智能型電動機保護器在某水泥廠的應用

徐霜

（安科瑞電氣股份有限公司，上海 嘉定 201801）

    摘要：電動機設備是水泥企業中應用最廣泛的動力裝置，而水泥生產企業屬于能耗高、污染大又需要設備連續不間斷工作的行業，電動機作為水泥行業設備的動力來源，其安全、穩定可靠的運轉對水泥行業的平穩生產起著至關重要的作用，本文綜合介紹安科瑞ARD3智能型電動機保護器在某水泥廠的實際應用，并闡述了ARD3智能型電動機保護器產品的特點及其智能化保護、測量、控制和通訊等，供工程設計中參考。

    一、 引言

    隨著現代化水泥工業生產規模增大，生產設備也越來越大型化，因此所需用的拖動電動機的功率也越來越大。水泥廠生產工藝流程較復雜，可以總結水泥生產過程為生料制備（一磨）、熟料煅燒（一燒）、水泥粉磨（二磨）。因此，低壓電動機作為水泥生產過程中最常用的機組，數量多、種類復雜，隨著科學技術的不斷進步和工藝控制過程的不斷完善，尤其是自動化生產要求，迫切需要開發和完善電動機的控制和保護設備，實現對整個自動化生產過程和大型機械的遙控、遙測、遙調、故障診斷以及集中控制等功能[1]。

    水泥生產是一項較龐大的工程，生產流程的環境比較惡劣，粉塵污染嚴重，通風條件差，工作場所溫度較高，而且需要設定大量的工作站點，包括原料控制站、破碎站、原料粉磨站、熟料庫控制站、水泥磨控制站、水泥包裝控制站等，然而在這些站點中使用了大量低壓電動機來控制其他設備的運行，運用簡單的電壓表、電流表、電能表和頻率表等受到通信功能不夠靈活、儀表功能單一等多種條件的約束，已經無法滿足電廠設備自動化生產的要求。水泥行業生產過程的特點為長周期運行，一旦開機，在沒有特殊情況下，一般不會停機，現代化大型水泥企業年運轉率很高，這樣就必須有高質量的、可靠的電氣設備保證其生產過程的連續不間斷性，一旦故障停機就會造成巨大的經濟損失。特別是大型高壓電動機，一般都拖動球磨機、回轉窯、風機等重載啟動設備，對其制造質量和使用要求都很高，必須正確的安裝、使用、維護、保養，才能保證長周期的運轉，為企業創造更高的經濟效益。而智能型電動機保護器可實現重載起動，實現對電動機的溫度保護，還提供多種測控功能和控制模式，能夠滿足水泥生產過程對電機設備的保護、控制要求，不僅能提高電機設備的運行能力、延長電機設備的使用壽命，而且能提高企業生產效率、節約能源。本文以ARD3智能型電動機保護器在水泥生產中的實際應用進行具體介紹。

    二、水泥生產對保護器的功能要求

    水泥行業電機是大容量、高負荷連續運轉的設備，電動機長期承受多大負荷，就會使溫度上升過高而損壞絕緣，縮短電動機的使用壽命，因此，對水泥生產過程中電機設備的可靠性、穩定性及功能要求非常高。在生產運行或設備檢修過程中，常見的電動機故障可分為以下幾種：

    1、機械故障

    1）掃膛：由于軸承損壞、軸彎或者檢修人員裝配不當，導致定轉子產生摩擦；

    2）軸承損壞：由于軸承裝配不當、定/轉子鐵心軸向錯位或重新對轉軸機加工后精度不夠、電動機本體運行溫升過高等；

    3）振動：由于電動機本身或傳動裝置不良等。

    2、電氣故障

    1）缺相運行：電動機發生堵轉時電流比正常工作的電流大得多。在此情況下，運行時間過長或過于頻繁起動，將會導致電動機繞組燒毀；

    2）繞組短路或接地：匝間短路的最大原因是電機溫度異常升高而導致的，而接地故障大多是由于繞組絕緣損壞；

    3）三相電流不平衡：由于電動機外部電源電壓不平衡或內部繞組匝間短路或電動機維修時線圈匝數錯誤或接線錯誤等。

    因此，對某水泥廠電機設備進行有效的維護是很有必要的，對ARD3智能型電動機保護器具體功能要求如下：

    （1）完善的電機保護功能

    保護器通過采集電路中的三相交流電流、三相交流電壓、剩余電流、PTC熱電阻阻值、電動機電能等電力參數，以及電動機運行過程中的各種運動狀態等信號，經保護器內部處理運算，從而實現對電動機起動超時、過載、阻塞、欠載、斷相、三相電流不平衡、剩余電流（接地/漏電）、溫度、外部故障、相序、過壓、欠壓、欠功率、過功率等全面綜合保護，進而保證水泥廠生產工作的安全連續運行。

    （2）及時排除電動機運行故障功能

    水泥生產現場電動機運行過程中通過電動機保護器對電機設備進行檢測，當電動機出現狀況時應及時發出報警信號，并記錄故障信息，方便維護人員查找故障原因并作出及時的處理，保證故障發生時電機設備動作的可靠性和靈敏性。

    （3）對各設備進行遠程監測功能

    水泥生產現場環境較惡劣，保護器不僅要提供電機設備的保護功能，而且要能夠過RS-485通訊接口，經過Modbus-RTU/Profibus-DP通訊協議與上位機管理系統進行通訊連接，實現實時監測電動機的運行狀態以及運行過程中的電力參數，保證后臺操作人員能讀取、修改水泥成產現場電動機保護器的各種整定參數并通過后臺人機界面實時觀察當前現場電動機控制回路的工作狀態、供電電源質量等，實現遠程監控。

    三、典型工程應用案例

    在水泥行業工程應用中，由于水泥生產流程復雜，電動機裝置數量較多，因此需要選用安科瑞ARD3智能型電動機保護器來對工業現場電機設備進行有效保護，既能使電動機充分發揮其過載能力，又能提高電力拖動系統的可靠性和生產過程的連續性。水泥廠采用保護器用于電機保護控制回路，取代熱繼電器等作為電動機的過載保護和控制元件，而且利用先進的通訊技術，實現了水泥生產中電機設備控制的自動化。通過將90L顯示模塊嵌入安裝在開關抽屜的活動面板內，來簡化了水泥廠控制柜內接線，使得配電室內設備運行情況及故障狀態清晰可見，方便工程師隨時調整系統、設定參數和顯示、監控以及檢修維護。將ARD3保護器應用于某水泥廠生產線電機設備的控制回路中，實現了水泥廠對電機保護的要求：（見圖1 ARD3智能型電動機保護器應用于某水泥廠電動機設備控制回路接線圖）

    （1）過載保護功能

    ARD3智能型電動機保護器通過讀取電流互感器檢測到的三相電流值，判斷電動機出現過載運行后，實現了在設定的報警或脫扣（延時）時間內發出報警或脫扣信號。

    （2）堵轉保護功能

    水泥廠電動機在起動過程中，如果由于現場工作環境影響以及電機設備自身的原因造成電機出現堵轉現象，保護器能夠及時判斷出電動機起動發生此類故障并及時作出相應處理。

    （3）三相不平衡保護功能

    斷相/不平衡故障運行時對電動機的危害很大，當電動機發生斷相或三相電流嚴重不平衡時，當不平衡率達到保護器設定值時，保護器按照設定的要求保護，發出停車或報警，確保電動機的安全運行。

    （4）故障判斷及記錄功能

    當電動機出現某種故障時，保護器切斷電動機電源的同時處于保護狀態并保存故障類型、時間及電機運行參數等信息，電機保護器通過識別與記憶電路對故障予以設別、記憶和指示，方便了檢修人員查出故障原因。故障排除后，按下顯示模塊上的復位按鈕即可復位保護器，故障指示燈消失，保證了電動機能夠再次啟動。

    （5）抗晃電功能

    在某水泥廠水泥生產過程中，在電網故障造成電壓瞬間較大幅度的波動或者短時間斷電又恢復，可以使電動機保護器重新起動，保證電動機的平穩運行。

    （6）在線監測功能

    控制室操作人員可通過保護器的通訊，在后臺人機界面上實現對水泥生產線上保護器的各種保護整定參數的讀取和設定，同時在線監測電機運行負載和供電電源質量，并有效記錄各電機型號、運行方式和歷史維護記錄以及出現的故障信息，為水泥生產線的安全生產提供了可靠依據。

圖1 ARD3智能型電動機保護器應用于某水泥廠電動機設備控制回路接線圖