王海芹

（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)是連續型生產(chǎn)行業(yè)，電動(dòng)機是石化行業(yè)的動(dòng)力來(lái)源，其安全穩定運行對石化企業(yè)的平穩生產(chǎn)起著(zhù)至關(guān)重要的作用，低壓電動(dòng)機為石油化工生產(chǎn)中常用的機組，數量多、種類(lèi)復雜，為保證低壓機組的正常平穩運行，本文以安科瑞ARD2F電動(dòng)機保護器在某石油化工行業(yè)的應用為例進(jìn)行介紹，ARD2F保護控制器具有常規的過(guò)載、欠載及接地保護，還具有不平衡、起動(dòng)超時(shí)及外部故障等保護^[1]，比較適合作為石油化工電動(dòng)機的起動(dòng)和運行保護，根據對ARD2F電動(dòng)機保護器的實(shí)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(shí)踐經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)機保護器、石油化工、工程應用

1、引言

    現代石油工業(yè)中，電動(dòng)機作為一種拖動(dòng)機械，成為所有動(dòng)力機械基礎，科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步和工藝控制不斷完善，尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)要求，迫切需要開(kāi)發(fā)和完善電動(dòng)機控制和保護設備，實(shí)現對生產(chǎn)過(guò)程和大型機械遙控、遙測、遙調、故障診斷以及集中控制等功能。
　　同時(shí)，石油化工行業(yè)具有大通量、滿(mǎn)負荷連續運轉特點(diǎn)，對電機設備可靠性和穩定性要求*，一旦發(fā)生事故，馬上查找故障原因并及時(shí)，以保證及時(shí)恢復生產(chǎn)，對于過(guò)去一直采用熱繼電器作為電動(dòng)機過(guò)載保護和控制元件，受到元件質(zhì)量和工藝限制，已無(wú)法滿(mǎn)足日益發(fā)展石油工業(yè)自動(dòng)化要求，而新型的智能電動(dòng)機保護器，能夠滿(mǎn)足對電動(dòng)機的保護控制要求，作為電動(dòng)機保護元件，電動(dòng)機保護器有效保障了電機安全運行、取代了熱繼電器，利用通訊技術(shù)，實(shí)現了電機控制自動(dòng)化，并取了經(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(jìn)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、高負荷連續運轉的設備，因而對其可靠性、穩定性及功能要求*，某石油化工運行電機對ARD2F保護器具體功能要求為：

（1）過(guò)載保護功能

    電動(dòng)機在過(guò)負載情況下，長(cháng)時(shí)間超過(guò)其額定電流運行時(shí)，會(huì )導致電動(dòng)機過(guò)熱，絕緣降低而燒毀，保護器根據電動(dòng)機的發(fā)熱特性，計算電動(dòng)機的熱容量，模擬電動(dòng)機發(fā)熱特性對電動(dòng)機進(jìn)行保護，當保護器監測到電動(dòng)機過(guò)載運行了，保護器應在報警或脫扣（延時(shí)）設定時(shí)間內發(fā)出報警或脫扣信號。

(2) 堵轉保護功能

    電動(dòng)機在起動(dòng)過(guò)程中，如果由于負荷過(guò)大或自身機械原因，造成電動(dòng)機軸被卡住，而未及時(shí)解除故障，將造成電機過(guò)熱，絕緣降低而燒毀電機，堵轉保護適用于電動(dòng)機起動(dòng)發(fā)

生此類(lèi)故障時(shí)進(jìn)行保護。

(3) 三相不平衡保護功能

    斷相/不平衡故障運行時(shí)對電動(dòng)機的危害很大，當電動(dòng)機發(fā)生斷相或三相電流嚴重不平衡時(shí)，如不平衡率達到保護設定值時(shí)，保護器按照設定的要求保護，發(fā)出停車(chē)或報警，確保電動(dòng)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(shí)，分母IX =Ie；當Iav大于Ie時(shí)，分母IX =Iav。

(4) 故障判斷及記錄功能

    石油化工生產(chǎn)現場(chǎng)電動(dòng)機運行過(guò)程中，需要電動(dòng)機保護器對電動(dòng)機進(jìn)行檢測，判斷電動(dòng)機正常、過(guò)載、短路、斷相、過(guò)壓、欠壓、過(guò)熱等工況并作相應處理，當電動(dòng)機出現某種故障時(shí)，保護器切斷電動(dòng)機電源并處于保護狀態(tài)，保存故障類(lèi)型、時(shí)間及電機運行參數，電機保護器通過(guò)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(dòng)機能夠再次啟動(dòng)。

(5) 抗晃電功能

    在石油化工生產(chǎn)過(guò)程中，主電路欠電壓故障或失壓停車(chē)，若在“立即重起動(dòng)時(shí)間”內電壓恢復至允許重起動(dòng)設定正常值以上時(shí)，保護器可使現場(chǎng)電動(dòng)機立即恢復至電動(dòng)機停車(chē)前的運行狀態(tài)，不經(jīng)過(guò)起動(dòng)延時(shí)、降壓等過(guò)程，若超過(guò)“立即重起動(dòng)失壓時(shí)間”，而在“延時(shí)重起動(dòng)延時(shí)時(shí)間”設定時(shí)間內，電壓恢復至欠電壓（失壓）重起動(dòng)設定值以上，現場(chǎng)電機按“延時(shí)重起動(dòng)延時(shí)時(shí)間”延時(shí)起動(dòng)，與正常起動(dòng)的過(guò)程相同，延時(shí)時(shí)間允許誤差為±10%，若超過(guò)“延時(shí)重起動(dòng)延時(shí)時(shí)間”后電壓恢復，則電動(dòng)機不再自動(dòng)重起動(dòng)，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(dòng)機的平穩運行，并減少系統投資，在石化行業(yè)使用具有實(shí)際意義。

(6) 在線(xiàn)監測功能

    控制室操作人員可通過(guò)保護器的通訊，在后臺人機界面上完成所有石油化工現場(chǎng)電動(dòng)機保護器各種保護整定參數讀取、修改和整定，同時(shí)，在線(xiàn)監測電機運行負載和供電電源質(zhì)量，為及早發(fā)現過(guò)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，為保證工藝系統安全生產(chǎn)、減少事故停車(chē)，提供了可靠依據。

    安科瑞ARD2F電動(dòng)機保護器能對電動(dòng)機運行過(guò)程中出現的起動(dòng)超時(shí)、過(guò)載、堵轉、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、阻塞、過(guò)壓、欠壓、繞組超溫等多種情況進(jìn)行保護，能夠實(shí)現運行時(shí)間、次數統計等功能，對電機的運行電流、電壓、運行時(shí)間、起動(dòng)次數、報警和故障信息等進(jìn)行監視，設有SOE故障事件記錄功能，方便現場(chǎng)維護人員查找故障原因，并通過(guò)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(guān)地顯示出來(lái)，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(luò )系統，實(shí)現實(shí)現在人機界面對電動(dòng)機監視，滿(mǎn)足石油化工行業(yè)對電動(dòng)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(dòng)機保護裝置來(lái)對電機保護，既能使電動(dòng)機充分發(fā)揮過(guò)載能力，又能免于損壞，而且還能提高電力拖動(dòng)系統的可靠性和生產(chǎn)的連續性，具體的應用選擇應綜合考慮電機的本身的價(jià)值、負載類(lèi)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(mǎn)足保護要求的情況下先考慮簡(jiǎn)單保護裝置，當簡(jiǎn)單的保護裝置不能滿(mǎn)足要求時(shí)，或對保護功能和特性提出更高要求時(shí)，才考慮應用復雜的保護裝置，做到經(jīng)濟性和可靠性的統一，下面以安科瑞ARD2F智能型電動(dòng)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(jìn)行具體分析、介紹^[3]。

    圖4是ARD2F保護器在某石油化工總廠(chǎng)改造項目中的典型電氣原理圖，圖中電動(dòng)機保護器95、96是綜合保護器過(guò)負荷、斷相及電流不平衡、堵轉保護的輸出斷開(kāi)觸點(diǎn)，97、98是斷路器分勵脫扣觸點(diǎn)，通過(guò)轉換開(kāi)關(guān)SA實(shí)現試驗、運行控制方式的切換，電動(dòng)機正常運行時(shí)，接觸器KM線(xiàn)圈得電，KM常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，電動(dòng)機運行指示燈亮，當電動(dòng)機發(fā)生過(guò)負荷、斷相、電流不平衡或者堵轉故障時(shí)，保護器95、96觸點(diǎn)斷開(kāi)，接觸器線(xiàn)圈斷電，KM常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，常閉觸點(diǎn)閉合，停止指示燈亮，對整個(gè)石化系統改造中電動(dòng)機出現故障情況及時(shí)進(jìn)行保護，電動(dòng)機處于試驗狀態(tài)時(shí)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(chǎng)配電間改造的典型電氣原理圖，圖中電動(dòng)機的起動(dòng)、停車(chē)由外部按鈕實(shí)現，接觸器KM的線(xiàn)圈串聯(lián)在脫扣繼電器常閉觸點(diǎn)95、96中，當電動(dòng)機正常工作時(shí)，閉合QA，按下起動(dòng)按鈕SF，KM線(xiàn)圈得電，KM常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機開(kāi)始工作，按下停止按鈕SS時(shí)，KM線(xiàn)圈失電，KM主觸點(diǎn)斷開(kāi)，電動(dòng)機停止工作，如果電動(dòng)機發(fā)生脫扣故障，保護器脫扣觸點(diǎn)也會(huì )斷開(kāi)，導致KM線(xiàn)圈失電，電動(dòng)機停止，對出現故障作出及時(shí)處理。

圖5  ARD2F在某石化配電間改造項目應用

    圖6是ARD2F在某石化行業(yè)抗晃電控制回路工程應用的典型電氣原理圖，圖中為實(shí)現抗晃電功能，電動(dòng)機保護器帶有抗晃電模塊，將交流電輸入接在抗晃電模塊的輸入端，抗晃電模塊的輸出接到電動(dòng)機保護器的輔助電源輸入端，電動(dòng)機保護器的電壓測量信號取自接觸器上級，防止晃電時(shí)接觸器脫開(kāi)，無(wú)法測得恢復電壓，線(xiàn)路正常供電時(shí)抗晃電模塊的內部?jì)δ苎b置處于儲能狀態(tài)，晃電期間由抗晃電模塊儲能設備向電動(dòng)機保護器供電，維持電動(dòng)機保護器正常工作，當系統電壓恢復到“重起動(dòng)電壓”后，電動(dòng)機保護器對晃電持續時(shí)間進(jìn)行判斷，時(shí)間小于“立即重起動(dòng)失電時(shí)間，”立即吸合“輸出繼電器7、8”起動(dòng)電動(dòng)機，晃電時(shí)間長(cháng)于“立即重起動(dòng)失電時(shí)間”，而小于“允許失電時(shí)間”，執行延時(shí)重起動(dòng)，晃電時(shí)間長(cháng)于“允許失電時(shí)間”，不執行起動(dòng)，95、96接點(diǎn)作為保護接點(diǎn)，保護器上電后處于常閉狀態(tài)，當出現故障或輔助電源斷電后變?yōu)槌ｉ_(kāi)狀態(tài)，控制系統采用保護器抗晃電模塊^[4]，保證了電動(dòng)機運行的可靠性和安全性。

圖6  ARD2F在某石化行業(yè)抗晃電控制回路的應用

4、ARD2F智能型電動(dòng)機保護器在某石化行業(yè)運行效果

     ARD2F智能型電動(dòng)機保護器運用到石化行業(yè)時(shí)，給石油化工的自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程帶來(lái)如下運行效果：

  （1）系統信息集中

    用戶(hù)可以通過(guò)抄表的方式采集各個(gè)裝置節點(diǎn)的參數，如：電動(dòng)機電流、電壓、電動(dòng)機運行情況、電能等，用戶(hù)根據這些信息實(shí)現了對現場(chǎng)設備的電動(dòng)機運行情況實(shí)時(shí)分析處理；

   （2）智能化控制保護

    石化生產(chǎn)過(guò)程中使用ARD2F智能型電動(dòng)機保護器后，如果電動(dòng)機出現過(guò)載、缺相、超溫等現象時(shí)，保護器將及時(shí)終止電動(dòng)機的運行，并對各種故障信息作出相應的指示，在電網(wǎng)故障造成電壓瞬間較大幅度的波動(dòng)或者短時(shí)斷電又恢復，帶抗晃電功能時(shí)可使電動(dòng)機保護器重新起動(dòng)；

   （3）故障記錄便于現場(chǎng)問(wèn)題分析

    在石油化工行業(yè)中，電動(dòng)機發(fā)生故障后，應及時(shí)的把備用電動(dòng)機投上而不影響運行機制，對出現問(wèn)題的電動(dòng)機應及時(shí)處理以確保連續生產(chǎn)，早期的處理方法需要花大量的人力物力還需要一定的時(shí)間才能分析出來(lái)，不便于應用，而ARD2F智能型電動(dòng)機保護器強大的故障記錄功能為維護人員節省了大量的時(shí)間，提高了生產(chǎn)的效率及系統運行可靠性。

5、結束語(yǔ)

    隨著(zhù)當代控制技術(shù)的不斷發(fā)展，電動(dòng)機已經(jīng)成為控制系統中重要的一部分，電動(dòng)機保護器也朝著(zhù)多元化方向發(fā)展，因此我們工作人員需要充分考慮電動(dòng)機保護實(shí)際需求，超前、準確、及時(shí)地判斷電動(dòng)機的故障，合理選擇保護功能和保護方式，實(shí)現對電動(dòng)機的良好保護，達到提高設備運行可靠性，減少非計劃停車(chē)，減少事故損失的目的，電動(dòng)機保護器是發(fā)電、供電、用電系統的重要器件，廣泛的采用電動(dòng)機保護器，不但可以提高工藝控制準確性、科學(xué)性，降低故障率，而且對于提高電氣控制系統的自動(dòng)化水平和發(fā)展民經(jīng)濟，起著(zhù)積極的推動(dòng)作用。

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