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智能型電動機保護器在某石油化工行業的應用
趙斌
（安科瑞電氣股份有限公司，上海 嘉定 214405）
摘要：石油化工行業是連續型生產行業，電動機是石化行業的動力來源，其安全穩定運行對石化企業的平穩生產起著至關重要的作用，低壓電動機為石油化工生產中最常用的機組，數量多、種類復雜，為保證低壓機組的正常平穩運行，本文以安科瑞ARD2F電動機保護器在某石油化工行業的應用為例進行介紹，ARD2F保護控制器具有常規的過載、欠載及接地保護，還具有不平衡、起動超時及外部故障等保護[1]，比較適合作為石油化工電動機的起動和運行保護，根據對ARD2F電動機保護器的實驗摸索和理論研究，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踐經驗。
關鍵詞：電動機保護器、石油化工、工程應用
1、引言
現代石油工業中，電動機作為一種拖動機械，成為所有動力機械基礎，科學技術不斷進步和工藝控制不斷完善，尤其是自動化生產要求，迫切需要開發和完善電動機控制和保護設備，實現對生產過程和大型機械遙控、遙測、遙調、故障診斷以及集中控制等功能。
同時，石油化工行業具有大通量、滿負荷連續運轉特點，對電機設備可靠性和穩定性要求極高，一旦發生事故，必須馬上查找故障原因并及時消除，以保證及時恢復生產，對于過去一直采用熱繼電器作為電動機過載保護和控制元件，受到元件質量和工藝限制，已無法滿足日益發展石油工業自動化要求，而新型的智能電動機保護器，能夠滿足對電動機的保護控制要求，作為電動機保護元件，電動機保護器有效保障了電機安全運行、取代了熱繼電器，利用先進通訊技術，實現了電機控制自動化，并取了顯著經濟效益[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的應用進行具體介紹。
2、石油化工對保護器功能要求
石油化工行業電機是大容量、高負荷連續運轉的設備，因而對其可靠性、穩定性及功能要求極高，某石油化工運行電機對ARD2F保護器具體功能要求為：
（1）過載保護功能
電動機在過負載情況下，長時間超過其額定電流運行時，會導致電動機過熱，絕緣降低而燒毀，保護器根據電動機的發熱特性，計算電動機的熱容量，模擬電動機發熱特性對電動機進行保護，當保護器監測到電動機過載運行了，保護器應在報警或脫扣（延時）設定時間內發出報警或脫扣信號。
(2) 堵轉保護功能
電動機在起動過程中，如果由于負荷過大或自身機械原因，造成電動機軸被卡住，而未及時解除故障，將造成電機過熱，絕緣降低而燒毀電機，堵轉保護適用于電動機起動發
生此類故障時進行保護。
(3) 三相不平衡保護功能
斷相/不平衡故障運行時對電動機的危害很大，當電動機發生斷相或三相電流嚴重不平衡時，如不平衡率達到保護設定值時，保護器按照設定的要求保護，發出停車或報警，確保電動機的安全運行。
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，分母IX =Ie；當Iav大于Ie時，分母IX =Iav。
(4) 故障判斷及記錄功能
石油化工生產現場電動機運行過程中，需要電動機保護器對電動機進行檢測，判斷電動機正常、過載、短路、斷相、過壓、欠壓、過熱等工況并作相應處理，當電動機出現某種故障時，保護器切斷電動機電源并處于保護狀態，保存故障類型、時間及電機運行參數，電機保護器通過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，保證電動機能夠再次啟動。
(5) 抗晃電功能
在石油化工生產過程中，主電路欠電壓故障或失壓停車，若在“立即重起動時間”內電壓恢復至允許重起動設定正常值以上時，保護器可使現場電動機立即恢復至電動機停車前的運行狀態，不經過起動延時、降壓等過程，若超過“立即重起動失壓時間”，而在“延時重起動延時時間”設定時間內，電壓恢復至欠電壓（失壓）重起動設定值以上，現場電機按“延時重起動延時時間”延時起動，與正常起動的過程相同，延時時間允許誤差為±10%，若超過“延時重起動延時時間”后電壓恢復，則電動機不再自動重起動，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，能夠確保電動機的平穩運行，并減少系統投資，在石化行業使用具有實際意義。
(6) 在線監測功能
控制室操作人員可通過保護器的通訊，在后臺人機界面上完成所有石油化工現場電動機保護器各種保護整定參數讀取、修改和整定，同時，在線監測電機運行負載和供電電源質量，為及早發現過載和接故障等，創造了條件，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、減少事故停車，提供了可靠依據。
安科瑞ARD2F電動機保護器能對電動機運行過程中出現的起動超時、過載、堵轉、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、阻塞、過壓、欠壓、繞組超溫等多種情況進行保護，能夠實現運行時間、次數統計等功能，對電機的運行電流、電壓、運行時間、起動次數、報警和故障信息等進行監視，設有SOE故障事件記錄功能，方便現場維護人員查找故障原因，并通過LCD中文液晶顯示屏、狀態指示燈等各種方式，將電機的運行狀態清晰、直觀地顯示出來，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等控制機組成網絡系統，實現實現在人機界面對電動機監視，滿足石油化工行業對電動機保護器的需求。
3、典型工程應用案例
在石化行業工程應用中，由于石化裝置電機較多，因此需要選用電動機保護裝置來對電機保護，既能使電動機充分發揮過載能力，又能免于損壞，而且還能提高電力拖動系統的可靠性和生產的連續性，具體的應用選擇應綜合考慮電機的本身的價值、負載類型、使用環境、電機主體設備的重要程度等因素，力爭做到經濟合理，在能滿足保護要求的情況下首先考慮最簡單保護裝置，當簡單的保護裝置不能滿足要求時，或對保護功能和特性提出更高要求時，才考慮應用復雜的保護裝置，做到經濟性和可靠性的統一，下面以安科瑞ARD2F智能型電動機保護器在石油化工行業配電間改造及抗晃電控制回路應用為例進行具體分析、介紹[3]。
圖4是ARD2F保護器在某石油化工總廠改造項目中的典型電氣原理圖，圖中電動機保護器95、96是綜合保護器過負荷、斷相及電流不平衡、堵轉保護的輸出斷開觸點，97、98是斷路器分勵脫扣觸點，通過轉換開關SA實現試驗、運行控制方式的切換，電動機正常運行時，接觸器KM線圈得電，KM常開觸點閉合，常閉觸點斷開，電動機運行指示燈亮，當電動機發生過負荷、斷相、電流不平衡或者堵轉故障時，保護器95、96觸點斷開，接觸器線圈斷電，KM常開觸點斷開，常閉觸點閉合，停止指示燈亮，對整個石化系統改造中電動機出現故障情況及時進行保護，電動機處于試驗狀態時情況與此一致。
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圖4 ARD2F在某石油化工行業的應用
圖5中ARD2F應用于某石油化工總廠配電間改造的典型電氣原理圖，圖中電動機的起動、停車由外部按鈕實現，接觸器KM的線圈串聯在脫扣繼電器常閉觸點95、96中，當電動機正常工作時，閉合QA，按下起動按鈕SF，KM線圈得電，KM常開觸點閉合，電動機開始工作，按下停止按鈕SS時，KM線圈失電，KM主觸點斷開，電動機停止工作，如果電動機發生脫扣故障，保護器脫扣觸點也會斷開，導致KM線圈失電，電動機停止，對出現故障作出及時處理。
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圖5 ARD2F在某石化配電間改造項目應用
圖6是ARD2F在某石化行業抗晃電控制回路工程應用的典型電氣原理圖，圖中為實現抗晃電功能，電動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機保護器的輔助電源輸入端，電動機保護器的電壓測量信號取自接觸器上級，防止晃電時接觸器脫開，無法測得恢復電壓，線路正常供電時抗晃電模塊的內部儲能裝置處于儲能狀態，晃電期間由抗晃電模塊儲能設備向電動機保護器供電，維持電動機保護器正常工作，當系統電壓恢復到“重起動電壓”后，電動機保護器對晃電持續時間進行判斷，時間小于“立即重起動失電時間，”立即吸合“輸出繼電器7、8”起動電動機，晃電時間長于“立即重起動失電時間”，而小于“允許失電時間”，執行延時重起動，晃電時間長于“允許失電時間”，不執行起動，95、96接點作為保護接點，保護器上電后處于常閉狀態，當出現故障或輔助電源斷電后變為常開狀態，控制系統采用保護器抗晃電模塊[4]，保證了電動機運行的可靠性和安全性。
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圖6 ARD2F在某石化行業抗晃電控制回路的應用
4、ARD2F智能型電動機保護器在某石化行業運行效果
ARD2F智能型電動機保護器運用到石化行業時，給石油化工的自動化生產過程帶來如下運行效果：
（1）系統信息集中
用戶可以通過抄表的方式采集各個裝置節點的參數，如：電動機電流、電壓、電動機運行情況、電能等，用戶根據這些信息實現了對現場設備的電動機運行情況實時分析處理；
（2）智能化控制保護
石化生產過程中使用ARD2F智能型電動機保護器后，如果電動機出現過載、缺相、超溫等現象時，保護器將及時終止電動機的運行，并對各種故障信息作出相應的指示，在電網故障造成電壓瞬間較大幅度的波動或者短時斷電又恢復，帶抗晃電功能時可使電動機保護器重新起動；
（3）故障記錄便于現場問題分析
在石油化工行業中，電動機發生故障后，應及時的把備用電動機投上而不影響運行機制，對出現問題的電動機應及時處理以確保連續生產，早期的處理方法需要花大量的人力物力還需要一定的時間才能分析出來，不便于應用，而ARD2F智能型電動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間，提高了生產的效率及系統運行可靠性。
5、結束語
隨著當代控制技術的不斷發展，電動機已經成為控制系統中重要的一部分，電動機保護器也朝著多元化方向發展，因此我們工作人員需要充分考慮電動機保護實際需求，超前、準確、及時地判斷電動機的故障，合理選擇保護功能和保護方式，實現對電動機的良好保護，達到提高設備運行可靠性，減少非計劃停車，減少事故損失的目的，電動機保護器是發電、供電、用電系統的重要器件，廣泛的采用電動機保護器，不但可以提高工藝控制準確性、科學性，降低故障率，而且對于提高電氣控制系統的自動化水平和發展國民經濟，起著積極的推動作用。
參考文獻：
[1].周中.智能電網用戶端電力監控與電能管理系統產品選型及解決方案[M].北京.機械工業出版社. 2011.10
[2].齊長卿. 淺談低壓保護器3UF50的應用[J]. 機電控制. 2012.8
[3].陳小峰. LM30電動機保護器在石化企業的應用智能[J]. 電氣控制技術. 2010.3
[4].王志南. 電動機保護器在化工行業抗晃電中的應用[J]. 自動化應用. 2014.6
作者簡介：
趙斌，男，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為醫療供配電設計，手機：18702111892，座機：021-69158305，QQ:2880157852,E-mail:2880157852@qq.com
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