浅谈智能马达保护控制器在回转窑控制系统的应用与设计

安科瑞 华楠

摘要：介绍一款经济型智能马达保护器的应用、常见故障及故障处理措施，该保护器将众多保护功能集于一体，针对电动机在实际使用中会遇到的多种故障进行保护，使电机在各种故障条件下不会产生损坏，提高电动机运行的可靠性，减少了由于电动机的故障问题带来的生产损失，优化了控制系统和电机启动器之间的连接，提高了设备可用性，使系统的启动、运行和维护费用大大降低。

关键词：电动机；马达保护器；故障；措施

1 引言

       在冶金行业中，电动机作为一种拖动机械，成为所有动力机械的基础。随着科学技术的不断进步和工艺控制的不断完善，尤其是自动化生产的要求，迫切需要电动机的保护和控制设备，特别是低压电动机保护的需求更显突出。从而实现对生产过程和大型机械的遥测、遥信、遥控、遥调、故障诊断以及集中控制等功能。在冶金企业生产中，电动机作为一种拖动机械，是所有机械的动力基础。随着科学技术的不断进步和工艺控制的不断发展，尤其是自动化生产的要求，迫切需要完善电动机的控制和保护设备，从而实现生产过程中对大型机械的遥控、遥测、遥调、故障诊断以及集中控制等功能。冶金生产的特点就是大容量、满负荷的连续运转，因而对电机设备的可靠性和稳定性要求高，一旦发生事故，须马上查找故障原因并及时消除，以保证及时恢复生产。原先使用热继电器作为电动机的过载保护和控制元件，但由于元件质量和工艺的限制，现已越来越无法满足日益发展的工艺自动化要求。近年来，出现了一种新型的电机保护器智能马达保护器，它取代了热继电器而得到了广泛应用。作为电动机的保护元件，智能马达保护器不但可以有效保障电机的运行，而且可以利用先进的通讯技术，实现电机控制的自动化，具有显著的经济效益。

2 马达保护器的功能及特点

       马达保护器是近十多年才发展起来的一种新型电子式多功能电动机综合保护装置。它集过（轻）载保护、缺相、过（欠）压、堵转、漏电三相不平衡保护等低压保护于一身，具有设定精度高、节电、动作灵敏、工作可靠等优点，是传统热继电器的理想替代产品。传感器将电动机电流变化线性反映至保护器采样端口，整流、滤波等环节后，转换成与电动机电流成正比的直流电压信号、送到相应部分与给定保护参数进行比较处理，再经单片机回路处理，推动功率回路，使继电器动作。当电机驱动部分过载导致电流变大时，从电流传感器获取的电压信号将变大、此电压值大于保护器整定值时，过载回路工作，RC延时电路一定（可调）延时，驱动出口继电器动作，使接触器切断主回路。欠压及缺相保护等功能部分的工作原理基本相同。

3 系统功能

3.1保护功能

       电机保护器可实现对电机综合保护，具有启动超时保护、过载保护、断相保护、接地保护、过流堵转保护、电流不平衡保护、短路保护、漏电保护、增安型防爆电机的过热载保护（tE时间保护）、欠载保护、温度保护、温度保护、欠压保护、过压保护、功率因素保护、相序保护等多种数字保护功能。对电动机的保护可以实现分段式保护，分启动过程和运行过程对电动机进行保护。启动过程中投入启动超时保护、断相保护、电流不平衡保护、接地/漏电保护、短路保护、tE时间保护功能；启动过程结束后将其他保护投入。当电机正常工作时，保护器面板上液晶显示屏，实时显示电机工作电流和电压。具有通讯功能电机保护器的微处理器将采集信号通过DP总线传至PLC系统并显示在工控机上。当故障发生时，保护器迅速动作，保存故障类型、时间以及电机运行参数。

3.2在线监测功能

       控制室操作人员可在工控机上，完成所有保护器的各种保护整定数据调阅、修改和整定。同时，在线监测电机运行负载和供电电源质量，为及早发现过载和故障等，创造条件。为保证工艺系统生产、减少事故停车，提供了可靠依据。

4 选用原则

       电机保护器按结构形式来划分，一般分为一体式和分体式两种。选用分体式保护器，互感器部分与显示部分分为两体，可在一定范围内任意安置，故非常适合于抽屉式开关柜安装。将显示表头嵌入式安装在开关抽屉活动面板内，既简化了柜内接线、又方便了系统随时调整、设定参数以及显示、监控，同时数字化显示面板也增添了柜面的统一性和美观性；使配电室内设备运行情况及故障状态一目了然，大地方便了系统巡视和检修维护。

       电机保护器按额定工作电压及电流范围来划分，可分为AC380V、AC220V两种；对应量程为1A、5安培、25安培、100A、等若干等级。由于大型电机较多，为方便互换及减少备件种类，采用主回路装设（口/5）电流互感器方式，将一次电流变为小于5安培的二次电流，再接入量程为5安培的电机保护器，使大型设备得到了有效控制和保护。

       可支持Modbus或者Profibus通讯总线，回转窑系统设计上，电机保护器配置时，可根据工艺以及PLC系统连锁合理安排，实现预防突发故障的功能，保证生产的正常运行。

5 使用经验

       实际使用过程中，应严格按电机额定电流来选择保护器，防止人为放大和缩小保护范围；避免量程太大或太小而造成测量误差。多数低压电机功率小于50kW，考虑到备品备件互换性，多选用5安培量程保护器及配套互感器，这样既保证了保护精度，又避免了备件规格过多而给生产带来不便。

6 存在的缺陷、故障及处理措施

6.1马达保护器抗干扰能力差

       由于控制室统一设在煅烧主控室，因此原料上料系统到回转窑控制室的网络线距离较长，且网络电缆敷设不规范，马达保护器抗干扰能力差等原因，造成马达保护器信号不稳定、受到感应电压干扰。建议对通讯线路，控制线路及主电源分开敷设以减小对马达保护器的信号干扰。

       由于主电源电缆与控制电缆敷设距离太近，马达保护器经常有假信号发生，现场开关在就地位时上位机显示远程，给操作及检修带来错误信息。经测量发现，远程端子有100多伏干扰电压，所以上位机显示假信号，为防止此类现象发生，在远程信号端子加装电阻从而过滤干扰电压。

6.2网络连接头容易松动

       在煅烧系统中，整个ProfibusDP网络与马达保护器连接采用DP头连接，检查或检修抽屉时须拆掉DP头，频繁拆装，使DP连接头容易松动，DP头损坏严重，经常造成控制系统信号丢失。建议安装时采用插件结构设备避免此类问题的发生。

7 安科瑞ARD系列智能电动机保护器介绍与综合选型

7.1产品简介

       ARD该系列低压电动机保护器，具有过载、断相、不平衡、欠载、接地/漏电、堵转等保护功能。可与接触器、电动机起动器等电器元件构成电动机控制保护单元，具有远程自动控制、现场直接控制、面板指示、信号报警、现场总线通信等功能。应用范围：可广泛应用于煤矿、石化、冶炼、电力、建筑等行业的配电领域。

7.2产品选型

       产品功能

8 结束语

       智能马达保护器投入使用至今，一直运行良好，可对各种故障类型进行准确的报警显示，有效地防止了电机意外烧毁事故，节约了大量的资金，不但提高了回转窑生产工艺控制的准确性、科学性，降低了事故率，而且对于提高电气控制系统的自动化水平起到了促进作用。

【参考文献】

[1]刘学琳.智能马达保护器在回转窑控制系统中的应用

[2]安科瑞企业微电网设计与应用手册2019.11