涂志燕
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801
摘要:介紹了提升機(jī)的不同保護(hù)措施，分析了電動機(jī)保護(hù)器對提升機(jī)設(shè)備的保護(hù)范圍。針對提升機(jī)類的設(shè)備提出定值優(yōu)化和增加DCS系統(tǒng)輔助保護(hù)的措施，并對可靠性進(jìn)行了驗證，可以做到更加準(zhǔn)確地保護(hù)負(fù)載設(shè)備。
關(guān)鍵詞:提升機(jī)；電動機(jī)保護(hù)；DCS輔助保護(hù)
0 引言
我公司提升機(jī)等設(shè)備的電氣保護(hù)主要由電動機(jī)保護(hù)器實現(xiàn)，但通過電動機(jī)電流間接保護(hù)會存在一定的保護(hù)范圍，如對提升機(jī)料斗脫落等故障就無法提供保護(hù)。本文分析電動機(jī)保護(hù)器保護(hù)的局限性，介紹了優(yōu)化的保護(hù)措施。
1電動機(jī)保護(hù)器的主要保護(hù)功能
1.1短路保護(hù)
短路保護(hù)主要針對電動機(jī)電纜或繞組出現(xiàn)的短路故障，短路保護(hù)動作邏輯見圖1。任意一相電流超過設(shè)定值就應(yīng)立即保護(hù)動作，所以電流定值一般為額定電流的5~7倍，動作延時0s。提升機(jī)在運(yùn)行時幾乎不可能達(dá)到相應(yīng)整定電流，因此該保護(hù)僅對電動機(jī)具有保護(hù)作用，對提升機(jī)其他部件沒有保護(hù)作用。
圖1短路保護(hù)動作邏輯
1.2過載保護(hù)
過載保護(hù)是針對電動機(jī)電流超過電動機(jī)負(fù)載能力，且經(jīng)過一定延時再啟動的保護(hù)動作，其動作邏輯見圖2。電流定值一般設(shè)定為電動機(jī)額定電流的1.1~1.3倍，延時20~60s。該保護(hù)主要也是保護(hù)電動機(jī)，對提升機(jī)其他部件保護(hù)作用不大。
圖2過載保護(hù)和過負(fù)荷保護(hù)動作邏輯
1.3過負(fù)荷保護(hù)
過負(fù)荷保護(hù)是針對負(fù)載設(shè)備（提升機(jī)）超出正常負(fù)荷情況下，經(jīng)過一定延時再啟動的保護(hù)動作，其動作邏輯與過載保護(hù)相同，電流的定值是正常運(yùn)行負(fù)荷下電流的1.1~1.3倍，根據(jù)負(fù)荷特性延時20~60s。該保護(hù)是針對負(fù)載設(shè)備超出正常運(yùn)行電流的一種保護(hù)，在一定范圍內(nèi)可以保護(hù)負(fù)載設(shè)備。
1.4堵轉(zhuǎn)保護(hù)
堵轉(zhuǎn)保護(hù)是針對電動機(jī)或負(fù)載設(shè)備出現(xiàn)卡澀堵轉(zhuǎn)故障時，經(jīng)過一定延時再啟動的保護(hù)動作，其動作邏輯見圖3。電流定值一般設(shè)定為電動機(jī)額定電流的3~5倍，延時1~10s。該保護(hù)與過載、過負(fù)荷保護(hù)不同，在電動機(jī)啟動完成后才會投入該保護(hù)功能，不用考慮提升機(jī)重載啟動對定值的影響。同時保護(hù)電動機(jī)及負(fù)載設(shè)備。
圖3堵轉(zhuǎn)保護(hù)動作邏輯
2存在的問題
1）過負(fù)荷定值不合理
我公司提升機(jī)或膠帶機(jī)設(shè)備由于存在重載啟動等特殊情況，所以設(shè)備廠家在電動機(jī)選型時會考慮到重載情況下的啟動能力，比如，一臺提升機(jī)正常運(yùn)行電流為100A，空載啟動200A，但是重載啟動可以達(dá)到500A，那么就需要以500A啟動作為選型依據(jù)，選取額定電流為200A的電動機(jī)進(jìn)行拖動。
但在做保護(hù)定值計算時，設(shè)備并未投產(chǎn)運(yùn)行，所以過負(fù)荷保護(hù)一般是以電動機(jī)額定參數(shù)作為計算依據(jù)。一般過負(fù)荷系數(shù)在1.1~1.3倍之間，存在重載啟動的設(shè)備一般會取值1.3倍，那么額定電流為200A的電動機(jī)過負(fù)荷電流取值為260A。由于過負(fù)荷為電流低倍數(shù)保護(hù)，防止負(fù)荷正常波動引起誤動作，所以動作延時一般在20~60s之間，時間過長。
2）堵轉(zhuǎn)保護(hù)可以優(yōu)化
堵轉(zhuǎn)保護(hù)一般用于設(shè)備已經(jīng)出現(xiàn)嚴(yán)重卡澀或電動機(jī)已經(jīng)堵轉(zhuǎn)情況，所以電流定值設(shè)置一般都較大，無法保護(hù)一些較小的故障。但是我們可以利用堵轉(zhuǎn)保護(hù)是在電動機(jī)啟動完成后才投入的特點，進(jìn)一步優(yōu)化定值，不用再考慮電動機(jī)啟動電流的影響。
3）負(fù)載設(shè)備保護(hù)過于依賴于電動機(jī)保護(hù)器不同于風(fēng)機(jī)、水泵等單一設(shè)備，提升機(jī)或膠帶機(jī)為復(fù)雜程度相對較高的設(shè)備，某元件（如料斗、托輥等）發(fā)生故障時，往往在電流特征上反映程度較小或傳遞時間較長，但對設(shè)備的傷害卻較大。所以可以使用DCS軟保護(hù)來監(jiān)控。
3案例分析
2020年6月10日23:56，我公司4線燒成車間入窯提升機(jī)發(fā)生料斗脫落故障，故障期間投料量及電動機(jī)電流變化見圖4。由于是個別料斗脫落，電流上升后又迅速回落，電動機(jī)保護(hù)器未動作。故障發(fā)生過程分析如下：
（1）23:56:10，電流145A，投料477t/h，開始出現(xiàn)料斗脫落導(dǎo)致刮擦。
（2）23:56:50，電流158A，投料478t/h，電流開始迅速上升。
（3）23:56:55，電流297A，投料477t/h，瞬時卡澀嚴(yán)重，電流上升至297A，中控開始減料。
（4）23:57:22，電流132A，投料50t/h，減料至低點后，中控又開始重新投料。
（5）23:58:04，電流261A，投料284t/h，中控重新投料至450t/h左右后，電流發(fā)生二次快速上升，電流升至261A，磁力耦合器過載保護(hù)啟動，電流快速下降至72A左右。
（6）23:58:32，電流72A，投料54t/h，中控重新開始投料，但是磁力耦合器已過載脫開，電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)但提升機(jī)未運(yùn)轉(zhuǎn)，所以電動機(jī)電流不會增長。
（7）00:04:27，電流73A，投料43t/h，停止投料。
（8）00:06:06，電流73A，投料0t/h，停提升機(jī)。
電動機(jī)保護(hù)器主要定值見表1。
表1電動機(jī)保護(hù)器主要定值
從故障實際電流和電動機(jī)保護(hù)器定值來看，整個過程只有在3#點位的電流297A超過了過負(fù)荷保護(hù)定值276A，但是故障電流持續(xù)時間不到1s，持續(xù)時間未超過過負(fù)荷保護(hù)的定值，所以保護(hù)器跳閘出口未輸出。
4定值優(yōu)化和保護(hù)方式
1）定值優(yōu)化
電動機(jī)保護(hù)器可以保護(hù)負(fù)載的功能只有過負(fù)荷保護(hù)和堵轉(zhuǎn)保護(hù)，但過負(fù)荷保護(hù)只要保護(hù)器通電就投入，為了避開重載啟動，需要有較長延時，所以對于電流不能長時間保持高位的故障起不到太大作用。
堵轉(zhuǎn)保護(hù)功能的主要特點是可以在電動機(jī)啟動完成后再投入，因此，可以不用考慮啟動的影響。如果將4#入窯提升機(jī)堵轉(zhuǎn)保護(hù)電流定值改為200A，時間定值改為2s，那么此次故障有兩個電流波峰均可以啟動保護(hù)動作。一次超過200A電流持續(xù)時間為4s，二次超過200A電流持續(xù)時間為6s，見圖5。
圖5部分電流波峰
由于保護(hù)器電流無法根據(jù)產(chǎn)量進(jìn)行實時調(diào)整，所以在不同工況下保護(hù)范圍也可能不一樣，如6月10日4#線入窯提升機(jī)在未投料狀態(tài)下發(fā)生故障，空載電流66A+故障上升電流150A=216A，但是超過200A的保持時間不足1s，所以電動機(jī)保護(hù)器仍然不會動作。
2）DCS系統(tǒng)電流保護(hù)
引用DCS電流保護(hù)作為補(bǔ)充保護(hù)措施。DCS可以實時根據(jù)投料量與提升機(jī)電流對應(yīng)關(guān)系，做分段保護(hù)，不同的投料量對應(yīng)不同的保護(hù)定值。
根據(jù)前期4#窯點火投料情況，計算出投料量和提升機(jī)電動機(jī)電流對應(yīng)關(guān)系，并乘以1.3倍可靠系數(shù)（1.1~1.3），得出保護(hù)電流定值，均加以延時2s防誤動。詳見表2。
表2DCS保護(hù)電流定值
按6月10日晚故障情況做驗證，當(dāng)晚投料量477t/h，對應(yīng)關(guān)系表中480t/h，保護(hù)電流188.5A，延時2s。
根據(jù)電流波形圖（見圖6）發(fā)現(xiàn)，兩次電流超過188.5A的時間分別為5s和8s，*保護(hù)動作條件，所以在一次電流波峰23:56:55時就已經(jīng)動作，比磁力耦合器保護(hù)動作（23:58:05）早1min10s，比中控操作停機(jī)（00:06:08）早9min13s。
圖6電流波動趨勢
5安科瑞智能電動機(jī)保護(hù)器介紹
5.1產(chǎn)品介紹
智能電動機(jī)保護(hù)器(以下簡稱保護(hù)器)，采用單片機(jī)技術(shù)，具有抗干擾力強(qiáng)、工作穩(wěn)定可靠、數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等特點。保護(hù)器能對電動機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的過載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、堵轉(zhuǎn)、阻塞、外部故障等多種情況進(jìn)行保護(hù)，并設(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。適用于煤礦、石化、冶煉、電力、以及民用建筑等領(lǐng)域。本保護(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)。實現(xiàn)電動機(jī)運(yùn)行的遠(yuǎn)程監(jiān)控。
5.2技術(shù)參數(shù)
5.2.1數(shù)字式電動機(jī)保護(hù)器
5.3產(chǎn)品選型
說明：“√"表示具備，“■"表示可選。
6結(jié)束語
電動機(jī)保護(hù)器主要目的是保護(hù)電動機(jī)，在過負(fù)荷和堵轉(zhuǎn)保護(hù)上可以在一定程度上保護(hù)負(fù)載設(shè)備，但是范圍有限，特別對多組成部分的復(fù)雜設(shè)備某單元發(fā)生故障保護(hù)更有限。因此，可以引入DCS系統(tǒng)找到不同工況下的正常運(yùn)行電流，經(jīng)過計算得出比較合理的保護(hù)值，進(jìn)行分段保護(hù)，可以做到更加準(zhǔn)確地保護(hù)負(fù)載設(shè)備。
參考文獻(xiàn)
[1]劉理桃.提升機(jī)類設(shè)備電動機(jī)保護(hù)器的保護(hù)范圍及優(yōu)化
[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2020.06版
作者簡介：涂志燕，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網(wǎng)供配電
聯(lián)系人：王梅
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