智能型電動機保護器在某石油化工行業(yè)的應用
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)，電動機是石化行業(yè)的動力來源，其安全穩(wěn)定運行對石化企業(yè)的平穩(wěn)生產(chǎn)起著至關重要的作用，低壓電動機為石油化工生產(chǎn)中最常用的機組，數(shù)量多、種類復雜，為保證低壓機組的正常平穩(wěn)運行，本文以安科瑞ARD2F電動機保護器在某石油化工行業(yè)的應用為例進行介紹，ARD2F保護控制器具有常規(guī)的過載、欠載及接地保護，還具有不平衡、起動超時及外部故障等保護[1]，比較適合作為石油化工電動機的起動和運行保護，根據(jù)對ARD2F電動機保護器的實驗摸索和理論研究，在功能、工程應用等方面做出了較為詳細的敘述，為該保護裝置應用提供了一定的實踐經(jīng)驗。
1、引言
現(xiàn)代石油工業(yè)中，電動機作為一種拖動機械，成為所有動力機械基礎，科學技術不斷進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)和完善電動機控制和保護設備，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程和大型機械遙控、遙測、遙調(diào)、故障診斷以及集中控制等功能。
同時，石油化工行業(yè)具有大通量、滿負荷連續(xù)運轉特點，對電機設備可靠性和穩(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消除，以保證及時恢復生產(chǎn)，對于過去一直采用熱繼電器作為電動機過載保護和控制元件，受到元件質量和工藝限制，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保護器，能夠滿足對電動機的保護控制要求，作為電動機保護元件，電動機保護器有效保障了電機安全運行、取代了熱繼電器，利用先進通訊技術，實現(xiàn)了電機控制自動化，并取了顯著經(jīng)濟效益[2]，本文主要對安科瑞ARD2F保護器的功能及其在某石油化工行業(yè)的應用進行具體介紹。
2、石油化工對保護器功能要求
石油化工行業(yè)電機是大容量、高負荷連續(xù)運轉的設備，因而對其可靠性、穩(wěn)定性及功能要求極高，某石油化工運行電機對ARD2F保護器具體功能要求為：
（1）過載保護功能
電動機在過負載情況下，長時間超過其額定電流運行時，會導致電動機過熱，絕緣降低而燒毀，保護器根據(jù)電動機的發(fā)熱特性，計算電動機的熱容量，模擬電動機發(fā)熱特性對電動機進行保護，當保護器監(jiān)測到電動機過載運行了，保護器應在報警或脫扣（延時）設定時間內(nèi)發(fā)出報警或脫扣信號。
(2) 堵轉保護功能
電動機在起動過程中，如果由于負荷過大或自身機械原因，造成電動機軸被卡住，而未及時解除故障，將造成電機過熱，絕緣降低而燒毀電機，堵轉保護適用于電動機起動發(fā)生此類故障時進行保護。
(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(fā)生斷相或三相電流嚴重不平衡時，如不平衡率達到保護設定值時，保護器按照設定的要求保護，發(fā)出停車或報警，確保電動機的安全運行。
三相不平衡率計算公式為：|I-Iav|/IX，Iav為三相電流平均值，當Iav小于Ie時，分母IX =Ie；當Iav大于Ie時，分母IX =Iav。
(4) 故障判斷及記錄功能
石油化工生產(chǎn)現(xiàn)場電動機運行過程中，需要電動機保護器對電動機進行檢測，判斷電動機正常、過載、短路、斷相、過壓、欠壓、過熱等工況并作相應處理，當電動機出現(xiàn)某種故障時，保護器切斷電動機電源并處于保護狀態(tài)，保存故障類型、時間及電機運行參數(shù)，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，以便于維修，只有故障排除后，復位保護器，故障指示燈消失，保證電動機能夠再次啟動。
(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“立即重起動時間”內(nèi)電壓恢復至允許重起動設定正常值以上時，保護器可使現(xiàn)場電動機立即恢復至電動機停車前的運行狀態(tài)，不經(jīng)過起動延時、降壓等過程，若超過“立即重起動失壓時間”，而在“延時重起動延時時間”設定時間內(nèi)，電壓恢復至欠電壓（失壓）重起動設定值以上，現(xiàn)場電機按“延時重起動延時時間”延時起動，與正常起動的過程相同，延時時間允許誤差為±10%，若超過“延時重起動延時時間”后電壓恢復，則電動機不再自動重起動，恢復電壓值誤差不大于±10%，采用具有抗晃電保護功能的保護器，能夠確保電動機的平穩(wěn)運行，并減少系統(tǒng)投資，在石化行業(yè)使用具有實際意義。
(6) 在線監(jiān)測功能
控制室操作人員可通過保護器的通訊，在后臺人機界面上完成所有石油化工現(xiàn)場電動機保護器各種保護整定參數(shù)讀取、修改和整定，同時，在線監(jiān)測電機運行負載和供電電源質量，為及早發(fā)現(xiàn)過載和接故障等，創(chuàng)造了條件，后臺人機界面強大的信息管理功能，可有效記錄各臺電機型號、運行方式、和歷史維護記錄，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電動機保護器能對電動機運行過程中出現(xiàn)的起動超時、過載、堵轉、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行保護，能夠實現(xiàn)運行時間、次數(shù)統(tǒng)計等功能，對電機的運行電流、電壓、運行時間、起動次數(shù)、報警和故障信息等進行監(jiān)視，設有SOE故障事件記錄功能，方便現(xiàn)場維護人員查找故障原因，并通過LCD中文液晶顯示屏、狀態(tài)指示燈等各種方式，將電機的運行狀態(tài)清晰、直觀地顯示出來，該保護器具有RS485遠程通訊接口，DC4~20mA模擬量輸出，方便與PLC、PC等控制機組成網(wǎng)絡系統(tǒng)，實現(xiàn)實現(xiàn)在人機界面對電動機監(jiān)視，滿足石油化工行業(yè)對電動機保護器的需求。
3、典型工程應用案例
在石化行業(yè)工程應用中，由于石化裝置電機較多，因此需要選用電動機保護裝置來對電機保護，既能使電動機充分發(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，具體的應用選擇應綜合考慮電機的本身的價值、負載類型、使用環(huán)境、電機主體設備的重要程度等因素，力爭做到經(jīng)濟合理，在能滿足保護要求的情況下首先考慮最簡單保護裝置，當簡單的保護裝置不能滿足要求時，或對保護功能和特性提出更高要求時，才考慮應用復雜的保護裝置，做到經(jīng)濟性和可靠性的統(tǒng)一，下面以安科瑞ARD2F智能型電動機保護器在石油化工行業(yè)配電間改造及抗晃電控制回路應用為例進行具體分析、介紹[3]。
圖4是ARD2F保護器在某石油化工總廠改造項目中的典型電氣原理圖，圖中電動機保護器95、96是綜合保護器過負荷、斷相及電流不平衡、堵轉保護的輸出斷開觸點，97、98是斷路器分勵脫扣觸點，通過轉換開關SA實現(xiàn)試驗、運行控制方式的切換，電動機正常運行時，接觸器KM線圈得電，KM常開觸點閉合，常閉觸點斷開，電動機運行指示燈亮，當電動機發(fā)生過負荷、斷相、電流不平衡或者堵轉故障時，保護器95、96觸點斷開，接觸器線圈斷電，KM常開觸點斷開，常閉觸點閉合，停止指示燈亮，對整個石化系統(tǒng)改造中電動機出現(xiàn)故障情況及時進行保護，電動機處于試驗狀態(tài)時情況與此一致。
圖4 ARD2F在某石油化工行業(yè)的應用
圖5中ARD2F應用于某石油化工總廠配電間改造的典型電氣原理圖，圖中電動機的起動、停車由外部按鈕實現(xiàn)，接觸器KM的線圈串聯(lián)在脫扣繼電器常閉觸點95、96中，當電動機正常工作時，閉合QA，按下起動按鈕SF，KM線圈得電，KM常開觸點閉合，電動機開始工作，按下停止按鈕SS時，KM線圈失電，KM主觸點斷開，電動機停止工作，如果電動機發(fā)生脫扣故障，保護器脫扣觸點也會斷開，導致KM線圈失電，電動機停止，對出現(xiàn)故障作出及時處理。
圖5 ARD2F在某石化配電間改造項目應用
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