新型电动机综合保护器在电站脱硫系统的应用
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摘 要：目前我國低压电机装机容量巨大，每年烧毁的电机数量触目惊心，由于电机烧毁造成的停产损失更是难以估量。本文结合工程实际应用，介绍电站脱硫项目上电动机保护器的保护功能和参数设定。
关键词：电动机保护器;应用;参数整定
1 电机损坏原因
电机损坏的原因，从主观和客观两方面分析主要如下：
客观原因：电气因素：缺相、过载、短路、老化、电压异常、频繁启停。机械因素：堵转、偏心、振动、轴承磨损、受潮、环境温度高等。
主观原因：电气设计元器件选型不合适、保护整定值不合适、部分技术人员不重视参数调整，以及设备巡检不到位。
从经验上来看电机大多数损坏是缺相和受潮引起的。根据经验电机缺相运行引起的损坏占电机总损毁数的一半以上。电源缺相后会在电机断线相绕组上产生数倍的反电压，短时间就可造成绕组匝间击穿，绕组烧毁。传统热继的反时限特性无法有效保护电机的缺相故障。随着经济水平的提高、电子元件价格下降，加上工厂企业人员精简，对设备的稳定性、安全性提出个更高的要求。从长远来看电机保护器将是主流趋势。
2 解决方案对比
传统断路器+接触器+热继电器，保护原理为热磁脱扣。功能简单、调整误差大、响应速度慢，保护功能单一，优点是操作简单、成本低。
该项目方案采用断路器+电流互感器+电机保护器。保护全面、精度高、响应快、抗干扰能力强、参数可根据负荷及工况整定，成本稍高。
新型电动机保护器在常规保护的基础上，新增测控、计量、通讯等功能，实现了智能化、网络化、数字化，为现场设备提供了更加全面有效的保护。它体积小，功能强、可靠性高、设置简单、安装方便。
3 主要功能和保护类型
保护器具有全面的电动机数字保护、电量测量、运行状态监视、保护动作记录和网络通讯、模拟量输出功能。具有多种启动模式，可实现直接启动、降压启动、星三角启动、正反转运行等。同时具有短路、过载、缺相、三相不平衡、堵转、启动时间过长、欠压、过压、接地、定时限过载等全面保护。并且可实时测量和显示电压、电流、功率因数、电能等多种参数并完成数据上传。
4 应用案例
我司在河北某钢铁集团，燃气电站脱硫工程，对系统内重要工艺设备、潮湿环境的电机、重载设备均设计配备了电机综合保护器，见下表：
通过电机综合保护器实现现场设备的就地和DCS启停、综合告警和跳闸保护，而且有4-20mA电流反馈。控制和保护回路如下图所示。
图中Ua、Ub、Uc、UN为电压测量输入，IA、IB、IC为三相电流输入，I0为零序电流输入，L，N接控制电源，RS485为通讯接口，25-33为开入量端子，其中31为外部启动，33为外部停止，29为接触器运行状态。22端子外接电机接触器线圈，17端子KA3为开出量，默认为故障报警。
5 保护原理及参数整定
设备送电后确认液晶显示器及按钮正常工作。开入量实验，用导线将装置外部端子短接，装置的开入状态显示中DI1-DI8应由断开变为为闭合（由不显示到显示），开出量需通过上位软件遥控来实现开出量调试，把控制方式设置为通讯控制，然后用上位机控制回路的启动和停止。验证完毕后输入保护整定值，并按需进行保护投退。
参数整定以脱硫18.5kW冲洗水泵为例。基本参数：电机额定电流Ie=34.7A，PT变比1，CT选项值为0（对应变比值60A/25mA）、CT一次值60A。
（1）速断保护是防止电机或者线路相间短路。任一相电流超过设定值时，按设定的延时保护动作。短路速断保护定值一般整定为电机额定电流的8-10倍。此处投入跳闸，定值Is=8Ie，延迟时间dEL=0秒。
（2）过流保护是任一相电流超过设定值时，经设定延时保护动作。过流保护定值一般整定为额定电流的1.2-1.5倍。此处投入跳闸，定值Is=1.5Ie，延迟时间dEL=10秒。
（3）堵转保护是保护电机启动和运行过程中，因负载过大，或者自身机械卡死引起的电机损坏。堵转保护值一般需按电动机堵转电流的一半整定，无法查到堵转电流的可按照额定电流的4-6倍整定。此处投入跳闸，定值Is=6Ie，启动时延迟时间dEL=2秒，运行时延迟时间dEL=1秒。
（4）接地保护保护电机设备单向或多相接地，保护器根据采样的三相电流值矢量和计算出零序电流。当算得零序电流异常时，按照内部的设定值和时间，延迟后报警或停机。此处投入跳闸，定值Is=0.3Ie，延迟时间dEL=5秒。
（5）缺相保护是检测到电动机某一相运行电流正常，另有一相没有电流或电流很小则判断为线路缺相，保护动作。此处投入跳闸，定值为系统默认，延迟时间dEL=1秒。
（6）三相不平衡保护是电机任意一相电流大于或小于与三相电流平均值（一般电机按照10%以内的不平衡度设定）。此处投入跳闸，定值10%，延迟时间dEL=5秒。
（7）过压欠压保护过压会引起电机绝缘降低，影响电机寿命，欠压时电机出力转矩成倍下降，严重过载，绕组温度急剧升高。当三相电压均小于欠压保护值经延时后保护动作。
对于一般电机，欠压值一般取额定电压的60%-70%。对于重要负荷的电机，低电压值可取额定电压的40%-50%，延迟时间按保证生产工艺及人身、设备安全整定。此处过压投入报警，定值Us=1.2Ue，延迟时间dEL=10秒，欠压投入跳闸，定值Us=0.6Ue，延迟时间dEL=5秒。
（8）tE时间保护仅用于增安型电动机，此处退出。
（9）欠流保护是指当负载为泵或者传送带时候，为了保护设备或人员安全。当电机的三相的电流小到一定程度，保护动作。泵组正常工作时候根据工艺和流量特点，工作电流介于空载电流和额定电流之间。一般调试期实测泵组稳定工作电流，欠流保护值取空载电流和工作电流中值，或者根据工艺流量最低值确定。投入跳闸，定值Is=0.3Ie，延迟时间dEL=10秒，空载调试期退出。
（10）过热保护、晃电自启动、逆序保护、漏电保护均退出，工作方式选择单向运行。
6 调试期遇到的问题
现场测量电流与DCS远程电流不一致，原因是DCS量程需设置成电机综保内输入的电机额定电流而不是电流互感器一次值;远程操作箱及DCS启动均不动作，检查为参数项启动控制方式控制位未设置成端子启动;某回路启动几秒后跳闸，液晶面板显示缺相故障。再次启动面板显示B相电流为零，AC相正常。钳流表实测三相回路电流均正常。检查紧固电流互感器二次接线后恢复正常。
7 结语
新型电机综合保护器应用在电站脱硫项目上，参数设置和调试过程简单直观，保护功能完善，能够有效预防设备损坏和事故发生，为电站脱硫的稳定运行提供了有力保障。
参考文献：
[1]WXDK-360电动机保护控制器说明书.
[2]董桂成.低压电动机保护定值整定探讨[J].电气技术，2015，16（06）：138-140.
[3]郑天伦.电动机保护器的保护原理及应用浅析[J].中国化工贸易，2013（10）：87.
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