任運業(yè)

江蘇安科瑞微電網(wǎng)研究院有限公司 江蘇無錫 214432

   摘要：在生產(chǎn)過程中，如果設(shè)備運行不暢，或者出現(xiàn)故障都會直接影響到生產(chǎn)活動的正常進行，給企業(yè)帶來較大的經(jīng)濟損失。而導(dǎo)致設(shè)備產(chǎn)生故障的關(guān)鍵因素之一就是電動機出現(xiàn)問題，由于保護措施不到位導(dǎo)致電動機停止運轉(zhuǎn)甚至直接燒毀，從而影響到生產(chǎn)的質(zhì)量和效率。

   本文通過對水泵電動機的保護措施的探討和研究，希望能給相關(guān)人員的工作開展提供幫助，保障生產(chǎn)過程中水泵電動機的良好穩(wěn)定運行。并介紹了適合水泵電動機使用的ARD2F系列電動機保護器。

   關(guān)鍵詞：水泵電動機、電動機、智能保護

一、概述：

   目前水泵系統(tǒng)設(shè)備上使用的電機，大部分采用熱繼電器，作為電機的過載保護元件，因其體積小、結(jié)構(gòu)簡單、成本低等優(yōu)點在生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。但由于熱繼電器靈敏度低、誤差大、穩(wěn)定性差，保護不可靠。受環(huán)境、溫度、本身材料等影響，在保護電機方面，已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。

二、水泵設(shè)備電機損壞原因及改進的目的

   電動機超負荷運轉(zhuǎn)、在相對潮濕的環(huán)境下工作、散熱出現(xiàn)問 題或者電流過大都有可能導(dǎo)致出現(xiàn)故障，其中對于水泵電動機而言，由于設(shè)備進水而導(dǎo)致其燒毀的比例相對較大。這一方面是由于為了提高傳輸效率或者出于安裝空間的考量大多數(shù)水泵電動機屬于一體式泵機組合系統(tǒng)，即電動機和水泵的葉輪使用的是同一根傳動軸，主要是通過機械密封來防止水或者其他液體進入電動機的繞組內(nèi)，但這種機械密封難以有效地進行事前預(yù)防，一旦損壞，電動機進水后必然會產(chǎn)生故障。另一方面水泵電動機的工作現(xiàn)場環(huán)境不可避免地會接觸到水或其他液體，這也進一步加大了其進水燒毀的風險。

   對于一些生產(chǎn)制造型企業(yè)來說，一旦電動機停轉(zhuǎn)或者運轉(zhuǎn)不正常，都會影響其產(chǎn)品的生產(chǎn)進度和生產(chǎn)質(zhì)量，不僅會增加生產(chǎn)成本，對企業(yè)長久的發(fā)展也極為不利。對電機保護器選型也提出了苛刻的要求。所以在選擇保護器上一定要考慮電機與保護器的合理配用關(guān)系。理想的電機保護器不是功能最多，也不是所謂先進的，而是應(yīng)該滿足現(xiàn)場實際需求，做到經(jīng)濟性和可靠性的統(tǒng)一，具有較高的性能價格比。

三、智能電機保護器的現(xiàn)場應(yīng)用與選型

   以我們用常見的智能型保護器為例來說明，介紹一下電機保護器外部輸入與保護器的配合關(guān)系，以便給選型和使用提供一些參考。

   常見的幾種引起電機故障源輸入信號連接方式。主要有：電壓信號輸入、電流信號輸入、零序信號輸入、溫度信號輸入。電源采用交流220V供電，輸出方式直接采用接觸器控制。其他輸入輸出功能備選，如模擬量輸出可直接連接電壓表、電流表,以及作為其他外接設(shè)備的驅(qū)動信號。RS485通訊接口可用來遠程計算機連接監(jiān)測控制電機，作為大型設(shè)備和危險操作場所是不可少的。開關(guān)量信號輸入可作為電機啟動模式選擇，使用比較靈活。作為擴展功能備用。

3.1 欠壓、過壓、缺相保護

3.1.1 欠壓

   當供電系統(tǒng)出現(xiàn)不正常的情況，電壓降低到一定程度，電機就會出現(xiàn)疲勞、堵轉(zhuǎn)，達到幾倍的過電流。有時，在電壓恢復(fù)的瞬間，快要停轉(zhuǎn)或已經(jīng)停轉(zhuǎn)的電機同時運轉(zhuǎn)，會導(dǎo)致線路電壓的重新下降，在配電系統(tǒng)中要盡量避免。所以，接入欠壓保護是十分必要的。

3.1.2 過壓

   外因：由雷擊引起。

   操作過電壓：由分閘、合閘等開關(guān)操作引起線路電感在器件兩端感應(yīng)出的過電壓。

   當供電系統(tǒng)中，其相電壓高于我們預(yù)設(shè)的保護電壓值，保護器動作，斷開常閉觸點、使KM斷電，主觸頭斷開，電機停轉(zhuǎn)。從而保護電機。

3.1.3 缺相

   在水泵系統(tǒng)中，有相當一部分設(shè)備采用三相不接地供電。當供電系統(tǒng)中，某一相斷電， 會使設(shè)備電機電流突然增大，使輸入電壓不正常，當電壓值異常于設(shè)定值，保護器動作。切斷KM接觸器。

3.2 過流保護

   過流保護是電機保護中的重點，對電機的危害也最大。主要包括過載、短路、堵轉(zhuǎn)、三相不平衡等。我們把電流互感器作為檢測和輸入元件。

3.2.1 過載

   如果在某種情況下使電機的實際使用功率超過電機的額定功率，則稱這種現(xiàn)象為電機過載。過載電機的工作電流大于其額定電流，通常在1.5倍以內(nèi)應(yīng)屬正常范圍。一旦超出正常范圍，保護機構(gòu)動作，切斷接觸器，同時發(fā)出過載信號。

3.2.2 短路

   三相電機的短路情況復(fù)雜一些，有單相接地短路，也有相間短路；單相接地短路時中任意一相與PE線直接短接了，一般不會燒毀電機，但是會在電機外殼帶電，容易造成觸電。另外就是相間短路，有兩相短路，也有三相短路，三相短路電流會大得多。電機內(nèi)部短路大都是電機繞組絕緣損壞造成的，絕緣損壞一般是電機長時間過載運行造成。當電機絕緣破壞、內(nèi)部匝間短路、接線錯誤等，都將發(fā)生短路現(xiàn)象，瞬間的短路電流使保護器動作，避免事故進一步擴大。

3.2.3 堵轉(zhuǎn)

   當負載突然增大，電機本身內(nèi)部問題（軸承損壞、掃膛） 、傳動機構(gòu)、變速器等，上述任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都是導(dǎo)致堵轉(zhuǎn)的原因。堵轉(zhuǎn)會使電機電流持續(xù)增加，可達額定電流的7倍，時間稍長就會燒壞電機，當電流值達到保護器設(shè)定值時，保護器動作。

3.3 零序保護

   零相序保護輸入端，正常運行的電機電流大小、向量之和等于零，零序互感器二次線圈的電流也為零，當發(fā)生接地故障時，零序互感器二次線圈將出現(xiàn)較大的電流，發(fā)出信號切斷供電，零序保護主要用來作為漏電保護。

3.4 溫度檢測

   高溫是電機絕緣的殺手，有時電流值未達到保護值，但是溫度已經(jīng)高到足以損害絕緣狀態(tài)時，應(yīng)該加以保護。在電機內(nèi)部安裝一個熱敏元件，當環(huán)境溫度變化、散熱不良等一些原因，設(shè)備出現(xiàn)異常致使溫度升高，超出我們設(shè)定的溫度范圍，保護器執(zhí)行保護動作，斷開電機回路，避免高溫帶來的設(shè)備損害。

   以上我們只做了幾種常用的保護措施輸入，對一些不經(jīng)常巡視、距離遠、危險場所（如高溫、腐蝕），應(yīng)配合遠程控制功能，既保證設(shè)備的正常運行，又可保證人員的安全，使生產(chǎn)順利進行。

   對于一般電機，以上保護環(huán)節(jié)已經(jīng)基本能滿足現(xiàn)場需要。當然還要考慮到現(xiàn)場環(huán)境， 如現(xiàn)場濕度、環(huán)境溫度，操作端與執(zhí)行端距離的要求，設(shè)備維護周期，對電網(wǎng)波動敏感程度等。

   經(jīng)過以上改進，使我們能夠提前預(yù)知電機運行狀態(tài)，在出現(xiàn)問題時，能夠及早判斷。通過保護器的回看功能，還能判斷出現(xiàn)問題的基本位置，為維修維護提供依據(jù)。

四、保護器選擇分類

   現(xiàn)代智能電機保護器還有很多在實際生產(chǎn)中需要的功能，如回看功能、遠程通訊、遠程控制、多種啟動方式選擇等。

   保護器在類型上分為：一般普通型、數(shù)碼顯示監(jiān)控型、智能監(jiān)控中文顯示型。

4.1 一般普通型

結(jié)構(gòu)比較簡單，主要功能以突出過載、缺相(三相不平衡)堵轉(zhuǎn)等故障保護。故障類型采用指示燈顯示。

4.2 數(shù)碼顯示監(jiān)控型

數(shù)碼顯示監(jiān)控型保護器， 內(nèi)部電路運用單片機，采用數(shù)碼管作為顯示窗口，智能化綜合保護， 集保護、測量、通訊、顯示為一體。整定電流采用數(shù)字設(shè)定，用戶可以自行對各種參數(shù)修正。

4.3 智能監(jiān)中文顯示控型

智能漢字顯示更適合國內(nèi)，與其他類型相比，功能更加完善。此類產(chǎn)品對各種參數(shù)、狀態(tài)、信息直接在操作面板單元上中文漢顯液晶顯示，使界面更加直觀醒目，并且支持遠程計算機通訊功能。啟動方式有多種選擇，并有存儲回看功能，給后期的維護維修提供了數(shù)據(jù)依據(jù)。

五、保護器在選擇上應(yīng)注意事項

   在選擇保護器的同時，還要考慮到以下幾種因素：

(1)電動機主要參數(shù)：主要是功率、電壓、電流、頻率方面,為選型提供依據(jù)。(2)使用環(huán)境因素的影響：主要指溫度、濕度、污染等。(3)電動機使用方向：指拖動機械設(shè)備要求。(4)控制系統(tǒng)：控制模式有手動、自動化程序等工作運行。啟動方式有直接、降壓、星三角、頻敏變阻器、變頻器、軟起動等啟動方式。(5)安裝要求：在選型上要考慮安裝空間大小，留有足夠的余量，便于散熱及接線、維護、查看方便。(6)靈敏度要求：是帶載啟動還是空載啟動，是滿載還是逐漸加載，主要是在電流設(shè)定方面要考慮到啟動瞬間的電流值與額定電流值之間的時間差。(7)其他方面：如生產(chǎn)現(xiàn)場對電動機位置的隨意性、啟動停止的頻繁程度等。

六、ARD系列電動機保護器產(chǎn)品選型介紹

          ARD智能電動機保護器適用于額定電壓至660V的低壓電動機回路，集保護、測量、控制、通訊、運維于一體。其完善的保護功能確保電動機安全運行，帶有邏輯可編程功能，可以滿足多種控制方式。該產(chǎn)品采用分體式結(jié)構(gòu)，由主體、顯示單元、互感器組成，可適應(yīng)各種柜體的安裝。可選配不同通訊模塊適應(yīng)現(xiàn)場通訊需求。

6.1、功能特點

■  支持基波和全波電力參數(shù)測量（U、I、P、Q、S、PF、F、EP、EQ），電流及電流不平衡度、電流正序、負序、零序分量、電壓、三相電壓相角、剩余電流。

■  保護功能包括過載反時限、過載定時限、接地、起動超時、漏電、欠載、斷相、堵轉(zhuǎn)、阻塞、短路、溢出、不平衡(電流、電壓)、過功率、欠功率、過壓、欠壓、相序、溫度、tE時間、外部故障、起動次數(shù)限制、運行時間報警、故障次數(shù)報警。

■  9路可編程DI輸入，默認采用內(nèi)置DC24V電源，也可選擇外部有源濕接點。

■  5路可編程DO輸出，滿足直接起動，星—三角起動，自耦變壓器起動，等多種起動方式，可通過通訊總線實現(xiàn)主站對電動機的遙控“起/停"。

■  可選抗晃電功能：支持晃電立即再啟動、失壓重起動。

■  可選配MODBUS_RTU通訊、PROFIBUS DP通訊，支持最多2路通訊接口。

■  可選配1路DC4-20mA模擬量輸出接口，與DCS系統(tǒng)相接，可實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)控。

■  具有故障記錄、起動記錄、停車記錄、DI變位記錄和再起動記錄等各類事件記錄。

■  顯示界面液晶顯示，支持中/英文切換。

6.2、產(chǎn)品選型 

五、結(jié)束語

   通常選用電機保護器，要充分考慮到電機的過載能力，避免損壞。提高可靠性和生產(chǎn)的連續(xù)性。力爭做到經(jīng)濟合理。在功能選擇上應(yīng)綜合考慮到電機的本身的價值、負載類型、使用環(huán)境、占主體設(shè)備上的重要程度、停止電機運行是否會對生產(chǎn)造成影響以及影響的程度等因素。

   通過以上改造，必定能改善供電、用電系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性，并且對水泵電氣控制系統(tǒng)的自動化水平提高了一個臺階， 同時大大降低了維修成本， 提高了電機的運行效率， 增加了經(jīng)濟效益，對水泵電動機具有積極的推進作用。

參考文獻：

[1]夏智偉.水泵電動機的保護措施探討[J].科技資訊, 2020.01期

[2] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2022.05版.

[3] GB 14048.4-2020 低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 第4-1部分：接觸器和電動機起動器機電式接觸器和電動機起動器(含電動機保護器).

作者介紹：

任運業(yè)，男，現(xiàn)任職于江蘇安科瑞微電網(wǎng)研究院有限公司，主要研究方向為電動機保護裝置的應(yīng)用。