智能型電動機保護器在某水泥廠的應用

趙斌

（安科瑞電氣股份有限公司，上海 嘉定  214405）

摘要：電動機設備是水泥企業中應用最廣泛的動力裝置
，而水泥生產企業屬於能耗高
、汙染大又需要設備連續不間斷工作的行業
，電動機作為水泥行業設備的動力來源
，其安全、穩定可靠的運轉對水泥行業的平穩生產起著至關重要的作用
，本文綜合介紹安科瑞ARD3智能型電動機保護器在某水泥廠的實際應用
，並闡述了ARD3智能型電動機保護器產品的特點及其智能化保護、測量、控製和通訊等，供工程設計中參考。

關鍵詞：水泥行業、電動機保護、智能化
、通訊

一、 引言

     suizhexiandaihuashuinigongyeshengchanguimozengda，shengchanshebeiyeyuelaiyuedaxinghua
，yincisuoxuyongdetuodongdiandongjidegonglvyeyuelaiyueda。shuinichangshengchangongyiliuchengjiaofuza，keyizongjieshuinishengchanguochengweishengliaozhibei（一磨）
、熟料煆燒（一燒）

、水泥粉磨（二磨）。因此，低壓電動機作為水泥生產過程中最常用的機組
，數量多、種(zhong)類(lei)複(fu)雜(za)，隨(sui)著(zhe)科(ke)學(xue)技(ji)術(shu)的(de)不(bu)斷(duan)進(jin)步(bu)和(he)工(gong)藝(yi)控(kong)製(zhi)過(guo)程(cheng)的(de)不(bu)斷(duan)完(wan)善(shan)，尤(you)其(qi)是(shi)自(zi)動(dong)化(hua)生(sheng)產(chan)要(yao)求(qiu)
，迫(po)切(qie)需(xu)要(yao)開(kai)發(fa)和(he)完(wan)善(shan)電(dian)動(dong)機(ji)的(de)控(kong)製(zhi)和(he)保(bao)護(hu)設(she)備(bei)

，實(shi)現(xian)對(dui)整(zheng)個(ge)自(zi)動(dong)化(hua)生(sheng)產(chan)過(guo)程(cheng)和(he)大(da)型(xing)機(ji)械(xie)的(de)遙(yao)控(kong)

、遙測
、遙調、故障診斷以及集中控製等功能^[1]。

    shuinishengchanshiyixiangjiaopangdadegongcheng，shengchanliuchengdehuanjingbijiaoelie
，fenchenwuranyanzhong，tongfengtiaojiancha，gongzuochangsuowendujiaogao


，erqiexuyaoshedingdaliangdegongzuozhandian
，baokuoyuanliaokongzhizhan

、破碎站、原料粉磨站
、熟料庫控製站、水泥磨控製站、水泥包裝控製站等，然而在這些站點中使用了大量低壓電動機來控製其他設備的運行，運用簡單的電壓表

、電流表
、電能表和頻率表等受到通信功能不夠靈活
、儀yi表biao功gong能neng單dan一yi等deng多duo種zhong條tiao件jian的de約yue束shu，已yi經jing無wu法fa滿man足zu電dian廠chang設she備bei自zi動dong化hua生sheng產chan的de要yao求qiu。水shui泥ni行xing業ye生sheng產chan過guo程cheng的de特te點dian為wei長chang周zhou期qi運yun行xing，一yi旦dan開kai機ji，在zai沒mei有you特te殊shu情qing況kuang下xia，一yi般ban不bu會hui停ting機ji，現xian代dai化hua大da型xing水shui泥ni企qi業ye年nian運yun轉zhuan率lv很hen高gao
，這zhe樣yang就jiu必bi須xu有you高gao質zhi量liang的de、可靠的電氣設備保證其生產過程的連續不間斷性，一旦故障停機就會造成巨大的經濟損失。特別是大型高壓電動機，一般都拖動球磨機
、回轉窯
、風機等重載啟動設備，對其製造質量和使用要求都很高，必須正確的安裝、使用、維護、保bao養yang，才cai能neng保bao證zheng長chang周zhou期qi的de運yun轉zhuan，為wei企qi業ye創chuang造zao更geng高gao的de經jing濟ji效xiao益yi。而er智zhi能neng型xing電dian動dong機ji保bao護hu器qi可ke實shi現xian重zhong載zai起qi動dong
，實shi現xian對dui電dian動dong機ji的de溫wen度du保bao護hu
，還hai提ti供gong多duo種zhong測ce控kong功gong能neng和he控kong製zhi模mo式shi
，能neng夠gou滿man足zu水shui泥ni生sheng產chan過guo程cheng對dui電dian機ji設she備bei的de保bao護hu、控製要求，不僅能提高電機設備的運行能力、延長電機設備的使用壽命，而且能提高企業生產效率、節約能源。本文以ARD3智能型電動機保護器在水泥生產中的實際應用進行具體介紹。

二、水泥生產對保護器的功能要求

    水泥行業電機是大容量、gaofuhelianxuyunzhuandeshebei，diandongjichangqichengshouduodafuhe，jiuhuishiwendushangshengguogaoersunhuaijueyuan，suoduandiandongjideshiyongshouming，yinci
，duishuinishengchanguochengzhongdianjishebeidekekaoxing、穩定性及功能要求非常高。在生產運行或設備檢修過程中，常見的電動機故障可分為以下幾種：

   1、機械故障

   1）掃膛：由於軸承損壞
、軸彎或者檢修人員裝配不當，導致定轉子產生摩擦；

   2）軸承損壞：由於軸承裝配不當、定/轉子鐵心軸向錯位或重新對轉軸機加工後精度不夠
、電動機本體運行溫升過高等

；

   3）振動：由於電動機本身或傳動裝置不良等。

   2、電氣故障

   1）缺相運行：電動機發生堵轉時電流比正常工作的電流大得多。在此情況下
，運行時間過長或過於頻繁起動，將會導致電動機繞組燒毀；

   2）繞組短路或接地：匝間短路的最大原因是電機溫度異常升高而導致的，而接地故障大多是由於繞組絕緣損壞
；

   3）三相電流不平衡：由於電動機外部電源電壓不平衡或內部繞組匝間短路或電動機維修時線圈匝數錯誤或接線錯誤等。

   因此，對某水泥廠電機設備進行有效的維護是很有必要的
，對ARD3智能型電動機保護器具體功能要求如下：

  （1）完善的電機保護功能

    保護器通過采集電路中的三相交流電流、三相交流電壓、剩餘電流、PTC熱電阻阻值、電動機電能等電力參數，以及電動機運行過程中的各種運動狀態等信號，經保護器內部處理運算，從而實現對電動機起動超時、過載
、阻塞

、欠載
、斷相、三相電流不平衡、剩餘電流（接地/漏電）
、溫度、外部故障、相序

、過壓、欠壓
、欠功率、過功率等全麵綜合保護，進而保證水泥廠生產工作的安全連續運行。

   （2）及時排除電動機運行故障功能

    水shui泥ni生sheng產chan現xian場chang電dian動dong機ji運yun行xing過guo程cheng中zhong通tong過guo電dian動dong機ji保bao護hu器qi對dui電dian機ji設she備bei進jin行xing檢jian測ce


，當dang電dian動dong機ji出chu現xian狀zhuang況kuang時shi應ying及ji時shi發fa出chu報bao警jing信xin號hao
，並bing記ji錄lu故gu障zhang信xin息xi
，方fang便bian維wei護hu人ren員yuan查zha找zhao故gu障zhang原yuan因yin並bing作zuo出chu及ji時shi的de處chu理li，保bao證zheng故gu障zhang發fa生sheng時shi電dian機ji設she備bei動dong作zuo的de可ke靠kao性xing和he靈ling敏min性xing。

   （3）對各設備進行遠程監測功能

    水泥生產現場環境較惡劣，保護器不僅要提供電機設備的保護功能，而且要能夠過RS-485通訊接口

，經過Modbus-RTU/Profibus-DP通訊協議與上位機管理係統進行通訊連接
，實現實時監測電動機的運行狀態以及運行過程中的電力參數
，保證後台操作人員能讀取
、修改水泥成產現場電動機保護器的各種整定參數並通過後台人機界麵實時觀察當前現場電動機控製回路的工作狀態
、供電電源質量等，實現遠程監控。

三、典型工程應用案例

    在水泥行業工程應用中，由於水泥生產流程複雜，電動機裝置數量較多，因此需要選用安科瑞ARD3zhinengxingdiandongjibaohuqilaiduigongyexianchangdianjishebeijinxingyouxiaobaohu，jinengshidiandongjichongfenfahuiqiguozainengli，younengtigaodianlituodongxitongdekekaoxingheshengchanguochengdelianxuxing。shuinichangcaiyongbaohuqiyongyudianjibaohukongzhihuilu

，qudairejidianqidengzuoweidiandongjideguozaibaohuhekongzhiyuanjian，erqieliyongxianjindetongxunjishu，shixianleshuinishengchanzhongdianjishebeikongzhidezidonghua。tongguojiang90L顯xian示shi模mo塊kuai嵌qian入ru安an裝zhuang在zai開kai關guan抽chou屜ti的de活huo動dong麵mian板ban內nei，來lai簡jian化hua了le水shui泥ni廠chang控kong製zhi櫃gui內nei接jie線xian，使shi得de配pei電dian室shi內nei設she備bei運yun行xing情qing況kuang及ji故gu障zhang狀zhuang態tai清qing晰xi可ke見jian，方fang便bian工gong程cheng師shi隨sui時shi調tiao整zheng係xi統tong
、設定參數和顯示、監控以及檢修維護。將ARD3保護器應用於某水泥廠生產線電機設備的控製回路中，實現了水泥廠對電機保護的要求：（見圖1 ARD3智能型電動機保護器應用於某水泥廠電動機設備控製回路接線圖）

   （1）過載保護功能

   ARD3智能型電動機保護器通過讀取電流互感器檢測到的三相電流值，判斷電動機出現過載運行後
，實現了在設定的報警或脫扣（延時）時間內發出報警或脫扣信號。

   （2）堵轉保護功能

    水(shui)泥(ni)廠(chang)電(dian)動(dong)機(ji)在(zai)起(qi)動(dong)過(guo)程(cheng)中(zhong)，如(ru)果(guo)由(you)於(yu)現(xian)場(chang)工(gong)作(zuo)環(huan)境(jing)影(ying)響(xiang)以(yi)及(ji)電(dian)機(ji)設(she)備(bei)自(zi)身(shen)的(de)原(yuan)因(yin)造(zao)成(cheng)電(dian)機(ji)出(chu)現(xian)堵(du)轉(zhuan)現(xian)象(xiang)
，保(bao)護(hu)器(qi)能(neng)夠(gou)及(ji)時(shi)判(pan)斷(duan)出(chu)電(dian)動(dong)機(ji)起(qi)動(dong)發(fa)生(sheng)此(ci)類(lei)故(gu)障(zhang)並(bing)及(ji)時(shi)作(zuo)出(chu)相(xiang)應(ying)處(chu)理(li)。

   （3）三相不平衡保護功能

    斷相/不bu平ping衡heng故gu障zhang運yun行xing時shi對dui電dian動dong機ji的de危wei害hai很hen大da，當dang電dian動dong機ji發fa生sheng斷duan相xiang或huo三san相xiang電dian流liu嚴yan重zhong不bu平ping衡heng時shi，當dang不bu平ping衡heng率lv達da到dao保bao護hu器qi設she定ding值zhi時shi

，保bao護hu器qi按an照zhao設she定ding的de要yao求qiu保bao護hu，發fa出chu停ting車che或huo報bao警jing，確que保bao電dian動dong機ji的de安an全quan運yun行xing。

   （4）故障判斷及記錄功能

    當電動機出現某種故障時
，保護器切斷電動機電源的同時處於保護狀態並保存故障類型、時間及電機運行參數等信息，電機保護器通過識別與記憶電路對故障予以設別、記ji憶yi和he指zhi示shi
，方fang便bian了le檢jian修xiu人ren員yuan查zha出chu故gu障zhang原yuan因yin。故gu障zhang排pai除chu後hou，按an下xia顯xian示shi模mo塊kuai上shang的de複fu位wei按an鈕niu即ji可ke複fu位wei保bao護hu器qi
，故gu障zhang指zhi示shi燈deng消xiao失shi，保bao證zheng了le電dian動dong機ji能neng夠gou再zai次ci啟qi動dong。

   （5）抗晃電功能

    zaimoushuinichangshuinishengchanguochengzhong
，zaidianwangguzhangzaochengdianyashunjianjiaodafududebodonghuozheduanshijianduandianyouhuifu，keyishidiandongjibaohuqizhongxinqidong，baozhengdiandongjidepingwenyunxing。

   （6）在線監測功能

    kongzhishicaozuorenyuanketongguobaohuqidetongxun，zaihoutairenjijiemianshangshixianduishuinishengchanxianshangbaohuqidegezhongbaohuzhengdingcanshudeduquhesheding，tongshizaixianjiancedianjiyunxingfuzaihegongdiandianyuanzhiliang，bingyouxiaojilugedianjixinghao
、運行方式和曆史維護記錄以及出現的故障信息，為水泥生產線的安全生產提供了可靠依據。

圖1  ARD3智能型電動機保護器應用於某水泥廠電動機設備控製回路接線圖

    水泥生產工藝流程較多
，所以將保護器有效的應用於電動機保護設備控製回路的同時要能夠滿足水泥廠的大型控製係統的要求。如圖2是某水泥廠控製係統的整體結構圖，現場由多個控製站點組成，通過標準RS-485通訊接口與PC機、接觸器、電動機以及其他設備構成集中式控製係統

，工程師通過監控計算機以及生產管理軟件完成對整個係統設備的數據采集、處理、顯(xian)示(shi)和(he)監(jian)視(shi)功(gong)能(neng)，並(bing)在(zai)滿(man)足(zu)權(quan)限(xian)和(he)邏(luo)輯(ji)時(shi)
，通(tong)過(guo)遠(yuan)程(cheng)控(kong)製(zhi)軟(ruan)件(jian)實(shi)現(xian)對(dui)現(xian)場(chang)相(xiang)應(ying)的(de)電(dian)機(ji)設(she)備(bei)等(deng)的(de)控(kong)製(zhi)。由(you)於(yu)現(xian)代(dai)水(shui)泥(ni)工(gong)廠(chang)采(cai)用(yong)的(de)大(da)型(xing)電(dian)機(ji)設(she)備(bei)較(jiao)多(duo)，大(da)於(yu)110KW及以上的電機，均采用在主回路裝設電流互感器。考慮到水泥生產工藝的不同和企業投入的資金，電動機需要不同的起動方式
，ARD3智能型電動機保護器提供靈活的聯鎖功能，實現直接啟動、雙向啟動、星/三角啟動
、自耦變壓器啟動等，使大型設備的電機得到了有效保護和控製^[2]。

圖2 某水泥廠控製係統結構圖

    由圖3 所示為ARD3智能型電動機保護器在水泥廠的實際工程應用
，主要由服務器、各個控製站點、保護器和現場設備組成，服務器通過現場總線采集現場各電機設備的運行工況，並為工程師站和操作員站提供服務
，其中帶有Modbus總線的保護器通過通訊管理機接入監控網絡，Profibus總線直接接入服務器網絡，服務器與工程師站、操作員站通過交換機連接在同一個網絡中。

圖3  ARD3智能型電動機保護器工程應用

    係統功能：（1）各電動機的工況顯示：三相交流電流
、三相交流電壓、零序電流、功率、電動機電能、接觸器狀態、保護器的各個報警信息等；（2）各電機保護整定數據的調整

、修改和整定
；（3）完善的數據存儲機製，可實時查看各電機設備的管理信息和報警信息、故障信息
；（4）電能統計、電源供電質量等；（5）故障未發生時提前報警。綜上所述，將保護器應用於水泥生產自動控製係統中後方便了工程師對控製係統進行維護
、管理^[2]。

四、ARD3智能型電動機保護器在某水泥行業運行效果

    水泥生產線上使用的電機設備使用的周期
、壽命越長，其為企業帶來的經濟價值也就越高，因此對電動機的保護也是相當重要。ARD3智能型電動機保護器運用到水泥行業，給水泥的自動化生產過程帶來如下運行效果：

   （1）係統信息集中化

    水泥廠電氣設計除了用於一般供配電外，還要完成大量電機設備的拖動控製設計。采用ARD3智能型電動機保護器的通訊功能進行組網後
，用戶可以通過上位機讀取各個裝置節點的參數

，如：電動機三相交流電流
、三相交流電壓、電動機運行狀態
、電動機電能、電(dian)動(dong)機(ji)運(yun)行(xing)故(gu)障(zhang)信(xin)息(xi)等(deng)，工(gong)程(cheng)師(shi)根(gen)據(ju)這(zhe)些(xie)信(xin)息(xi)實(shi)現(xian)了(le)對(dui)現(xian)場(chang)所(suo)有(you)的(de)電(dian)機(ji)設(she)備(bei)的(de)運(yun)行(xing)情(qing)況(kuang)實(shi)時(shi)分(fen)析(xi)處(chu)理(li)，不(bu)再(zai)需(xu)要(yao)現(xian)場(chang)每(mei)個(ge)裝(zhuang)置(zhi)處(chu)配(pei)備(bei)一(yi)個(ge)工(gong)程(cheng)師(shi)來(lai)進(jin)行(xing)實(shi)時(shi)監(jian)視(shi)，提(ti)高(gao)了(le)整(zheng)個(ge)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)的(de)安(an)全(quan)性(xing)、可靠性。保護器模擬量輸出4-20mA模擬量信號給控製係統
，便於工程師集中控製。

    （2）智能化控製保護

    保護器直接串接於控製回路，電動機出現過電流、斷相
、超(chao)溫(wen)等(deng)故(gu)障(zhang)時(shi)，將(jiang)及(ji)時(shi)終(zhong)止(zhi)電(dian)動(dong)機(ji)的(de)運(yun)行(xing)
，並(bing)對(dui)各(ge)種(zhong)故(gu)障(zhang)信(xin)息(xi)作(zuo)出(chu)相(xiang)應(ying)的(de)指(zhi)示(shi)。保(bao)護(hu)器(qi)能(neng)自(zi)動(dong)識(shi)別(bie)手(shou)動(dong)控(kong)製(zhi)回(hui)路(lu)和(he)自(zi)動(dong)控(kong)製(zhi)回(hui)路(lu)
，對(dui)於(yu)自(zi)動(dong)控(kong)製(zhi)回(hui)路(lu)，能(neng)記(ji)憶(yi)自(zi)鎖(suo)，避(bi)免(mian)電(dian)動(dong)機(ji)在(zai)故(gu)障(zhang)狀(zhuang)態(tai)時(shi)重(zhong)複(fu)起(qi)動(dong)，加(jia)劇(ju)電(dian)動(dong)機(ji)損(sun)壞(huai)。同(tong)時(shi)，水(shui)泥(ni)廠(chang)大(da)型(xing)電(dian)機(ji)檢(jian)測(ce)元(yuan)件(jian)采(cai)用(yong)穿(chuan)芯(xin)式(shi)結(jie)構(gou)的(de)電(dian)流(liu)互(hu)感(gan)器(qi)，與(yu)主(zhu)電(dian)路(lu)形(xing)成(cheng)完(wan)全(quan)隔(ge)離(li)
，提(ti)高(gao)了(le)自(zi)身(shen)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)，又(you)徹(che)底(di)解(jie)決(jue)了(le)接(jie)線(xian)端(duan)子(zi)的(de)發(fa)熱(re)問(wen)題(ti)，且(qie)互(hu)換(huan)性(xing)好(hao)^[3]。

    （3）故障記錄便於現場問題分析

    電動機工作在環境惡劣的水泥生產中，很容易出現故障，並且故障原因多樣化。采用ARD3智(zhi)能(neng)型(xing)電(dian)動(dong)機(ji)保(bao)護(hu)器(qi)，電(dian)動(dong)機(ji)發(fa)生(sheng)故(gu)障(zhang)後(hou)，將(jiang)備(bei)用(yong)電(dian)動(dong)機(ji)及(ji)時(shi)投(tou)入(ru)而(er)不(bu)影(ying)響(xiang)運(yun)行(xing)機(ji)製(zhi)，保(bao)護(hu)器(qi)強(qiang)大(da)的(de)故(gu)障(zhang)記(ji)錄(lu)功(gong)也(ye)為(wei)維(wei)護(hu)人(ren)員(yuan)節(jie)省(sheng)了(le)大(da)量(liang)的(de)時(shi)間(jian)，提(ti)高(gao)了(le)生(sheng)產(chan)的(de)效(xiao)率(lv)及(ji)係(xi)統(tong)運(yun)行(xing)可(ke)靠(kao)性(xing)。

五 結束語

    隨sui著zhe電dian子zi技ji術shu及ji通tong訊xun技ji術shu的de不bu斷duan發fa展zhan。電dian動dong機ji保bao護hu器qi也ye在zai朝chao著zhe多duo元yuan化hua方fang向xiang發fa展zhan，電dian動dong機ji保bao護hu器qi在zai水shui泥ni企qi業ye的de應ying用yong也ye越yue來lai越yue廣guang泛fan，合he理li選xuan擇ze電dian機ji設she備bei的de保bao護hu功gong能neng和he保bao護hu方fang式shi，可ke提ti高gao設she備bei運yun行xing的de可ke靠kao性xing，能neng夠gou預yu防fang並bing杜du絕jue電dian機ji燒shao毀hui，同tong時shi減jian少shao了le因yin非fei計ji劃hua停ting車che而er造zao成cheng的de損sun失shi，降jiang低di了le企qi業ye的de生sheng產chan成cheng本ben。

參考文獻：

[1]智能電網用戶端電力監控/電能管理/電器安全係統解決方案產品手冊.安科瑞電氣股份有限公司.2013.01

[2]楊建華,劉葳.電動機保護器在水泥行業的應用.水泥技術.2009(05)

[3]電動機保護器的曆史及現狀.上海神引雙華電器有限公司

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：
，座機：，QQ:2880157852,E-mail: