任運業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

 

摘要:介紹了提升機的不同保護措施，分析了電動機保護器對提升機設(shè)備的保護范圍。針對提升機類的設(shè)備提出定值優(yōu)化和增加DCS系統(tǒng)輔助保護的措施，并對可靠性進行了驗證，可以做到更加準確地保護負載設(shè)備。

 

關(guān)鍵詞:提升機；電動機保護；DCS輔助保護

 

      我公司提升機等設(shè)備的電氣保護主要由電動機保護器實現(xiàn)，但通過電動機電流間接保護會存在一定的保護范圍，如對提升機料斗脫落等故障就無法提供保護。本文分析電動機保護器保護的局限性，介紹了優(yōu)化的保護措施。

 

1.1短路保護

      短路保護主要針對電動機電纜或繞組出現(xiàn)的短路故障，短路保護動作邏輯見圖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。提升機在運行時幾乎不可能達到相應(yīng)整定電流，因此該保護僅對電動機具有保護作用，對提升機其他部件沒有保護作用。

圖1短路保護動作邏輯

1.2過載保護

      過載保護是針對電動機電流超過電動機負載能力，且經(jīng)過一定延時再啟動的保護動作，其動作邏輯見圖2。電流定值一般設(shè)定為電動機額定電流的1.1~1.3倍，延時20~60s。該保護主要也是保護電動機，對提升機其他部件保護作用不大。

圖2過載保護和過負荷保護動作邏輯

1.3過負荷保護

      過負荷保護是針對負載設(shè)備（提升機）超出正常負荷情況下，經(jīng)過一定延時再啟動的保護動作，其動作邏輯與過載保護相同，電流的定值是正常運行負荷下電流的1.1~1.3倍，根據(jù)負荷特性延時20~60s。該保護是針對負載設(shè)備超出正常運行電流的一種保護，在一定范圍內(nèi)可以保護負載設(shè)備。

1.4堵轉(zhuǎn)保護

      堵轉(zhuǎn)保護是針對電動機或負載設(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動作，其動作邏輯見圖3。電流定值一般設(shè)定為電動機額定電流的3~5倍，延時1~10s。該保護與過載、過負荷保護不同，在電動機啟動完成后才會投入該保護功能，不用考慮提升機重載啟動對定值的影響。同時保護電動機及負載設(shè)備。

圖3堵轉(zhuǎn)保護動作邏輯

 

      1）過負荷定值不合理

      我公司提升機或膠帶機設(shè)備由于存在重載啟動等特殊情況，所以設(shè)備廠家在電動機選型時會考慮到重載情況下的啟動能力，比如，一臺提升機正常運行電流為100A，空載啟動200A，但是重載啟動可以達到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的電動機進行拖動。

      但在做保護定值計算時，設(shè)備并未投產(chǎn)運行，所以過負荷保護一般是以電動機額定參數(shù)作為計算依據(jù)。一般過負荷系數(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的電動機過負荷電流取值為260A。由于過負荷為電流低倍數(shù)保護，防止負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)保護可以優(yōu)化

堵轉(zhuǎn)保護一般用于設(shè)備已經(jīng)出現(xiàn)嚴重卡澀或電動機已經(jīng)堵轉(zhuǎn)情況，所以電流定值設(shè)置一般都較大，無法保護一些較小的故障。但是我們可以利用堵轉(zhuǎn)保護是在電動機啟動完成后才投入的特點，進一步優(yōu)化定值，不用再考慮電動機啟動電流的影響。

      3）負載設(shè)備保護過于依賴于電動機保護器不同于風機、水泵等單一設(shè)備，提升機或膠帶機為復(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軟保護來監(jiān)控。

 

      2020年6月10日23:56，我公司4線燒成車間入窯提升機發(fā)生料斗脫落故障，故障期間投料量及電動機電流變化見圖4。由于是個別料斗脫落，電流上升后又迅速回落，電動機保護器未動作。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，電動機運轉(zhuǎn)但提升機未運轉(zhuǎn)，所以電動機電流不會增長。

      （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。

電動機保護器主要定值見表1。

表1電動機保護器主要定值

      從故障實際電流和電動機保護器定值來看，整個過程只有在3#點位的電流297A超過了過負荷保護定值276A，但是故障電流持續(xù)時間不到1s，持續(xù)時間未超過過負荷保護的定值，所以保護器跳閘出口未輸出。

 

      1）定值優(yōu)化

電動機保護器可以保護負載的功能只有過負荷保護和堵轉(zhuǎn)保護，但過負荷保護只要保護器通電就投入，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)保護功能的主要特點是可以在電動機啟動完成后再投入，因此，可以不用考慮啟動的影響。如果將4#入窯提升機堵轉(zhuǎn)保護電流定值改為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

      由于保護器電流無法根據(jù)產(chǎn)量進行實時調(diào)整，所以在不同工況下保護范圍也可能不一樣，如6月10日4#線入窯提升機在未投料狀態(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，所以電動機保護器仍然不會動作。

      2）DCS系統(tǒng)電流保護

      引用DCS電流保護作為補充保護措施。DCS可以實時根據(jù)投料量與提升機電流對應(yīng)關(guān)系，做分段保護，不同的投料量對應(yīng)不同的保護定值。

      根據(jù)前期4#窯點火投料情況，計算出投料量和提升機電動機電流對應(yīng)關(guān)系，并乘以1.3倍可靠系數(shù)（1.1~1.3），得出保護電流定值，均加以延時2s防誤動。詳見表2。

表2DCS保護電流定值

      按6月10日晚故障情況做驗證，當晚投料量477t/h，對應(yīng)關(guān)系表中480t/h，保護電流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，完quan滿足保護動作條件，所以在一次電流波峰23:56:55時就已經(jīng)動作，比磁力耦合器保護動作（23:58:05）早1min10s，比中控操作停機（00:06:08）早9min13s。

圖6電流波動趨勢

 

5.1產(chǎn)品介紹

      智能電動機保護器(以下簡稱保護器)，采用單片機技術(shù)，具有抗干擾能力強、工作穩(wěn)定可靠、數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等特點。保護器能對電動機運行過程中出現(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行保護，并設(shè)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。適用于煤礦、石化、冶煉、電力、以及民用建筑等領(lǐng)域。本保護器具有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(luò)系統(tǒng)。實現(xiàn)電動機運行的遠程監(jiān)控。

5.2技術(shù)參數(shù)

5.2.1數(shù)字式電動機保護器

 

5.3產(chǎn)品選型

說明：“√"表示具備，“■"表示可選。

 

      電動機保護器主要目的是保護電動機，在過負荷和堵轉(zhuǎn)保護上可以在一定程度上保護負載設(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)生故障保護更有限。因此，可以引入DCS系統(tǒng)找到不同工況下的正常運行電流，經(jīng)過計算得出比較合理的保護值，進行分段保護，可以做到更加準確地保護負載設(shè)備。

 

[1]劉理桃.提升機類設(shè)備電動機保護器的保護范圍及優(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：任運業(yè)，男，安科瑞電氣股份有限公司。