徐霜

（安科瑞電氣股份有限公司，上海 嘉定 201801）

    摘要：電動(dòng)機(jī)設(shè)備是水泥企業(yè)中應(yīng)用最廣泛的動(dòng)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(dòng)機(jī)作為水泥行業(yè)設(shè)備的動(dòng)力來源，其安全、穩(wěn)定可靠的運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)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ARD3智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器在某水泥廠的實(shí)際應(yīng)用，并闡述了ARD3智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器產(chǎn)品的特點(diǎn)及其智能化保護(hù)、測量、控制和通訊等，供工程設(shè)計(jì)中參考。

    一、 引言

    隨著現(xiàn)代化水泥工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模增大，生產(chǎn)設(shè)備也越來越大型化，因此所需用的拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)作為水泥生產(chǎn)過程中最常用的機(jī)組，數(shù)量多、種類復(fù)雜，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和工藝控制過程的不斷完善，尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)要求，迫切需要開發(fā)和完善電動(dòng)機(jī)的控制和保護(hù)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)自動(dòng)化生產(chǎn)過程和大型機(jī)械的遙控、遙測、遙調(diào)、故障診斷以及集中控制等功能[1]。

    水泥生產(chǎn)是一項(xiàng)較龐大的工程，生產(chǎn)流程的環(huán)境比較惡劣，粉塵污染嚴(yán)重，通風(fēng)條件差，工作場所溫度較高，而且需要設(shè)定大量的工作站點(diǎn)，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(diǎn)中使用了大量低壓電動(dòng)機(jī)來控制其他設(shè)備的運(yùn)行，運(yùn)用簡單的電壓表、電流表、電能表和頻率表等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(dòng)化生產(chǎn)的要求。水泥行業(yè)生產(chǎn)過程的特點(diǎn)為長周期運(yùn)行，一旦開機(jī)，在沒有特殊情況下，一般不會(huì)停機(jī)，現(xiàn)代化大型水泥企業(yè)年運(yùn)轉(zhuǎn)率很高，這樣就必須有高質(zhì)量的、可靠的電氣設(shè)備保證其生產(chǎn)過程的連續(xù)不間斷性，一旦故障停機(jī)就會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。特別是大型高壓電動(dòng)機(jī)，一般都拖動(dòng)球磨機(jī)、回轉(zhuǎn)窯、風(fēng)機(jī)等重載啟動(dòng)設(shè)備，對(duì)其制造質(zhì)量和使用要求都很高，必須正確的安裝、使用、維護(hù)、保養(yǎng)，才能保證長周期的運(yùn)轉(zhuǎn)，為企業(yè)創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益。而智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器可實(shí)現(xiàn)重載起動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的溫度保護(hù)，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(duì)電機(jī)設(shè)備的保護(hù)、控制要求，不僅能提高電機(jī)設(shè)備的運(yùn)行能力、延長電機(jī)設(shè)備的使用壽命，而且能提高企業(yè)生產(chǎn)效率、節(jié)約能源。本文以ARD3智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器在水泥生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行具體介紹。

    二、水泥生產(chǎn)對(duì)保護(hù)器的功能要求

    水泥行業(yè)電機(jī)是大容量、高負(fù)荷連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備，電動(dòng)機(jī)長期承受多大負(fù)荷，就會(huì)使溫度上升過高而損壞絕緣，縮短電動(dòng)機(jī)的使用壽命，因此，對(duì)水泥生產(chǎn)過程中電機(jī)設(shè)備的可靠性、穩(wěn)定性及功能要求非常高。在生產(chǎn)運(yùn)行或設(shè)備檢修過程中，常見的電動(dòng)機(jī)故障可分為以下幾種：

    1、機(jī)械故障

    1）掃膛：由于軸承損壞、軸彎或者檢修人員裝配不當(dāng)，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(dāng)、定/轉(zhuǎn)子鐵心軸向錯(cuò)位或重新對(duì)轉(zhuǎn)軸機(jī)加工后精度不夠、電動(dòng)機(jī)本體運(yùn)行溫升過高等；

    3）振動(dòng)：由于電動(dòng)機(jī)本身或傳動(dòng)裝置不良等。

    2、電氣故障

    1）缺相運(yùn)行：電動(dòng)機(jī)發(fā)生堵轉(zhuǎn)時(shí)電流比正常工作的電流大得多。在此情況下，運(yùn)行時(shí)間過長或過于頻繁起動(dòng)，將會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)繞組燒毀；

    2）繞組短路或接地：匝間短路的最大原因是電機(jī)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(dòng)機(jī)外部電源電壓不平衡或內(nèi)部繞組匝間短路或電動(dòng)機(jī)維修時(shí)線圈匝數(shù)錯(cuò)誤或接線錯(cuò)誤等。

    因此，對(duì)某水泥廠電機(jī)設(shè)備進(jìn)行有效的維護(hù)是很有必要的，對(duì)ARD3智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器具體功能要求如下：

    （1）完善的電機(jī)保護(hù)功能

    保護(hù)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(dòng)機(jī)電能等電力參數(shù)，以及電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中的各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等信號(hào)，經(jīng)保護(hù)器內(nèi)部處理運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)超時(shí)、過載、阻塞、欠載、斷相、三相電流不平衡、剩余電流（接地/漏電）、溫度、外部故障、相序、過壓、欠壓、欠功率、過功率等全面綜合保護(hù)，進(jìn)而保證水泥廠生產(chǎn)工作的安全連續(xù)運(yùn)行。

    （2）及時(shí)排除電動(dòng)機(jī)運(yùn)行故障功能

    水泥生產(chǎn)現(xiàn)場電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中通過電動(dòng)機(jī)保護(hù)器對(duì)電機(jī)設(shè)備進(jìn)行檢測，當(dāng)電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)狀況時(shí)應(yīng)及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并記錄故障信息，方便維護(hù)人員查找故障原因并作出及時(shí)的處理，保證故障發(fā)生時(shí)電機(jī)設(shè)備動(dòng)作的可靠性和靈敏性。

    （3）對(duì)各設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測功能

    水泥生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境較惡劣，保護(hù)器不僅要提供電機(jī)設(shè)備的保護(hù)功能，而且要能夠過RS-485通訊接口，經(jīng)過Modbus-RTU/Profibus-DP通訊協(xié)議與上位機(jī)管理系統(tǒng)進(jìn)行通訊連接，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)以及運(yùn)行過程中的電力參數(shù)，保證后臺(tái)操作人員能讀取、修改水泥成產(chǎn)現(xiàn)場電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的各種整定參數(shù)并通過后臺(tái)人機(jī)界面實(shí)時(shí)觀察當(dāng)前現(xiàn)場電動(dòng)機(jī)控制回路的工作狀態(tài)、供電電源質(zhì)量等，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

    三、典型工程應(yīng)用案例

    在水泥行業(yè)工程應(yīng)用中，由于水泥生產(chǎn)流程復(fù)雜，電動(dòng)機(jī)裝置數(shù)量較多，因此需要選用安科瑞ARD3智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器來對(duì)工業(yè)現(xiàn)場電機(jī)設(shè)備進(jìn)行有效保護(hù)，既能使電動(dòng)機(jī)充分發(fā)揮其過載能力，又能提高電力拖動(dòng)系統(tǒng)的可靠性和生產(chǎn)過程的連續(xù)性。水泥廠采用保護(hù)器用于電機(jī)保護(hù)控制回路，取代熱繼電器等作為電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)和控制元件，而且利用先進(jìn)的通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了水泥生產(chǎn)中電機(jī)設(shè)備控制的自動(dòng)化。通過將90L顯示模塊嵌入安裝在開關(guān)抽屜的活動(dòng)面板內(nèi)，來簡化了水泥廠控制柜內(nèi)接線，使得配電室內(nèi)設(shè)備運(yùn)行情況及故障狀態(tài)清晰可見，方便工程師隨時(shí)調(diào)整系統(tǒng)、設(shè)定參數(shù)和顯示、監(jiān)控以及檢修維護(hù)。將ARD3保護(hù)器應(yīng)用于某水泥廠生產(chǎn)線電機(jī)設(shè)備的控制回路中，實(shí)現(xiàn)了水泥廠對(duì)電機(jī)保護(hù)的要求：（見圖1 ARD3智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器應(yīng)用于某水泥廠電動(dòng)機(jī)設(shè)備控制回路接線圖）

    （1）過載保護(hù)功能

    ARD3智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器通過讀取電流互感器檢測到的三相電流值，判斷電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)過載運(yùn)行后，實(shí)現(xiàn)了在設(shè)定的報(bào)警或脫扣（延時(shí)）時(shí)間內(nèi)發(fā)出報(bào)警或脫扣信號(hào)。

    （2）堵轉(zhuǎn)保護(hù)功能

    水泥廠電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過程中，如果由于現(xiàn)場工作環(huán)境影響以及電機(jī)設(shè)備自身的原因造成電機(jī)出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象，保護(hù)器能夠及時(shí)判斷出電動(dòng)機(jī)起動(dòng)發(fā)生此類故障并及時(shí)作出相應(yīng)處理。

    （3）三相不平衡保護(hù)功能

    斷相/不平衡故障運(yùn)行時(shí)對(duì)電動(dòng)機(jī)的危害很大，當(dāng)電動(dòng)機(jī)發(fā)生斷相或三相電流嚴(yán)重不平衡時(shí)，當(dāng)不平衡率達(dá)到保護(hù)器設(shè)定值時(shí)，保護(hù)器按照設(shè)定的要求保護(hù)，發(fā)出停車或報(bào)警，確保電動(dòng)機(jī)的安全運(yùn)行。

    （4）故障判斷及記錄功能

    當(dāng)電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)某種故障時(shí)，保護(hù)器切斷電動(dòng)機(jī)電源的同時(shí)處于保護(hù)狀態(tài)并保存故障類型、時(shí)間及電機(jī)運(yùn)行參數(shù)等信息，電機(jī)保護(hù)器通過識(shí)別與記憶電路對(duì)故障予以設(shè)別、記憶和指示，方便了檢修人員查出故障原因。故障排除后，按下顯示模塊上的復(fù)位按鈕即可復(fù)位保護(hù)器，故障指示燈消失，保證了電動(dòng)機(jī)能夠再次啟動(dòng)。

    （5）抗晃電功能

    在某水泥廠水泥生產(chǎn)過程中，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)間斷電又恢復(fù)，可以使電動(dòng)機(jī)保護(hù)器重新起動(dòng)，保證電動(dòng)機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行。

    （6）在線監(jiān)測功能

    控制室操作人員可通過保護(hù)器的通訊，在后臺(tái)人機(jī)界面上實(shí)現(xiàn)對(duì)水泥生產(chǎn)線上保護(hù)器的各種保護(hù)整定參數(shù)的讀取和設(shè)定，同時(shí)在線監(jiān)測電機(jī)運(yùn)行負(fù)載和供電電源質(zhì)量，并有效記錄各電機(jī)型號(hào)、運(yùn)行方式和歷史維護(hù)記錄以及出現(xiàn)的故障信息，為水泥生產(chǎn)線的安全生產(chǎn)提供了可靠依據(jù)。

圖1 ARD3智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器應(yīng)用于某水泥廠電動(dòng)機(jī)設(shè)備控制回路接線圖