將增大、此電壓值大于保護(hù)器的整定值時(shí)，過載回路工作，RC延時(shí)電路經(jīng)過一定的（可調(diào)）延時(shí)，驅(qū)動(dòng)出口繼電器動(dòng)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)，保護(hù)器通過面板上的液晶顯示屏，實(shí)時(shí)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(shí)定時(shí)將采集的信號(hào)通過CAN總線傳至后臺(tái)微機(jī)。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，保護(hù)器迅速動(dòng)作，現(xiàn)場(chǎng)保存故障類型、時(shí)間以及電機(jī)運(yùn)行參數(shù)，隨后通過CANBUS網(wǎng)絡(luò)向后臺(tái)監(jiān)控機(jī)報(bào)告。
（2）在線監(jiān)測(cè)功能。
控制室操作人員可在后臺(tái)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(shí)，在線監(jiān)測(cè)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(tái)微機(jī)強(qiáng)大的信息管理功能，可有效記錄各臺(tái)電機(jī)的型號(hào)、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(lái)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?cè)诠こ虒?shí)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(dòng)面板內(nèi)，這樣既簡(jiǎn)化了柜內(nèi)接線、又方便了系統(tǒng)隨時(shí)調(diào)整、設(shè)定參數(shù)和顯示、監(jiān)控，同時(shí)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(lái)劃分，可分為AC380V、AC220V兩種；對(duì)應(yīng)量程為1-10A、5-50A、10-100A、20-200A、40-40A等若干等級(jí)，使用時(shí)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(duì)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)。
（3）具備RS-485通訊接口的電機(jī)保護(hù)器配置時(shí)，可根據(jù)工藝以及DCS系統(tǒng)連鎖的實(shí)際需要合理安排。
在5萬(wàn)噸粒堿工程的設(shè)計(jì)上，由于裝置的自動(dòng)化控制要求較高，所以我們提出了對(duì)電機(jī)保護(hù)器的通訊要求，為電氣操作及工藝控制人員通過微機(jī)系統(tǒng)在線瀏覽生產(chǎn)負(fù)荷和包裝機(jī)的工作情況，及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)進(jìn)度、預(yù)防突發(fā)事故，做出了重大貢獻(xiàn)。
5 部分工程應(yīng)用實(shí)例
由于我公司選用的多是浙江蒼南雙華電器公司出品的JDB系列電機(jī)保護(hù)器。該產(chǎn)除具備一般保護(hù)器的功能外，還具有延時(shí)自起動(dòng)等功能。故以該系列產(chǎn)品為例,介紹一下電機(jī)保護(hù)器在我公司的工程應(yīng)用情況。
• JDB92一體式電機(jī)保護(hù)器在160KW氯氣鼓風(fēng)機(jī)配電回路改造中的應(yīng)用
如圖2所示，1、2端子為保護(hù)器故障自保持電源，3、4端子為保護(hù)接點(diǎn)，5為工作電源端子。由于電機(jī)電流較大，故通過300/5的CT轉(zhuǎn)換，將二次電流通過保護(hù)器穿芯來(lái)實(shí)現(xiàn)。若保護(hù)器動(dòng)作，則故障報(bào)警或跳開主接觸器KM，同時(shí)電機(jī)保護(hù)器自保持并顯示故障狀態(tài)，直至操作人員現(xiàn)場(chǎng)按停車按鈕SB1復(fù)歸為止。該型產(chǎn)品不具備微機(jī)通訊功能。
• 可通訊的JDB-2K分體式電機(jī)保護(hù)器在粒堿裝置30KW堿泵抽屜式配電回路中的應(yīng)用
如圖3所示，互感器部分與本體之間通過屏蔽線相連，本體的1、2端子為保護(hù)器工作電源，3、4端子為常閉保護(hù)接點(diǎn)，5、端子為常開報(bào)警輸出，7、8端子為漏電零序CT接點(diǎn)，9、10端子為485通訊接口，通過兩芯屏蔽雙絞線匯總到電氣控制室后臺(tái)計(jì)算機(jī)的專用通訊接口卡，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。若保護(hù)器動(dòng)作，則故障報(bào)警或跳開主接觸器KM，同時(shí)電機(jī)保護(hù)器自保持并顯示故障狀態(tài)，直到運(yùn)行人員查明故障后，在后臺(tái)計(jì)算機(jī)或電機(jī)保護(hù)器的面板上按復(fù)位鍵后，機(jī)內(nèi)的出口繼電器才可以復(fù)位，為再次開車做好準(zhǔn)備。這一點(diǎn)與JDB92有所不同，在保護(hù)接線時(shí)一定要注意。
另外，在工程使用過程中，針對(duì)不同的控制對(duì)象，我們利用電機(jī)保護(hù)器配合各種接觸器，不僅實(shí)現(xiàn)了小功率電機(jī)的全壓起動(dòng)、還配合電流互感器實(shí)現(xiàn)了大功率電機(jī)的星三角起動(dòng)和自耦降壓起動(dòng)，為生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠的技術(shù)保障。
6．1工程經(jīng)驗(yàn)
結(jié)合我們六年多的電機(jī)保護(hù)器使用經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)總結(jié)如下：
• 在實(shí)際使用過程中，應(yīng)注意嚴(yán)格按照電機(jī)的額定電流來(lái)選擇保護(hù)器，防止人為放大和縮小保護(hù)范圍；避免由于量程太大或太小而造成的測(cè)量誤差。
• 由于多數(shù)低壓電機(jī)的功率小于110KW，考慮到備品備件的互換性，我們選用的多為200A以下量程的保護(hù)器，這樣既保證了保護(hù)精度，又避免了由于備件規(guī)格過多而給生產(chǎn)帶來(lái)的不便。
• 由于分體式保護(hù)器，顯示頭部與電流互感器部分分離，應(yīng)特別注意按出廠編號(hào)配對(duì)使用，以保證控制精度，不容許交叉使用。
6．2當(dāng)然，該產(chǎn)品也存在一定的缺陷和不足，如能在以下幾方面有所改進(jìn)，相信其設(shè)計(jì)將更為完善和科學(xué)：
• 對(duì)于分體式保護(hù)器，推薦使用國(guó)外先進(jìn)的免螺絲安裝方式（或拤扣式），方便現(xiàn)場(chǎng)故障處理和快速更換。
• 完善生產(chǎn)工藝，保證分體式保護(hù)器的互感器部分的通用性，使之在同型號(hào)產(chǎn)品間可與任意顯示部分互換。
• 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)和后臺(tái)計(jì)算機(jī)上保護(hù)參數(shù)的設(shè)定，應(yīng)增設(shè)密碼；防止非運(yùn)行人員意外修改。巡檢人員無(wú)權(quán)調(diào)用。
• 改進(jìn)分體式保護(hù)器顯示部分與互感器的通訊方式，如改為RS485形式，將更加方便現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試。
7 結(jié)束語(yǔ)：
電機(jī)保護(hù)器這種新型電子產(chǎn)品，98年首次在錦化集團(tuán)使用，一直運(yùn)行良好，對(duì)各種故障類型均進(jìn)行了準(zhǔn)確的報(bào)警顯示，有效的防止了電機(jī)意外燒毀的發(fā)生，為公司節(jié)約了大量的資金。因此，廣泛的采用電動(dòng)機(jī)智能保護(hù)器，不但可以提高工藝控制的準(zhǔn)確性、科學(xué)性，降低事故率，而且對(duì)于提高電氣控制系統(tǒng)的自動(dòng)化水平和發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)，也必將起到積極的推動(dòng)作用。
參考文獻(xiàn) 《電機(jī)拖動(dòng)基礎(chǔ)》，機(jī)械出版社出版 《JDB-2K電動(dòng)機(jī)智能保護(hù)器》說明書。
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