智能型电动机保护器在某石油化工行业的应用

徐霜

（安科瑞电气股份有限公司，上海 嘉定 201801）

    摘要：石油化工行业是连续型生产行业，电动机是石化行业的动力来源，其安全稳定运行对石化企业的平稳生产起着至关重要的作用，低压电动机为石油化工生产中最常用的机组，数量多、种类复杂，为保证低压机组的正常平稳运行，本文以安科瑞ARD2F电动机保护器在某石油化工行业的应用为例进行介绍，ARD2F保护控制器具有常规的过载、欠载及接地保护，还具有不平衡、起动超时及外部故障等保护[1]，比较适合作为石油化工电动机的起动和运行保护，根据对ARD2F电动机保护器的实验摸索和理论研究，在功能、工程应用等方面做出了较为详细的叙述，为该保护装置应用提供了一定的实践经验。

    1、引言

    现代石油工业中，电动机作为一种拖动机械，成为所有动力机械基础，科学技术不断进步和工艺控制不断完善，尤其是自动化生产要求，迫切需要开发和完善电动机控制和保护设备，实现对生产过程和大型机械遥控、遥测、遥调、故障诊断以及集中控制等功能。

    同时，石油化工行业具有大通量、满负荷连续运转特点，对电机设备可靠性和稳定性要求极高，一旦发生事故，必须马上查找故障原因并及时消除，以保证及时恢复生产，对于过去一直采用热继电器作为电动机过载保护和控制元件，受到元件质量和工艺限制，已无法满足日益发展石油工业自动化要求，而新型的智能电动机保护器，能够满足对电动机的保护控制要求，作为电动机保护元件，电动机保护器有效保障了电机安全运行、取代了热继电器，利用先进通讯技术，实现了电机控制自动化，并取了显著经济效益[2]，本文主要对安科瑞ARD2F保护器的功能及其在某石油化工行业的应用进行具体介绍。

    2、石油化工对保护器功能要求

    石油化工行业电机是大容量、高负荷连续运转的设备，因而对其可靠性、稳定性及功能要求极高，某石油化工运行电机对ARD2F保护器具体功能要求为：

    （1）过载保护功能

    电动机在过负载情况下，长时间超过其额定电流运行时，会导致电动机过热，绝缘降低而烧毁，保护器根据电动机的发热特性，计算电动机的热容量，模拟电动机发热特性对电动机进行保护，当保护器监测到电动机过载运行了，保护器应在报警或脱扣（延时）设定时间内发出报警或脱扣信号。

    (2) 堵转保护功能

    电动机在起动过程中，如果由于负荷过大或自身机械原因，造成电动机轴被卡住，而未及时解除故障，将造成电机过热，绝缘降低而烧毁电机，堵转保护适用于电动机起动发生此类故障时进行保护。

    (3) 三相不平衡保护功能

    断相/不平衡故障运行时对电动机的危害很大，当电动机发生断相或三相电流严重不平衡时，如不平衡率达到保护设定值时，保护器按照设定的要求保护，发出停车或报警，确保电动机的安全运行。

    三相不平衡率计算公式为：|I-Iav|/IX，Iav为三相电流平均值，当Iav小于Ie时，分母IX =Ie；当Iav大于Ie时，分母IX =Iav。

    (4) 故障判断及记录功能

    石油化工生产现场电动机运行过程中，需要电动机保护器对电动机进行检测，判断电动机正常、过载、短路、断相、过压、欠压、过热等工况并作相应处理，当电动机出现某种故障时，保护器切断电动机电源并处于保护状态，保存故障类型、时间及电机运行参数，电机保护器通过识别与记忆电路对故障予以设别、记忆和指示，以便于维修，只有故障排除后，复位保护器，故障指示灯消失，保证电动机能够再次启动。

    (5) 抗晃电功能

    在石油化工生产过程中，主电路欠电压故障或失压停车，若在“立即重起动时间”内电压恢复至允许重起动设定正常值以上时，保护器可使现场电动机立即恢复至电动机停车前的运行状态，不经过起动延时、降压等过程，若超过“立即重起动失压时间”，而在“延时重起动延时时间”设定时间内，电压恢复至欠电压（失压）重起动设定值以上，现场电机按“延时重起动延时时间”延时起动，与正常起动的过程相同，延时时间允许误差为±10%，若超过“延时重起动延时时间”后电压恢复，则电动机不再自动重起动，恢复电压值误差不大于±10%，采用具有抗晃电保护功能的保护器，能够确保电动机的平稳运行，并减少系统投资，在石化行业使用具有实际意义。

    (6) 在线监测功能

    控制室操作人员可通过保护器的通讯，在后台人机界面上完成所有石油化工现场电动机保护器各种保护整定参数读取、修改和整定，同时，在线监测电机运行负载和供电电源质量，为及早发现过载和接故障等，创造了条件，后台人机界面强大的信息管理功能，可有效记录各台电机型号、运行方式、和历史维护记录，为保证工艺系统安全生产、减少事故停车，提供了可靠依据。

    安科瑞ARD2F电动机保护器能对电动机运行过程中出现的起动超时、过载、堵转、断相、不平衡、欠载、接地/漏电、阻塞、过压、欠压、绕组超温等多种情况进行保护，能够实现运行时间、次数统计等功能，对电机的运行电流、电压、运行时间、起动次数、报警和故障信息等进行监视，设有SOE故障事件记录功能，方便现场维护人员查找故障原因，并通过LCD中文液晶显示屏、状态指示灯等各种方式，将电机的运行状态清晰、直观地显示出来，该保护器具有RS485远程通讯接口，DC4~20mA模拟量输出，方便与PLC、PC等控制机组成网络系统，实现实现在人机界面对电动机监视，满足石油化工行业对电动机保护器的需求。

    3、典型工程应用案例

    在石化行业工程应用中，由于石化装置电机较多，因此需要选用电动机保护装置来对电机保护，既能使电动机充分发挥过载能力，又能免于损坏，而且还能提高电力拖动系统的可靠性和生产的连续性，具体的应用选择应综合考虑电机的本身的价值、负载类型、使用环境、电机主体设备的重要程度等因素，力争做到经济合理，在能满足保护要求的情况下首先考虑最简单保护装置，当简单的保护装置不能满足要求时，或对保护功能和特性提出更高要求时，才考虑应用复杂的保护装置，做到经济性和可靠性的统一，下面以安科瑞ARD2F智能型电动机保护器在石油化工行业配电间改造及抗晃电控制回路应用为例进行具体分析、介绍[3]。

    图4是ARD2F保护器在某石油化工总厂改造项目中的典型电气原理图，图中电动机保护器95、96是综合保护器过负荷、断相及电流不平衡、堵转保护的输出断开触点，97、98是断路器分励脱扣触点，通过转换开关SA实现试验、运行控制方式的切换，电动机正常运行时，接触器KM线圈得电，KM常开触点闭合，常闭触点断开，电动机运行指示灯亮，当电动机发生过负荷、断相、电流不平衡或者堵转故障时，保护器95、96触点断开，接触器线圈断电，KM常开触点断开，常闭触点闭合，停止指示灯亮，对整个石化系统改造中电动机出现故障情况及时进行保护，电动机处于试验状态时情况与此一致。

图4 ARD2F在某石油化工行业的应用

    图5中ARD2F应用于某石油化工总厂配电间改造的典型电气原理图，图中电动机的起动、停车由外部按钮实现，接触器KM的线圈串联在脱扣继电器常闭触点95、96中，当电动机正常工作时，闭合QA，按下起动按钮SF，KM线圈得电，KM常开触点闭合，电动机开始工作，按下停止按钮SS时，KM线圈失电，KM主触点断开，电动机停止工作，如果电动机发生脱扣故障，保护器脱扣触点也会断开，导致KM线圈失电，电动机停止，对出现故障作出及时处理。

图5 ARD2F在某石化配电间改造项目应用

    图6是ARD2F在某石化行业抗晃电控制回路工程应用的典型电气原理图，图中为实现抗晃电功能，电动机保护器带有抗晃电模块，将交流电输入接在抗晃电模块的输入端，抗晃电模块的输出接到电动机保护器的辅助电源输入端，电动机保护器的电压测量信号取自接触器上级，防止晃电时接触器脱开，无法测得恢复电压，线路正常供电时抗晃电模块的内部储能装置处于储能状态，晃电期间由抗晃电模块储能设备向电动机保护器供电，维持电动机保护器正常工作，当系统电压恢复到“重起动电压”后，电动机保护器对晃电持续时间进行判断，时间小于“立即重起动失电时间，”立即吸合“输出继电器7、8”起动电动机，晃电时间长于“立即重起动失电时间”，而小于“允许失电时间”，执行延时重起动，晃电时间长于“允许失电时间”，不执行起动，95、96接点作为保护接点，保护器上电后处于常闭状态，当出现故障或辅助电源断电后变为常开状态，控制系统采用保护器抗晃电模块[4]，保证了电动机运行的可靠性和安全性。

图6 ARD2F在某石化行业抗晃电控制回路的应用

    4、ARD2F智能型电动机保护器在某石化行业运行效果

    ARD2F智能型电动机保护器运用到石化行业时，给石油化工的自动化生产过程带来如下运行效果：

    （1）系统信息集中

    用户可以通过抄表的方式采集各个装置节点的参数，如：电动机电流、电压、电动机运行情况、电能等，用户根据这些信息实现了对现场设备的电动机运行情况实时分析处理；

    （2）智能化控制保护

    石化生产过程中使用ARD2F智能型电动机保护器后，如果电动机出现过载、缺相、超温等现象时，保护器将及时终止电动机的运行，并对各种故障信息作出相应的指示，在电网故障造成电压瞬间较大幅度的波动或者短时断电又恢复，带抗晃电功能时可使电动机保护器重新起动；

    （3）故障记录便于现场问题分析

    在石油化工行业中，电动机发生故障后，应及时的把备用电动机投上而不影响运行机制，对出现问题的电动机应及时处理以确保连续生产，早期的处理方法需要花大量的人力物力还需要一定的时间才能分析出来，不便于应用，而ARD2F智能型电动机保护器强大的故障记录功能为维护人员节省了大量的时间，提高了生产的效率及系统运行可靠性。

    5、结束语

    随着当代控制技术的不断发展，电动机已经成为控制系统中重要的一部分，电动机保护器也朝着多元化方向发展，因此我们工作人员需要充分考虑电动机保护实际需求，超前、准确、及时地判断电动机的故障，合理选择保护功能和保护方式，实现对电动机的良好保护，达到提高设备运行可靠性，减少非计划停车，减少事故损失的目的，电动机保护器是发电、供电、用电系统的重要器件，广泛的采用电动机保护器，不但可以提高工艺控制准确性、科学性，降低故障率，而且对于提高电气控制系统的自动化水平和发展国民经济，起着积极的推动作用。

    参考文献：

    [1].周中.智能电网用户端电力监控与电能管理系统产品选型及解决方案[M].北京.机械工业出版社. 2011.10

    [2].齐长卿. 浅谈低压保护器3UF50的应用[J]. 机电控制. 2012.8

    [3].陈小峰. LM30电动机保护器在石化企业的应用智能[J]. 电气控制技术. 2010.3

    [4].王志南. 电动机保护器在化工行业抗晃电中的应用[J]. 自动化应用. 2014.6

    作者简介：

    徐霜，女，安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为电机保护节能控制<