安科瑞 劉秋霞
摘要：電動機設(shè)備是水泥企業(yè)中應(yīng)用廣泛的動力裝置，而水泥生產(chǎn)企業(yè)屬于能耗高、污染大又需要設(shè)備連續(xù)不間斷工作的行業(yè)，電動機作為水泥行業(yè)設(shè)備的動力來源，其安全、穩(wěn)定可靠的運轉(zhuǎn)對水泥行業(yè)的平穩(wěn)生產(chǎn)起著至關(guān)重要的作用，本文綜合介紹安科瑞ARD2F智能型電動機保護器在某水泥廠的實際應(yīng)用，并闡述了ARD2F智能型電動機保護器產(chǎn)品的特點及其智能化保護、測量、控制和通訊等，供工程設(shè)計中參考。
關(guān)鍵詞：水泥、電動機保護、智能化、通訊
一、 引言
隨著現(xiàn)代化水泥工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模增加，生產(chǎn)設(shè)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(chǎn)工藝流程較復(fù)雜，可以總結(jié)水泥生產(chǎn)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(chǎn)過程中常用的機組，數(shù)量多、種類復(fù)雜，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步和工藝控制過程的不斷完善，尤其是適應(yīng)自動化生產(chǎn)要求，迫切需要開發(fā)和完善電動機的控制和保護設(shè)備，實現(xiàn)對整個自動化生產(chǎn)過程和大型機械設(shè)備的遙控、遙測、遙調(diào)、故障診斷以及集中控制等功能。
水泥生產(chǎn)是一項較龐大的工程，生產(chǎn)環(huán)境比較惡劣，粉塵污染嚴重，受生產(chǎn)工藝的限制使得其工作場所的通風(fēng)條件差且環(huán)境溫度較高，而且需要設(shè)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(shè)備的運行，運用簡單的電壓表、電流表、電能表和頻率表等由于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(jīng)無法滿足電廠設(shè)備自動化生產(chǎn)的要求。水泥行業(yè)生產(chǎn)過程的特點為長周期運行，一旦開機，在沒有特殊情況發(fā)生的前提下，一般不會停機。現(xiàn)代化大型水泥企業(yè)年運轉(zhuǎn)率很高，這樣就須有高質(zhì)量的、高可靠性的電氣設(shè)備保證其生產(chǎn)過程的連續(xù)不間斷性，一旦故障停機就會造成巨大的經(jīng)濟損失。智能型電動機保護器可實現(xiàn)重載起動，實現(xiàn)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(chǎn)過程對電機設(shè)備的全方面保護及其控制要求，不僅能提高電機設(shè)備的運行能力、延長電機設(shè)備的使用壽命，同時也能提高企業(yè)生產(chǎn)效率、節(jié)約能源。本文以ARD2F智能型電動機保護器在水泥生產(chǎn)中的實際應(yīng)用進行具體介紹。
二、水泥生產(chǎn)對保護器的功能要求
水泥行業(yè)電機是大容量、高負荷連續(xù)運轉(zhuǎn)的設(shè)備，電動機長期承受大負荷，就會使繞組上溫度上升過高而降低絕緣性能甚至損壞絕緣，終會縮短電動機的使用壽命，因此，對水泥生產(chǎn)過程中電機設(shè)備的可靠性、穩(wěn)定性及功能要求非常高。在生產(chǎn)運行或設(shè)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(dǎo)致定轉(zhuǎn)子產(chǎn)生摩擦；
2）軸承損壞：由于軸承裝配不當、定/轉(zhuǎn)子鐵心軸向錯位或重新對轉(zhuǎn)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(fā)生堵轉(zhuǎn)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(dǎo)致電動機繞組燒毀；
2）繞組短路或接地：匝間短路的原因是電機溫度異常升高而導(dǎo)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(nèi)部繞組匝間短路或電動機維修時線圈匝數(shù)錯誤或接線錯誤等。
因此，對某水泥廠電機設(shè)備進行合理的維護是很有必要的，對ARD2F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(shù)，以及電動機運行過程中的各種運動狀態(tài)等信號，經(jīng)保護器內(nèi)部處理運算，從而實現(xiàn)對過載反時限、過載定時限、接地、起動超時、漏電、欠載、斷相、堵轉(zhuǎn)、阻塞、短路、溢出、不平衡(電流、電壓)、過功率、欠功率、過壓、欠壓、相序、溫度、tE時間、外部故障、起動次數(shù)限制、運行時間報警、故障次數(shù)報警等全方面綜合保護，進而保證水泥廠生產(chǎn)工作的安全連續(xù)運行。
（2）及時排除電動機運行故障功能
水泥生產(chǎn)現(xiàn)場電動機運行過程中通過電動機保護器對電機設(shè)備進行檢測，當電動機出現(xiàn)狀況時應(yīng)及時發(fā)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(fā)生時電機設(shè)備動作的可靠性和靈敏性。
（3）對現(xiàn)場各設(shè)備進行遠程監(jiān)測功能
水泥生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境比較惡劣，保護器不僅要提供電機設(shè)備的保護功能，而且要求能夠帶RS-485通訊接口，經(jīng)過Modbus-RTU/Profibus-DP通訊協(xié)議與上位機管理系統(tǒng)進行通訊連接，實現(xiàn)實時監(jiān)測電動機的運行狀態(tài)以及運行過程中的電力參數(shù)，保證后臺操作人員能讀取、修改水泥成產(chǎn)現(xiàn)場電動機保護器的各種整定參數(shù)并通過后臺人機界面實時觀察當前現(xiàn)場電動機控制回路的工作狀態(tài)、供電電源質(zhì)量等，實現(xiàn)對生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備遠程實時監(jiān)控。
三、安科瑞電動機保護器在水泥廠應(yīng)用案例
水泥生產(chǎn)工藝流程較多，所以將保護器合理的應(yīng)用于電動機保護設(shè)備控制回路的同時要能夠滿足水泥廠的大型控制系統(tǒng)的要求。某水泥廠控制系統(tǒng)通過Profibus DP通訊接口與PC機、接觸器、電動機以及其他設(shè)備構(gòu)成控制系統(tǒng)，工程師通過監(jiān)控計算機以及生產(chǎn)管理軟件完成對整個系統(tǒng)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、處理、顯示和監(jiān)視功能，并在滿足權(quán)限和邏輯時，通過遠程控制軟件實現(xiàn)對現(xiàn)場相應(yīng)的電機設(shè)備等的控制。
圖1 現(xiàn)場安裝照片
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(shù)，實現(xiàn)了水泥生產(chǎn)中電機設(shè)備控制的自動化。通過將90L顯示模塊嵌入安裝在開關(guān)抽屜的活動面板內(nèi)，來簡化水泥廠控制柜內(nèi)接線，使得配電室內(nèi)設(shè)備運行情況及故障狀態(tài)清晰可見，方便工程師隨時調(diào)整系統(tǒng)、設(shè)定參數(shù)和顯示、監(jiān)控以及檢修維護。將ARD2F保護器應(yīng)用于某水泥廠生產(chǎn)線電機設(shè)備的控制回路，實現(xiàn)水泥廠對電機保護的要求。如圖2是ARD2F智能型電動機保護器應(yīng)用于某水泥廠電動機設(shè)備控制回路工作原理圖：
圖2 ARD2F智能型電動機保護器應(yīng)用于某水泥廠電動機設(shè)備控制回路接線圖
由于現(xiàn)代水泥工廠采用的大型電機設(shè)備較多，大于110KW及以上的電機，均采用在主回路裝設(shè)電流互感器。考慮到水泥生產(chǎn)工藝的不同和企業(yè)投入的資金，電動機需要不同的起動方式，ARD2F智能型電動機保護器提供靈活的聯(lián)鎖功能，實現(xiàn)直接啟動、雙向啟動、星/三角啟動、自耦變壓器啟動等，使水泥廠大型設(shè)備的電機得到了合理保護和控制[2]。
四、ARD2F產(chǎn)品介紹
ARD2F智能電動機保護器適用于額定電壓至660V的低壓電動機回路，集保護、測量、控制、通訊、運維于一體。其完善的保護功能確保電動機安全運行，帶有邏輯可編程功能，可以滿足多種控制方式。可選配不同通訊模塊適應(yīng)現(xiàn)場通訊需求。
該產(chǎn)品采用分體式結(jié)構(gòu)，由主體、顯示單元、互感器組成，可適應(yīng)各種柜體的安裝。
技術(shù)參數(shù)
功能特點
■ 支持基波和全波電力參數(shù)測量（U、I、P、Q、S、PF、F、EP、EQ），電流及電流不平衡度、電流正序、負序、零序分量、電壓、三相電壓相角、剩余電流。
■ 保護功能包括過載反時限、過載定時限、接地、起動超時、漏電、欠載、斷相、堵轉(zhuǎn)、阻塞、短路、溢出、不平衡(電流、電壓)、過功率、欠功率、過壓、欠壓、相序、溫度、tE時間、外部故障、起動次數(shù)限制、運行時間報警、故障次數(shù)報警。
■ 9路可編程DI輸入，默認采用內(nèi)置DC24V電源，也可選擇外部有源濕接點。
■ 5路可編程DO輸出，滿足直接起動，星—三角起動，自耦變壓器起動，等多種起動方式，可通過通訊總線實現(xiàn)主站對電動機的遙控“起/停"。
■ 可選抗晃電功能：支持晃電立即再啟動、失壓重起動。
■ 可選配MODBUS_RTU通訊、PROFIBUS DP通訊，支持2路通訊接口。
■ 可選配1路DC4-20mA模擬量輸出接口，與DCS系統(tǒng)相接，可實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)控。
■ 具有故障記錄、起動記錄、停車記錄、DI變位記錄和再起動記錄等各類事件記錄。
■ 顯示界面液晶顯示，支持中/英文切換。
五、結(jié)束語
隨著電子技術(shù)及通訊技術(shù)的不斷發(fā)展。電動機保護器也在朝著多元化方向發(fā)展，電動機保護器在水泥企業(yè)的應(yīng)用也越來越廣泛，合理選擇電機設(shè)備的保護功能和保護方式，可提高設(shè)備運行的可靠性，能夠預(yù)防并杜絕電機燒毀，同時減少了因非計劃停車而造成的損失，降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本。
[1] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2022.01版.
[2] GB 14048.4-2020 低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 第4-1部分：接觸器和電動機起動器 機電式接觸器和電動機起動器(含電動機保護器).
[3]楊建華,劉葳.電動機保護器在水泥行業(yè)的應(yīng)用.水泥技術(shù).2009(05)
