涂志燕
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801
摘要：在現(xiàn)代工業(yè)控制領(lǐng)域中，智能電機(jī)綜合保護(hù)器能對(duì)受控設(shè)備電機(jī)提供傳統(tǒng)繼電器所具備的各種保護(hù)功能，同時(shí)還能提供設(shè)備電機(jī)電流監(jiān)測(cè)、溫度監(jiān)測(cè)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、啟?？刂?、網(wǎng)絡(luò)通信等智能功能。本文以神東煤炭集團(tuán)公司洗選選煤廠常見的幾種智能電機(jī)綜合保護(hù)器為研究對(duì)象，分析對(duì)比各種智能電機(jī)綜合保護(hù)器的功能及特點(diǎn)，為選煤廠智能電機(jī)綜合保護(hù)器選型提供參考。
關(guān)鍵詞：選煤廠；智能電機(jī)綜合保護(hù)器；控制
神華神東煤炭集團(tuán)洗選現(xiàn)有11個(gè)選煤廠，分布在晉、陜、蒙三省區(qū)。全共有主要生產(chǎn)設(shè)備29l3臺(tái)套、輔助設(shè)備1572臺(tái)套，無論是主運(yùn)設(shè)備還是輔助設(shè)備，洗選各選煤廠的電機(jī)均安裝了電機(jī)智能綜合保護(hù)器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)的保護(hù)，降低了因過載、欠載、缺相等原因造成的電機(jī)損壞和選煤廠機(jī)電事故的發(fā)生，減少了事故時(shí)間，同時(shí)降低生產(chǎn)成本，降低操作難度，對(duì)提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力和增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益具有非常重要的意義。目前，洗選各選煤廠在用的電機(jī)綜合保護(hù)器主要有傳統(tǒng)的熱繼電器保護(hù)、羅克韋爾公司的E3固態(tài)熱過載繼電器、WDB系列電機(jī)智能保護(hù)器、ABB公司的UMC系列智能電機(jī)控制器。
1各種保護(hù)器的功能特點(diǎn)
1.1熱繼電器
熱繼電器主要由熱元件、雙金屬片和觸點(diǎn)構(gòu)成。熱元件由發(fā)熱電阻絲做成，雙金屬片由兩種熱膨脹系數(shù)不同的金屬碾壓而成，當(dāng)電動(dòng)機(jī)過載時(shí)，雙金屬片彎曲位移變大，推動(dòng)導(dǎo)板使常閉點(diǎn)斷開，從而切斷控制電路起到保護(hù)作用。
在電動(dòng)機(jī)配電一次回路中加裝斷路器和熱繼電器，分別起到短路保護(hù)和過載保護(hù)功能。在二次控制回路中，斷路器輔助接點(diǎn)和熱繼電器輔助接點(diǎn)分別接入選煤廠集中控制系統(tǒng)的PLC控制柜，作為短路故障和過載故障報(bào)警信號(hào)。同時(shí)接觸器輔助接點(diǎn)也采用硬接線的方式接入選煤廠集中控制系統(tǒng)PLC控制柜，作為設(shè)備運(yùn)行信號(hào)。采用傳統(tǒng)的熱繼電器只能對(duì)受控設(shè)備電機(jī)提供基本的過載保護(hù)功能，過載故障信號(hào)可在上位系統(tǒng)操作員終端上顯示。
1.2E3固態(tài)過載繼電器的功能特點(diǎn)
羅克韋爾公司生產(chǎn)的E3固態(tài)過載繼電器主要有E3和E3Plus兩種過載繼電器，“E3"表示標(biāo)準(zhǔn)型。“E3Plus"表示增強(qiáng)型。本文中以選煤廠常用的E3Plus為研究對(duì)象，E3Plus是一個(gè)將電子式過載繼電器、通信模塊、堵轉(zhuǎn)／欠失速繼電器、輸輸出模塊、熱敏保護(hù)繼電器、接地保護(hù)繼電器及傳感器全部功能集合在一起的先進(jìn)的智能電機(jī)綜合保護(hù)器。
(1)多種保護(hù)功能。E3Plus具有熱過載保護(hù)、缺相保護(hù)、失速保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、欠載保護(hù)、電流不平衡保護(hù)、接地故障保護(hù)、PTC熱電阻保護(hù)、遠(yuǎn)程脫扣保護(hù)，而且還具有預(yù)報(bào)警功能：通過設(shè)定，在脫扣前提供相應(yīng)的預(yù)報(bào)警。E3Plus還能通過限制每小時(shí)起動(dòng)次數(shù)、起動(dòng)時(shí)間間隔保護(hù)電機(jī)，還能方便靈活的設(shè)置脫扣和報(bào)警，便于各種電機(jī)的應(yīng)用。
(2)電流參數(shù)監(jiān)視。E3Plus允許用戶通過DevieeNet網(wǎng)絡(luò)對(duì)受控設(shè)備電機(jī)的各項(xiàng)電流參數(shù)進(jìn)
行監(jiān)視，包括每相的電流、每相電流對(duì)滿載電流的比率、平均電流、平均電流對(duì)滿載電流比率、電機(jī)熱過載容量的使用的百分率、接地電流、電流不平衡率等信息。
(3)保護(hù)電流范圍寬。采用內(nèi)鼴電流互感器時(shí)，E3Plus保護(hù)電流范圍為0．4A一830A；采用外置電流互感器時(shí)，E3Plus保護(hù)電流范圍為0．4A～5000A。
(4)自動(dòng)／手動(dòng)復(fù)位。用戶可對(duì)E3Plus設(shè)置出現(xiàn)過載脫扣或過熱脫扣時(shí)的復(fù)位模式：自動(dòng)模式或手動(dòng)模式。
(5)網(wǎng)絡(luò)通信功能。E3Plus采用的是國際標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線DeviceNet網(wǎng)絡(luò)。通過Devi—ceNet網(wǎng)絡(luò)可將繼電器所有的保護(hù)參數(shù)、診斷參數(shù)和電流監(jiān)測(cè)參數(shù)實(shí)時(shí)上傳至選煤廠集中控制系統(tǒng)。因?yàn)镋3Plus體積小，可按照模塊化結(jié)構(gòu)安裝在配電柜內(nèi)，且所有單元均由DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線控制和傳輸信息，可透明訪問任意網(wǎng)絡(luò)中的任意設(shè)備，進(jìn)行診斷、組態(tài)和維護(hù)，無須編程即實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間信息共享。節(jié)省了大量的安裝和調(diào)試時(shí)間。
(6)控制功能。E3Plus集成四個(gè)輸入／兩個(gè)輸出，信號(hào)為24V直流，輸入端子可用于采集所保護(hù)設(shè)備的斷路器狀態(tài)和接觸器運(yùn)行狀態(tài)等參數(shù)，輸出端子可用于所保護(hù)設(shè)備的遠(yuǎn)程啟?？刂?。且
通過Devienet網(wǎng)絡(luò)上傳電流參數(shù)，配電柜內(nèi)接線簡(jiǎn)單，改變了傳統(tǒng)配電柜內(nèi)線路密密麻麻的情況。
1.3WDB系列電機(jī)智能保護(hù)器
WDB系列智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器是目前國內(nèi)較為常見的產(chǎn)品，保護(hù)精度高，固障分析準(zhǔn)確，保護(hù)功能齊全，保護(hù)動(dòng)作可靠，參數(shù)顯示直觀，是傳統(tǒng)熱繼電器的理想替代產(chǎn)品。WDB系列智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器種類較多，本文以浙江魁星生產(chǎn)的WDB系列微機(jī)監(jiān)控電機(jī)保護(hù)器為研究對(duì)象。
(1)多種保護(hù)功能。WDB系列微機(jī)監(jiān)控電動(dòng)機(jī)保護(hù)器具有過壓、欠壓、三相不平衡、缺相、過流、欠流、堵轉(zhuǎn)、漏電、短路欠功率、起動(dòng)加速超時(shí)等功能。
(2)顯示功能。保護(hù)器得電時(shí)顯示停止；正常運(yùn)行時(shí)LCD循環(huán)顯示A、B、c三相電流，顯示電流相代號(hào)，后三位顯示電流值；設(shè)置狀態(tài)調(diào)整四個(gè)功青筆鍵，設(shè)置產(chǎn)品各項(xiàng)參數(shù)；故障時(shí)顯示故障代碼。保護(hù)狀態(tài)時(shí)發(fā)生過流、過壓、欠壓，可顯示保護(hù)動(dòng)作時(shí)的瞬時(shí)值。
(3)設(shè)定功能。可根據(jù)保護(hù)對(duì)象情況現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定額定電流、起動(dòng)時(shí)間、過壓值、過流動(dòng)作時(shí)間、堵轉(zhuǎn)電流對(duì)額定電流的倍數(shù)、漏電電流值、通訊地址號(hào)、三相電流不平衡百分比，操作簡(jiǎn)單易學(xué)?？蛇x任何一相作為輸出4mA～20mA標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)、電流輸出誤差等。
(4)保護(hù)投撤功能。所有的保護(hù)功能均可投可退，且可設(shè)定跳閘或告警。除短路培轉(zhuǎn)、過流、斷相保護(hù)只能投跳閘，其余保護(hù)(過壓、欠壓、不平衡、漏電、欠流保護(hù))均可設(shè)定跳閘或告警。
(5)通訊功能。當(dāng)上位機(jī)與保護(hù)器通信正常時(shí)，可通過通信接口，實(shí)現(xiàn)信息傳輸，一臺(tái)上位機(jī)(PC)可接256臺(tái)保護(hù)器，并可對(duì)每臺(tái)設(shè)備分別進(jìn)行集控控制，參數(shù)設(shè)定。
(6)記憶功能。當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)器可存儲(chǔ)近三次電機(jī)所發(fā)生故障的原因，按數(shù)據(jù)鍵可查詢近三次故障記錄。
1.4UMC系列智能電機(jī)控制器
UMC系列智能電動(dòng)機(jī)控制器是ABB公司生產(chǎn)的，根據(jù)功能不同可分為UMC22一FBP、UMC100一FBP、UMC22可滿足大部分回路的應(yīng)用要求。在需要額外功能時(shí)，可選擇配置更高的UMC100，本文以UMC22為研究對(duì)象。
(1)多種保護(hù)功能。UMC22具有缺相保護(hù)、熱過載保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、失速保護(hù)、欠載保護(hù)、三項(xiàng)不平衡保護(hù)、接地故障保護(hù)、PTC熱電阻保護(hù)。
(2)控制功能。UMC22集成6個(gè)開關(guān)量輸入／3個(gè)繼電器輸出，可用于控制直接啟動(dòng)、可逆啟動(dòng)、星三角啟動(dòng)、閥門控制(開／閉)，帶分勵(lì)繞組并具有反轉(zhuǎn)功能的電機(jī)和執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)。
(3)控制方式。UMC22可用通過以下方式控制設(shè)備：集中控制系統(tǒng)、可移動(dòng)的操作面板手動(dòng)控制、開關(guān)量輸入控制、按鈕／開關(guān)手動(dòng)控制。
(4)操作面板?？蛇x配操作面板用于顯示和設(shè)置參數(shù)，可顯示電機(jī)電流(以A或額定電流的百分比顯示)。
(5)記憶功能?？蛇M(jìn)行運(yùn)行時(shí)間計(jì)數(shù)，保護(hù)動(dòng)作次數(shù)計(jì)數(shù)。
(6)通訊功能。UMC22通過FBQ總線適配器進(jìn)行總線通訊，可以連接到DevieeNet網(wǎng)絡(luò)。
2智能綜合保護(hù)器優(yōu)缺點(diǎn)分析與應(yīng)用范圍
2.1熱繼電器
熱過載繼電器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，缺點(diǎn)是雙金屬片容易出現(xiàn)熱疲勞、過熱數(shù)次后會(huì)引起參數(shù)變化、整定誤差大，占用PLC控制柜模塊點(diǎn)位多，沒有缺相保護(hù)功能，保護(hù)功能單一，無法保護(hù)設(shè)備。而且熱繼電器動(dòng)作后一般不能自動(dòng)復(fù)位，需要等雙金屬片冷卻后按下復(fù)位按鈕復(fù)位。目前廣泛應(yīng)用于選煤廠中液壓泵站電機(jī)，除塵風(fēng)機(jī)電機(jī)等不定時(shí)、不頻繁啟動(dòng)的輔助設(shè)備。
2.2 E3固態(tài)過栽繼電器
E3固態(tài)熱過載繼電器可實(shí)現(xiàn)多種保護(hù)功能，除上述功能外還有設(shè)備故障預(yù)報(bào)警功能、ADR自動(dòng)設(shè)備更換功能、溫度監(jiān)測(cè)功能，模塊化結(jié)構(gòu)，體積小，節(jié)約空間，安裝、調(diào)試方便，可節(jié)省大量的PLC控制柜模塊點(diǎn)位，節(jié)約了控制電纜，配電柜內(nèi)接線簡(jiǎn)單，后期檢修維護(hù)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠性更高。但是其前期投入成本較高，由于E3Plus集成水平高，出現(xiàn)故障時(shí)只能更換，檢修工不具備維修的能力，而且當(dāng)出現(xiàn)通訊故障時(shí)，影響時(shí)間長(zhǎng)，排查較困難。目前在洗選廣泛應(yīng)用于補(bǔ)連塔選煤廠、大柳塔選煤廠等新改擴(kuò)建系統(tǒng)的主要設(shè)備，如膠帶機(jī)、刮板機(jī)、破碎機(jī)、泵等。
2.3 WDB系列電機(jī)智能保護(hù)器
WDB系列電機(jī)智能保護(hù)器應(yīng)用微機(jī)和數(shù)字處理技術(shù)，測(cè)量精度高，故障分辨準(zhǔn)確可靠，一機(jī)多用，操作簡(jiǎn)單，安裝方式分為整體式和分體式，可以滿足不同現(xiàn)場(chǎng)的安裝要求，提高現(xiàn)場(chǎng)安裝效率，而且價(jià)格較羅克韋爾E3Plus和UMC22便宜很多。但是需要占用大量模塊點(diǎn)位，需要控制電纜接線較多，不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)復(fù)位。目前廣泛應(yīng)用于各選煤廠的各種設(shè)備，使用范圍廣。
2.4 UMC系列智能電機(jī)控制器
UMC系列智能電機(jī)控制器具有電動(dòng)機(jī)保護(hù)功能，靈活的起動(dòng)功能，完善的管理功能。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)多，具有自診斷功能，操作面板可監(jiān)視、控制及進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。自帶輸入輸出點(diǎn)位，節(jié)省了大量模塊點(diǎn)位。但是需要配套操作面板，漏電電流繼電器，F(xiàn)BP總線適配器使用，成本較高，目前廣泛應(yīng)用于上灣選煤廠、烏蘭木倫選煤廠的主要設(shè)備，膠帶機(jī)、刮板機(jī)、破碎機(jī)等。
3安科瑞ARD系列智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器介紹與綜合選型
3.1產(chǎn)品簡(jiǎn)介
ARD該系列低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器，具有過載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、堵轉(zhuǎn)等保護(hù)功能。可與接觸器、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器等電器元件構(gòu)成電動(dòng)機(jī)控制保護(hù)單元，具有遠(yuǎn)程自動(dòng)控制、現(xiàn)場(chǎng)直接控制、面板指示、信號(hào)報(bào)警、現(xiàn)場(chǎng)總線通信等功能。應(yīng)用范圍：可廣泛應(yīng)用于煤礦、石化、冶煉、電力、建筑等行業(yè)的配電領(lǐng)域。
3.2產(chǎn)品選型
4結(jié)束語
電機(jī)智能保護(hù)器的應(yīng)用是近年來國內(nèi)外現(xiàn)代化大型選煤廠的一個(gè)突出特點(diǎn)，本文通過對(duì)神東煤炭集團(tuán)洗選各選煤廠常用的幾種電機(jī)保護(hù)器進(jìn)行對(duì)比，分析了傳統(tǒng)的熱繼電器保護(hù)、羅克韋爾E3固態(tài)過載繼電器、WDB系列電機(jī)智能保護(hù)器、ABBUMC系列智能電機(jī)控制器的功能特點(diǎn)、各自優(yōu)缺點(diǎn)、應(yīng)用范圍等。為選煤廠智能電機(jī)綜合保護(hù)器選型提供了參考，通過不斷優(yōu)化和改進(jìn)控制設(shè)備、電動(dòng)機(jī)保護(hù)設(shè)備以及通信網(wǎng)絡(luò)。提高了選煤廠集中控制系統(tǒng)的運(yùn)行效率，降低了選煤廠的生產(chǎn)運(yùn)行和后期維護(hù)成本，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。
【參考文獻(xiàn)】
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[2]劉鋒，王斌.智能電機(jī)綜合保護(hù)器在選煤廠中的應(yīng)用
[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2019.11
作者簡(jiǎn)介：涂志燕，女，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用
