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智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器在某水泥廠的應(yīng)用

瀏覽次數(shù):954更新日期:2015-01-14

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zui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(lái)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(cè)量、控制和通訊等,供工程設(shè)計(jì)中參考。

關(guān)鍵詞:水泥行業(yè)、電動(dòng)機(jī)保護(hù)、智能化、通訊

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(lái)越大型化,因此所需用的拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率也越來(lái)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(guò)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(guò)程中zui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(guò)程的不斷完善,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(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(guò)程和大型機(jī)械的遙控、遙測(cè)、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(chǎng)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(kù)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(lái)控制其他設(shè)備的運(yùn)行,運(yùn)用簡(jiǎn)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(wú)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(guò)程的特點(diǎn)為長(zhǎng)周期運(yùn)行,一旦開(kāi)機(jī),在沒(méi)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,這樣就有高質(zhì)量的、可靠的電氣設(shè)備保證其生產(chǎn)過(guò)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,正確的安裝、使用、維護(hù)、保養(yǎng),才能保證長(zhǎng)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(cè)控功能和控制模式,能夠滿足水泥生產(chǎn)過(guò)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(zhǎng)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(zhǎng)期承受多大負(fù)荷,就會(huì)使溫度上升過(guò)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(guò)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(guò)程中,常見(jiàn)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(guò)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(guò)長(zhǎng)或過(guò)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zui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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)壓、欠壓、欠功率、過(guò)功率等綜合保護(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(chǎng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)電動(dòng)機(jī)保護(hù)器對(duì)電機(jī)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè),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(cè)功能

    水泥生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)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(guò)RS-485通訊接口,經(jīng)過(guò)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(cè)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)以及運(yùn)行過(guò)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(chǎng)電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的各種整定參數(shù)并通過(guò)后臺(tái)人機(jī)界面實(shí)時(shí)觀察當(dāng)前現(xiàn)場(chǎng)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(lái)對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)設(shè)備進(jìn)行保護(hù),既能使電動(dòng)機(jī)充分發(fā)揮其過(guò)載能力,又能提高電力拖動(dòng)系統(tǒng)的可靠性和生產(chǎn)過(guò)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(guò)載保護(hù)和控制元件,而且利用的通訊技術(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(guò)將90L顯示模塊嵌入安裝在開(kāi)關(guān)抽屜的活動(dòng)面板內(nèi),來(lái)簡(jiǎn)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(jiàn),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(jiàn)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(guò)載保護(hù)功能

   ARD3智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器通過(guò)讀取電流互感器檢測(cè)到的三相電流值,判斷電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)過(guò)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(guò)程中,如果由于現(xiàn)場(chǎng)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(guò)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(guò)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(cè)功能

    控制室操作人員可通過(guò)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(cè)電機(jī)運(yùn)行負(fù)載和供電電源質(zhì)量,并記錄各電機(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

    水泥生產(chǎn)工藝流程較多,所以將保護(hù)器的應(yīng)用于電動(dòng)機(jī)保護(hù)設(shè)備控制回路的同時(shí)要能夠滿足水泥廠的大型控制系統(tǒng)的要求。如圖2是某水泥廠控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖,現(xiàn)場(chǎng)由多個(gè)控制站點(diǎn)組成,通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)RS-485通訊接口與PC機(jī)、接觸器、電動(dòng)機(jī)以及其他設(shè)備構(gòu)成集中式控制系統(tǒng),工程師通過(guò)監(jiān)控計(jì)算機(jī)以及生產(chǎn)管理軟件完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、處理、顯示和監(jiān)視功能,并在滿足權(quán)限和邏輯時(shí),通過(guò)遠(yuǎn)程控制軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)相應(yīng)的電機(jī)設(shè)備等的控制。由于現(xiàn)代水泥工廠采用的大型電機(jī)設(shè)備較多,大于110KW及以上的電機(jī),均采用在主回路裝設(shè)電流互感器??紤]到水泥生產(chǎn)工藝的不同和企業(yè)投入的資金,電動(dòng)機(jī)需要不同的起動(dòng)方式,ARD3智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器提供靈活的聯(lián)鎖功能,實(shí)現(xiàn)直接啟動(dòng)、雙向啟動(dòng)、星/三角啟動(dòng)、自耦變壓器啟動(dòng)等,使大型設(shè)備的電機(jī)得到了保護(hù)和控制[2]

圖2 某水泥廠控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

    由圖3 所示為ARD3智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器在水泥廠的實(shí)際工程應(yīng)用,主要由服務(wù)器、各個(gè)控制站點(diǎn)、保護(hù)器和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備組成,服務(wù)器通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線采集現(xiàn)場(chǎng)各電機(jī)設(shè)備的運(yùn)行工況,并為工程師站和操作員站提供服務(wù),其中帶有Modbus總線的保護(hù)器通過(guò)通訊管理機(jī)接入監(jiān)控網(wǎng)絡(luò),Profibus總線直接接入服務(wù)器網(wǎng)絡(luò),服務(wù)器與工程師站、操作員站通過(guò)交換機(jī)連接在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中。

圖3  ARD3智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器工程應(yīng)用

    系統(tǒng)功能:(1)各電動(dòng)機(jī)的工況顯示:三相交流電流、三相交流電壓、零序電流、功率、電動(dòng)機(jī)電能、接觸器狀態(tài)、保護(hù)器的各個(gè)報(bào)警信息等;(2)各電機(jī)保護(hù)整定數(shù)據(jù)的調(diào)整、修改和整定;(3)完善的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)機(jī)制,可實(shí)時(shí)查看各電機(jī)設(shè)備的管理信息和報(bào)警信息、故障信息;(4)電能統(tǒng)計(jì)、電源供電質(zhì)量等;(5)故障未發(fā)生時(shí)提前報(bào)警。綜上所述,將保護(hù)器應(yīng)用于水泥生產(chǎn)自動(dòng)控制系統(tǒng)中后方便了工程師對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)、管理[2]

四、ARD3智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器在某水泥行業(yè)運(yùn)行效果

    水泥生產(chǎn)線上使用的電機(jī)設(shè)備使用的周期、壽命越長(zhǎng),其為企業(yè)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值也就越高,因此對(duì)電動(dòng)機(jī)的保護(hù)也是相當(dāng)重要。ARD3智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器運(yùn)用到水泥行業(yè),給水泥的自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程帶來(lái)如下運(yùn)行效果:

   (1)系統(tǒng)信息集中化

    水泥廠電氣設(shè)計(jì)除了用于一般供配電外,還要完成大量電機(jī)設(shè)備的拖動(dòng)控制設(shè)計(jì)。采用ARD3智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的通訊功能進(jìn)行組網(wǎng)后,用戶可以通過(guò)上位機(jī)讀取各個(gè)裝置節(jié)點(diǎn)的參數(shù),如:電動(dòng)機(jī)三相交流電流、三相交流電壓、電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、電動(dòng)機(jī)電能、電動(dòng)機(jī)運(yùn)行故障信息等,工程師根據(jù)這些信息實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所有的電機(jī)設(shè)備的運(yùn)行情況實(shí)時(shí)分析處理,不再需要現(xiàn)場(chǎng)每個(gè)裝置處配備一個(gè)工程師來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視,提高了整個(gè)控制系統(tǒng)的安全性、可靠性。保護(hù)器模擬量輸出4-20mA模擬量信號(hào)給控制系統(tǒng),便于工程師集中控制。

    (2)智能化控制保護(hù)

    保護(hù)器直接串接于控制回路,電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)過(guò)電流、斷相、超溫等故障時(shí),將及時(shí)終止電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行,并對(duì)各種故障信息作出相應(yīng)的指示。保護(hù)器能自動(dòng)識(shí)別手動(dòng)控制回路和自動(dòng)控制回路,對(duì)于自動(dòng)控制回路,能記憶自鎖,避免電動(dòng)機(jī)在故障狀態(tài)時(shí)重復(fù)起動(dòng),加劇電動(dòng)機(jī)損壞。同時(shí),水泥廠大型電機(jī)檢測(cè)元件采用穿芯式結(jié)構(gòu)的電流互感器,與主電路形成*隔離,提高了自身的可靠性,又*解決了接線端子的發(fā)熱問(wèn)題,且互換性好[3]。

    (3)故障記錄便于現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題分析

    電動(dòng)機(jī)工作在環(huán)境惡劣的水泥生產(chǎn)中,很容易出現(xiàn)故障,并且故障原因多樣化。采用ARD3智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器,電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障后,將備用電動(dòng)機(jī)及時(shí)投入而不影響運(yùn)行機(jī)制,保護(hù)器強(qiáng)大的故障記錄功也為維護(hù)人員節(jié)省了大量的時(shí)間,提高了生產(chǎn)的效率及系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。

五 結(jié)束語(yǔ)

    隨著電子技術(shù)及通訊技術(shù)的不斷發(fā)展。電動(dòng)機(jī)保護(hù)器也在朝著多元化方向發(fā)展,電動(dòng)機(jī)保護(hù)器在水泥企業(yè)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛,合理選擇電機(jī)設(shè)備的保護(hù)功能和保護(hù)方式,可提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性,能夠預(yù)防并杜絕電機(jī)燒毀,同時(shí)減少了因非計(jì)劃停車而造成的損失,降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本。

參考文獻(xiàn):

[1]智能電網(wǎng)用戶端電力監(jiān)控/電能管理/電器安全系統(tǒng)解決方案產(chǎn)品手冊(cè).安科瑞電氣股份有限公司.2013.01

[2]楊建華,劉葳.電動(dòng)機(jī)保護(hù)器在水泥行業(yè)的應(yīng)用.水泥技術(shù).2009(05)

[3]電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的歷史及現(xiàn)狀.上海神引雙華電器有限公司

作者簡(jiǎn)介:徐霜,女,安科瑞電氣股份有限公司,主要研究方向?yàn)殡姍C(jī)保護(hù)節(jié)能控制