浅谈智能型电机保护控制器在水泥厂的应用与思考

摘要:传统的水泥厂对电动机的过载保护都是利用热继电器这种控制元件，但是随着水泥厂生产工艺朝着自动化方向转变和自动化工艺的到来，使得热继电器无法使用于电动机，随之采用将一种新型的电动机保护器来作为电动机的保护元件。采用电动机保护器作为保护装置，使得电动机的安全系数在原来的基础上显著提高。在此基础上，对于电动机的控制也渐渐趋向部分自动化。本文主要对电机保护器的原理及优势进行了分析，并提出了电机保护器的选用原则。

关键词：电动机保护器 原理 优势

随着电气自动化时代的到来，对于水泥厂的电机保护元件来说，原来的热继电器渐渐被取代，取而代之的则是一种新型的电动机智能保护器，简称电机保护器。原来的热继电器虽然在结构设计方面比较简单、体积小，使用起来也比较方便，投入成本也较低。但是由于其在设计方面精度比较低、动作也不稳定，而且在使用过程中容易误动作，在保护电机方面功能过于单一，导致不能实现集中监测，所以渐渐被替代。大多数的水泥厂也都在使用智能电动机保护器检测系统。

一、对于电动机保护器的简单介绍

1.1、电动机保护器的元器件组成

电动机保护器有一定的硬件部分的设置，电动机自带有标准的485接口，这样对于用户来说组网比较便捷，而且可以构成不同种类的控制系统，如集中式控制系统、集散式控制系统以及分布式的控制系统。主要原理就是通过增加输出模块的模拟量，从而输出4〜20mA的模拟量信号。将这种信号传输给系统，对于用户集中控制系统有一定的作用。在此基础上，将微处理技术运用于电机保护器，并且采用模块化的设计结构，对于控制系统有积极的作用。因为模块化结构产品体积非常小，而且结构看起来紧凑，在安装方面也较为便捷。另外，电动机控制单元是由低压断路器、电动机以及接触器等电控元件组成。除此之外，还有比较方便的连锁功能，增加了其开启方式。如可利用直接保护的启动方式或者利用电阻进行降压的方式进行启动，也可以釆取三角形的方式进行启动。由上述可知，电动机保护器是由两部分组成的：一部分就是比较重要的模块，称之为主要模块，这部分的功能是完成测量以及保护等比较重要的功能；另一部分则是辅助性的模块，这部分主要是为主要模块服务的，主要是由显示部分、外置的电流互感器以及外置的漏电互感器组成。

1.2、对保护器的显示模块以及主体模块进行介绍

对于显示模块来说，它的工作原理主要是通过一定的平台，如LPC2 134平台，测量并设定具体的参数，并通过人机的界面显示出来，对少部分参数进行设定并操作，从而查看设备运行的情况、出现的故障以及相应的报警信息。显示模块对于参数等信息的显示主要釆用的是液晶显示的方式，而主体部分的显示主要是由点阵式的液晶组成的，全部使用的都是中文显示菜单。

和显示模块不同的是，主体模块相对来说组成比较复杂。主体模块分为不同的几个部分，如釆样电路(针对电流、电压、温度设置的)、端子按钮采集电路、数字信号处理器、出口继电器、显示端口以及通讯部分。主体模块主要釆用的是交流采样的技术，经过采样10倍的电流值，而且使用的是双看门狗的设计技术以及性能非常好的数字信号处理系统，因为这种数字信号处理系统扩展性和集成度都比其他系统高。这部分使用的软件分为以下几个部分，如电流、电压、温度、漏电以及接触器等状态釆样。在此基础上，它是通过电机本身的性质，并通过采集电流、电压、漏电以及热电阻等部分状态。在此基础上，利用提前设定的运行方式来计算电动机运行的基本工况。电机本身有一个保护定值，可以根据保护定值来判断是保护还是报警。当进行相关保护的时候，要及时进行切断电源和存储的操作，以供査询。除此以外，对于硬件部分来说，主要是通过电流互感器非接触采集电动机所通过的电流、电压以及接触器的相关状态、电机温度等一些信号，在此基础上判断是否要进行报警操作或者是跳闸保护操作以及相关的连锁功能。

1.3、电机保护器的功能

将电机保护器运用于水泥厂的电机，主要有以下作用：频率保护；温度保护；过载或过压保护、断相保护、相序保护、不平衡保护、堵转、漏电以及接地保护等，而且端子功能是可进行编程的。

二、关于监控管理系统的介绍

2.1、监控管理系统的工作原理

采用不同的总线，即过程总线：过程总线的传送速度在9.6〜12 m波特之间选择，而且在总线系统开始启动的时候，所有在总线上连接的设备的速度都是相同的；而过程总线也基本上用于一些工程的自动化车间里边，主要是进行车间监控以及相关的数据通信。目标主要是连接现场设备到车间监控的数字控制以及现场的通信网络，实现了工厂的自动化控制。其基本的特征是开放式且不依赖厂家的一种总线标准，意思就是不同厂商生产的设备不用厂商对其进行特别的设置或调整就能进行通信。还有一种网络通讯协议总线，这种总线的成本比较低廉，普遍使用于低速现场。而且网络通讯协议总线的保护器是通过一个通讯管理机接入监控网络的，而过程总线不同于网络通讯协议总线，它是直接接入服务器网络的。服务器是和工程师所在的站点以及操作员所在的站点，通过交换机连接在同一个网络系统内的。所以，服务器釆集各电机各个状态的工况主要是通过现场总线实现。在此基础上，为工程师所在的站点和操作员所在的站点共同服务。

2.2、监控管理系统的选用原则

电机保护器可以根据不同的方式分为不同种类，按照额定工作电压以及电流范围分类，可以分为380V和220V两种；对应的电流范围为6A、60A两种等级。这种电机保护器在使用的时候，先要了解到电机所在控制回路的工作电压以及负载的额定电流，然后据此选择对应的电流量程范围。在现实的工程实践中，因为大部分水泥厂工厂由于工程量比较大、产量也比较大，所以使用的都是大型的电动机。为了提高其互换性，减少备用件的数量。对于功率在110kW或者功率更高的电机来说，都是通过在主回路装电流互感器的方式进行保护的。即先将一次电流转变为小于5A的二次电流，然后接入量程范围为6A的电动机保护器。在此基础上，控制和保护了大型设备的电机。

除此之外，电机保护器也可以按照其结构形式的不同进行分类，可以分为一体式的电机保护器和分体式的电机保护器。对于一体式的电机保护器来说，其结构是一个整体，这种电机保护器主要运用于固定柜安装；而对于分体式的电机保护器来说，它分为显示器部分以及互感器部分，而且在固定的范围内是可以随意进行安装的，所以比较适合在新型抽屉式的开关柜中安装。在工程实践中，因为大部分是用的都是低压的抽屉式的开关柜，所以将显示的表头直接镶嵌安装在开关抽屉的活动面板里。在此程度上使得柜内的接线变得简单，而且系统随时也能调整、设置参数以及实现显示、监控的功能。显示面板对于设备运行的实时情况以及出现的状况能够随时检测和显示，便于对设备更好地了解，对于随时出现的故障也能及时进行处理和检修。在一定程度上提高了对电机的保护效果，提升了生产效率。

三、安科瑞ARD3电动机保护器

3.1、 ARD3电动机保护器的介绍

ARD3智能型电动机保护器（以下简称ARD3），适用于额定电压至AC690V、额定电流至AC800A、额定频率为50/60Hz的电动机。产品体积小，结构紧凑，安装方便，在低压控制终端柜和1/4模数及以上各种抽屉柜中可直接安装使用，提高了控制回路的可靠性和自动化水平。

ARD3采用模块化的产品结构形式，包括主体控制模块、互感器模块和显示模块，并可根据需要选配ARD3的其他功能模块或附件，与接触器、电动机起动器等电器元件构成电动机控制保护单元，有远程自动控制、现场直接控制、面板指示、信号报警、现场总线通信等功能。适用于煤矿、石化、冶炼、电力、船舶、以及民用建筑等领域。详见图1-图2。

图1 智能电动机保护器动作示意图

图2 过载特性曲线图

安科瑞ARD3系列电动机保护器的功能如下：

（1）辅助电源支持AC85V～265V/DC110V～350或AC380V±10%(需另配380V电源模块)。

（2）测量功能分为基本测量(电流参数)和增选测量(电压、功率、相序、剩余电流(漏电流))。

（3）具有起动超时、过载、堵转、阻塞、欠载、断相、不平衡、剩余电流(接地/漏电)、温度、外部故障、相序、

（4）过压、欠压、欠功率、过功率、tE时间等电动机综合保护功能。

（5）9路DI无源干节点输入，信号电源采用内置DC24V电源。

（6）5路DO输出，满足直接起动，星—三角起动，自耦变压器起动，软起动等多种起动方式，通过通讯总线可实现。

1. 远程主站对电动机进行实时遥控“起/停”操作。
2. 抗晃电确保电动机运行不间断，重起动功能在短时欠压、失压时用于电动机分批重起。
3. 具有标准的RS-485通讯接口，采用Modbus_RTU、Profibus_DP通讯协议，保证了上位机通讯的快速可靠。
4. 具有DC4-20mA模拟量输出接口，直接与DCS系统相接，可实现对现场设备的监控。
5. 具有系统时钟和20次故障记录功能，系统时钟记录当前时间(日、时、分、秒)，故障记录功能记录故障原因。
6. 显示部分采用全中文液晶显示。

可以替代各种电量表、信号灯、热继电器、电量变送器等常规元件，减少了柜内电缆连接及现场施工量，可靠性和综合性价比远高于传统方案。

3.2、 电动机保护器的选型

说明：“√”表示具备 “■”表示可选

四、结语

本文主要对电机保护器的原理及优势进行了分析，并提出了电机保护器的选用原则：对固定柜安装釆用一体式的电机保护器，对抽屉式的开关柜安装采用分体式的电机保护器，或者按照额定的工作电压及电流的范围进行分类，如220V或者380V两种。对水泥厂的电机来说，主要采用的是后者。这在一定程度上预防了电机的烧毁，保证了设备正常运转。

参考文献

【1】赵丽.电机保护器在水泥厂的应用与思考

【2】黄燕生，严方，林书婷.PROFIBUS应用工程中故障问题的研究与实践[J].轻工科技，2012（8）.

【3】安科瑞工业用0.4KV测控类保护产品选型手册2018.7

【4】安科瑞企业微电网设计及应用手册.2019.11版