韓歡慶

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(dòng)機保護器對提升機設備的保護范圍。針對提升機類(lèi)的設備提出定值優(yōu)化和增加DCS系統輔助保護的措施，并對可靠性進(jìn)行了驗證，可以做到更加準確地保護負載設備。

 

關(guān)鍵詞:提升機；電動(dòng)機保護；DCS輔助保護

 

      我公司提升機等設備的電氣保護主要由電動(dòng)機保護器實(shí)現，但通過(guò)電動(dòng)機電流間接保護會(huì )存在一定的保護范圍，如對提升機料斗脫落等故障就無(wú)法提供保護。本文分析電動(dòng)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(dòng)機電纜或繞組出現的短路故障，短路保護動(dòng)作邏輯見(jiàn)圖1。任意一相電流超過(guò)設定值就應立即保護動(dòng)作，所以電流定值一般為額定電流的5~7倍，動(dòng)作延時(shí)0s。提升機在運行時(shí)幾乎不可能達到相應整定電流，因此該保護僅對電動(dòng)機具有保護作用，對提升機其他部件沒(méi)有保護作用。

圖1短路保護動(dòng)作邏輯

1.2過(guò)載保護

      過(guò)載保護是針對電動(dòng)機電流超過(guò)電動(dòng)機負載能力，且經(jīng)過(guò)一定延時(shí)再啟動(dòng)的保護動(dòng)作，其動(dòng)作邏輯見(jiàn)圖2。電流定值一般設定為電動(dòng)機額定電流的1.1~1.3倍，延時(shí)20~60s。該保護主要也是保護電動(dòng)機，對提升機其他部件保護作用不大。

圖2過(guò)載保護和過(guò)負荷保護動(dòng)作邏輯

1.3過(guò)負荷保護

      過(guò)負荷保護是針對負載設備（提升機）超出正常負荷情況下，經(jīng)過(guò)一定延時(shí)再啟動(dòng)的保護動(dòng)作，其動(dòng)作邏輯與過(guò)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，根據負荷特性延時(shí)20~60s。該保護是針對負載設備超出正常運行電流的一種保護，在一定范圍內可以保護負載設備。

1.4堵轉保護

      堵轉保護是針對電動(dòng)機或負載設備出現卡澀堵轉故障時(shí)，經(jīng)過(guò)一定延時(shí)再啟動(dòng)的保護動(dòng)作，其動(dòng)作邏輯見(jiàn)圖3。電流定值一般設定為電動(dòng)機額定電流的3~5倍，延時(shí)1~10s。該保護與過(guò)載、過(guò)負荷保護不同，在電動(dòng)機啟動(dòng)完成后才會(huì )投入該保護功能，不用考慮提升機重載啟動(dòng)對定值的影響。同時(shí)保護電動(dòng)機及負載設備。

圖3堵轉保護動(dòng)作邏輯

 

      1）過(guò)負荷定值不合理

      我公司提升機或膠帶機設備由于存在重載啟動(dòng)等特殊情況，所以設備廠(chǎng)家在電動(dòng)機選型時(shí)會(huì )考慮到重載情況下的啟動(dòng)能力，比如，一臺提升機正常運行電流為100A，空載啟動(dòng)200A，但是重載啟動(dòng)可以達到500A，那么就需要以500A啟動(dòng)作為選型依據，選取額定電流為200A的電動(dòng)機進(jìn)行拖動(dòng)。

      但在做保護定值計算時(shí)，設備并未投產(chǎn)運行，所以過(guò)負荷保護一般是以電動(dòng)機額定參數作為計算依據。一般過(guò)負荷系數在1.1~1.3倍之間，存在重載啟動(dòng)的設備一般會(huì )取值1.3倍，那么額定電流為200A的電動(dòng)機過(guò)負荷電流取值為260A。由于過(guò)負荷為電流低倍數保護，防止負荷正常波動(dòng)引起誤動(dòng)作，所以動(dòng)作延時(shí)一般在20~60s之間，時(shí)間過(guò)長(cháng)。

      2）堵轉保護可以?xún)?yōu)化

堵轉保護一般用于設備已經(jīng)出現嚴重卡澀或電動(dòng)機已經(jīng)堵轉情況，所以電流定值設置一般都較大，無(wú)法保護一些較小的故障。但是我們可以利用堵轉保護是在電動(dòng)機啟動(dòng)完成后才投入的特點(diǎn)，進(jìn)一步優(yōu)化定值，不用再考慮電動(dòng)機啟動(dòng)電流的影響。

      3）負載設備保護過(guò)于依賴(lài)于電動(dòng)機保護器不同于風(fēng)機、水泵等單一設備，提升機或膠帶機為復雜程度相對較高的設備，某元件（如料斗、托輥等）發(fā)生故障時(shí)，往往在電流特征上反映程度較小或傳遞時(shí)間較長(cháng)，但對設備的傷害卻較大。所以可以使用DCS軟保護來(lái)監控。

 

      2020年6月10日23:56，我公司4線(xiàn)燒成車(chē)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(dòng)機電流變化見(jiàn)圖4。由于是個(gè)別料斗脫落，電流上升后又迅速回落，電動(dòng)機保護器未動(dòng)作。故障發(fā)生過(guò)程分析如下：

      （1）23:56:10，電流145A，投料477t/h，開(kāi)始出現料斗脫落導致刮擦。

      （2）23:56:50，電流158A，投料478t/h，電流開(kāi)始迅速上升。

      （3）23:56:55，電流297A，投料477t/h，瞬時(shí)卡澀嚴重，電流上升至297A，中控開(kāi)始減料。

      （4）23:57:22，電流132A，投料50t/h，減料至低點(diǎn)后，中控又開(kāi)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(guò)載保護啟動(dòng)，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(kāi)始投料，但是磁力耦合器已過(guò)載脫開(kāi)，電動(dòng)機運轉但提升機未運轉，所以電動(dòng)機電流不會(huì )增長(cháng)。

      （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(dòng)機保護器主要定值見(jiàn)表1。

表1電動(dòng)機保護器主要定值

      從故障實(shí)際電流和電動(dòng)機保護器定值來(lái)看，整個(gè)過(guò)程只有在3#點(diǎn)位的電流297A超過(guò)了過(guò)負荷保護定值276A，但是故障電流持續時(shí)間不到1s，持續時(shí)間未超過(guò)過(guò)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(dòng)機保護器可以保護負載的功能只有過(guò)負荷保護和堵轉保護，但過(guò)負荷保護只要保護器通電就投入，為了避開(kāi)重載啟動(dòng)，需要有較長(cháng)延時(shí)，所以對于電流不能長(cháng)時(shí)間保持高位的故障起不到太大作用。

      堵轉保護功能的主要特點(diǎn)是可以在電動(dòng)機啟動(dòng)完成后再投入，因此，可以不用考慮啟動(dòng)的影響。如果將4#入窯提升機堵轉保護電流定值改為200A，時(shí)間定值改為2s，那么此次故障有兩個(gè)電流波峰均可以啟動(dòng)保護動(dòng)作。一次超過(guò)200A電流持續時(shí)間為4s，二次超過(guò)200A電流持續時(shí)間為6s，見(jiàn)圖5。

圖5部分電流波峰

      由于保護器電流無(wú)法根據產(chǎn)量進(jìn)行實(shí)時(shí)調整，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(xiàn)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(guò)200A的保持時(shí)間不足1s，所以電動(dòng)機保護器仍然不會(huì )動(dòng)作。

      2）DCS系統電流保護

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

      根據前期4#窯點(diǎn)火投料情況，計算出投料量和提升機電動(dòng)機電流對應關(guān)系，并乘以1.3倍可靠系數（1.1~1.3），得出保護電流定值，均加以延時(shí)2s防誤動(dòng)。詳見(jiàn)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，對應關(guān)系表中480t/h，保護電流188.5A，延時(shí)2s。

      根據電流波形圖（見(jiàn)圖6）發(fā)現，兩次電流超過(guò)188.5A的時(shí)間分別為5s和8s，*保護動(dòng)作條件，所以在一次電流波峰23:56:55時(shí)就已經(jīng)動(dòng)作，比磁力耦合器保護動(dòng)作（23:58:05）早1min10s，比中控操作停機（00:06:08）早9min13s。

圖6電流波動(dòng)趨勢

 

5.1產(chǎn)品介紹

      智能電動(dòng)機保護器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)保護器)，采用單片機技術(shù)，具有抗力強、工作穩定可靠、數字化、智能化、網(wǎng)絡(luò )化等特點(diǎn)。保護器能對電動(dòng)機運行過(guò)程中出現的過(guò)載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、堵轉、阻塞、外部故障等多種情況進(jìn)行保護，并設有SOE故障事件記錄功能，方便現場(chǎng)維護人員查找故障原因。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。實(shí)現電動(dòng)機運行的遠程監控。

5.2技術(shù)參數

5.2.1數字式電動(dòng)機保護器

 

5.3產(chǎn)品選型

說(shuō)明：“√"表示具備，“■"表示可選。

 

      電動(dòng)機保護器主要目的是保護電動(dòng)機，在過(guò)負荷和堵轉保護上可以在一定程度上保護負載設備，但是范圍有限，特別對多組成部分的復雜設備某單元發(fā)生故障保護更有限。因此，可以引入DCS系統找到不同工況下的正常運行電流，經(jīng)過(guò)計算得出比較合理的保護值，進(jìn)行分段保護，可以做到更加準確地保護負載設備。

 

[1]劉理桃.提升機類(lèi)設備電動(dòng)機保護器的保護范圍及優(yōu)化

[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.06版

 

作者簡(jiǎn)介：韓歡慶，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網(wǎng)供配電