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淺談提升機(jī)類設(shè)備電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的保護(hù)范圍及優(yōu)化

更新時(shí)間: 2022-03-03  點(diǎn)擊次數(shù): 436次
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801
摘要:介紹了提升機(jī)的不同保護(hù)措施,分析了電動(dòng)機(jī)保護(hù)器對(duì)提升機(jī)設(shè)備的保護(hù)范圍。針對(duì)提升機(jī)類的設(shè)備提出定值優(yōu)化和增加DCS系統(tǒng)輔助保護(hù)的措施,并對(duì)可靠性進(jìn)行了驗(yàn)證,可以做到更加準(zhǔn)確地保護(hù)負(fù)載設(shè)備。
關(guān)鍵詞:提升機(jī);電動(dòng)機(jī)保護(hù);DCS輔助保護(hù)
0 引言
我公司提升機(jī)等設(shè)備的電氣保護(hù)主要由電動(dòng)機(jī)保護(hù)器實(shí)現(xiàn),但通過電動(dòng)機(jī)電流間接保護(hù)會(huì)存在一定的保護(hù)范圍,如對(duì)提升機(jī)料斗脫落等故障就無法提供保護(hù)。本文分析電動(dòng)機(jī)保護(hù)器保護(hù)的局限性,介紹了優(yōu)化的保護(hù)措施。
1電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的主要保護(hù)功能
1.1短路保護(hù)
短路保護(hù)主要針對(duì)電動(dòng)機(jī)電纜或繞組出現(xiàn)的短路故障,短路保護(hù)動(dòng)作邏輯見圖1。任意一相電流超過設(shè)定值就應(yīng)立即保護(hù)動(dòng)作,所以電流定值一般為額定電流的5~7倍,動(dòng)作延時(shí)0s。提升機(jī)在運(yùn)行時(shí)幾乎不可能達(dá)到相應(yīng)整定電流,因此該保護(hù)僅對(duì)電動(dòng)機(jī)具有保護(hù)作用,對(duì)提升機(jī)其他部件沒有保護(hù)作用。
圖1短路保護(hù)動(dòng)作邏輯
1.2過載保護(hù)
過載保護(hù)是針對(duì)電動(dòng)機(jī)電流超過電動(dòng)機(jī)負(fù)載能力,且經(jīng)過一定延時(shí)再啟動(dòng)的保護(hù)動(dòng)作,其動(dòng)作邏輯見圖2。電流定值一般設(shè)定為電動(dòng)機(jī)額定電流的1.1~1.3倍,延時(shí)20~60s。該保護(hù)主要也是保護(hù)電動(dòng)機(jī),對(duì)提升機(jī)其他部件保護(hù)作用不大。
圖2過載保護(hù)和過負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作邏輯
1.3過負(fù)荷保護(hù)
過負(fù)荷保護(hù)是針對(duì)負(fù)載設(shè)備(提升機(jī))超出正常負(fù)荷情況下,經(jīng)過一定延時(shí)再啟動(dòng)的保護(hù)動(dòng)作,其動(dòng)作邏輯與過載保護(hù)相同,電流的定值是正常運(yùn)行負(fù)荷下電流的1.1~1.3倍,根據(jù)負(fù)荷特性延時(shí)20~60s。該保護(hù)是針對(duì)負(fù)載設(shè)備超出正常運(yùn)行電流的一種保護(hù),在一定范圍內(nèi)可以保護(hù)負(fù)載設(shè)備。
1.4堵轉(zhuǎn)保護(hù)
堵轉(zhuǎn)保護(hù)是針對(duì)電動(dòng)機(jī)或負(fù)載設(shè)備出現(xiàn)卡澀堵轉(zhuǎn)故障時(shí),經(jīng)過一定延時(shí)再啟動(dòng)的保護(hù)動(dòng)作,其動(dòng)作邏輯見圖3。電流定值一般設(shè)定為電動(dòng)機(jī)額定電流的3~5倍,延時(shí)1~10s。該保護(hù)與過載、過負(fù)荷保護(hù)不同,在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)完成后才會(huì)投入該保護(hù)功能,不用考慮提升機(jī)重載啟動(dòng)對(duì)定值的影響。同時(shí)保護(hù)電動(dòng)機(jī)及負(fù)載設(shè)備。
圖3堵轉(zhuǎn)保護(hù)動(dòng)作邏輯
2存在的問題
1)過負(fù)荷定值不合理
我公司提升機(jī)或膠帶機(jī)設(shè)備由于存在重載啟動(dòng)等特殊情況,所以設(shè)備廠家在電動(dòng)機(jī)選型時(shí)會(huì)考慮到重載情況下的啟動(dòng)能力,比如,一臺(tái)提升機(jī)正常運(yùn)行電流為100A,空載啟動(dòng)200A,但是重載啟動(dòng)可以達(dá)到500A,那么就需要以500A啟動(dòng)作為選型依據(jù),選取額定電流為200A的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行拖動(dòng)。
但在做保護(hù)定值計(jì)算時(shí),設(shè)備并未投產(chǎn)運(yùn)行,所以過負(fù)荷保護(hù)一般是以電動(dòng)機(jī)額定參數(shù)作為計(jì)算依據(jù)。一般過負(fù)荷系數(shù)在1.1~1.3倍之間,存在重載啟動(dòng)的設(shè)備一般會(huì)取值1.3倍,那么額定電流為200A的電動(dòng)機(jī)過負(fù)荷電流取值為260A。由于過負(fù)荷為電流低倍數(shù)保護(hù),防止負(fù)荷正常波動(dòng)引起誤動(dòng)作,所以動(dòng)作延時(shí)一般在20~60s之間,時(shí)間過長(zhǎng)。
2)堵轉(zhuǎn)保護(hù)可以優(yōu)化
堵轉(zhuǎn)保護(hù)一般用于設(shè)備已經(jīng)出現(xiàn)嚴(yán)重卡澀或電動(dòng)機(jī)已經(jīng)堵轉(zhuǎn)情況,所以電流定值設(shè)置一般都較大,無法保護(hù)一些較小的故障。但是我們可以利用堵轉(zhuǎn)保護(hù)是在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)完成后才投入的特點(diǎn),進(jìn)一步優(yōu)化定值,不用再考慮電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流的影響。
3)負(fù)載設(shè)備保護(hù)過于依賴于電動(dòng)機(jī)保護(hù)器不同于風(fēng)機(jī)、水泵等單一設(shè)備,提升機(jī)或膠帶機(jī)為復(fù)雜程度相對(duì)較高的設(shè)備,某元件(如料斗、托輥等)發(fā)生故障時(shí),往往在電流特征上反映程度較小或傳遞時(shí)間較長(zhǎng),但對(duì)設(shè)備的傷害卻較大。所以可以使用DCS軟保護(hù)來監(jiān)控。
3案例分析
2020年6月10日23:56,我公司4線燒成車間入窯提升機(jī)發(fā)生料斗脫落故障,故障期間投料量及電動(dòng)機(jī)電流變化見圖4。由于是個(gè)別料斗脫落,電流上升后又迅速回落,電動(dòng)機(jī)保護(hù)器未動(dòng)作。故障發(fā)生過程分析如下:
(1)23:56:10,電流145A,投料477t/h,開始出現(xiàn)料斗脫落導(dǎo)致刮擦。
(2)23:56:50,電流158A,投料478t/h,電流開始迅速上升。
(3)23:56:55,電流297A,投料477t/h,瞬時(shí)卡澀嚴(yán)重,電流上升至297A,中控開始減料。
(4)23:57:22,電流132A,投料50t/h,減料至低點(diǎn)后,中控又開始重新投料。
(5)23:58:04,電流261A,投料284t/h,中控重新投料至450t/h左右后,電流發(fā)生二次快速上升,電流升至261A,磁力耦合器過載保護(hù)啟動(dòng),電流快速下降至72A左右。
(6)23:58:32,電流72A,投料54t/h,中控重新開始投料,但是磁力耦合器已過載脫開,電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)但提升機(jī)未運(yùn)轉(zhuǎn),所以電動(dòng)機(jī)電流不會(huì)增長(zhǎng)。
(7)00:04:27,電流73A,投料43t/h,停止投料。
(8)00:06:06,電流73A,投料0t/h,停提升機(jī)。
電動(dòng)機(jī)保護(hù)器主要定值見表1。
表1電動(dòng)機(jī)保護(hù)器主要定值
從故障實(shí)際電流和電動(dòng)機(jī)保護(hù)器定值來看,整個(gè)過程只有在3#點(diǎn)位的電流297A超過了過負(fù)荷保護(hù)定值276A,但是故障電流持續(xù)時(shí)間不到1s,持續(xù)時(shí)間未超過過負(fù)荷保護(hù)的定值,所以保護(hù)器跳閘出口未輸出。
4定值優(yōu)化和保護(hù)方式
1)定值優(yōu)化
電動(dòng)機(jī)保護(hù)器可以保護(hù)負(fù)載的功能只有過負(fù)荷保護(hù)和堵轉(zhuǎn)保護(hù),但過負(fù)荷保護(hù)只要保護(hù)器通電就投入,為了避開重載啟動(dòng),需要有較長(zhǎng)延時(shí),所以對(duì)于電流不能長(zhǎng)時(shí)間保持高位的故障起不到太大作用。
堵轉(zhuǎn)保護(hù)功能的主要特點(diǎn)是可以在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)完成后再投入,因此,可以不用考慮啟動(dòng)的影響。如果將4#入窯提升機(jī)堵轉(zhuǎn)保護(hù)電流定值改為200A,時(shí)間定值改為2s,那么此次故障有兩個(gè)電流波峰均可以啟動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。一次超過200A電流持續(xù)時(shí)間為4s,二次超過200A電流持續(xù)時(shí)間為6s,見圖5。
圖5部分電流波峰
由于保護(hù)器電流無法根據(jù)產(chǎn)量進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整,所以在不同工況下保護(hù)范圍也可能不一樣,如6月10日4#線入窯提升機(jī)在未投料狀態(tài)下發(fā)生故障,空載電流66A+故障上升電流150A=216A,但是超過200A的保持時(shí)間不足1s,所以電動(dòng)機(jī)保護(hù)器仍然不會(huì)動(dòng)作。
2)DCS系統(tǒng)電流保護(hù)
引用DCS電流保護(hù)作為補(bǔ)充保護(hù)措施。DCS可以實(shí)時(shí)根據(jù)投料量與提升機(jī)電流對(duì)應(yīng)關(guān)系,做分段保護(hù),不同的投料量對(duì)應(yīng)不同的保護(hù)定值。
根據(jù)前期4#窯點(diǎn)火投料情況,計(jì)算出投料量和提升機(jī)電動(dòng)機(jī)電流對(duì)應(yīng)關(guān)系,并乘以1.3倍可靠系數(shù)(1.1~1.3),得出保護(hù)電流定值,均加以延時(shí)2s防誤動(dòng)。詳見表2。
表2DCS保護(hù)電流定值
按6月10日晚故障情況做驗(yàn)證,當(dāng)晚投料量477t/h,對(duì)應(yīng)關(guān)系表中480t/h,保護(hù)電流188.5A,延時(shí)2s。
根據(jù)電流波形圖(見圖6)發(fā)現(xiàn),兩次電流超過188.5A的時(shí)間分別為5s和8s,*保護(hù)動(dòng)作條件,所以在一次電流波峰23:56:55時(shí)就已經(jīng)動(dòng)作,比磁力耦合器保護(hù)動(dòng)作(23:58:05)早1min10s,比中控操作停機(jī)(00:06:08)早9min13s。
圖6電流波動(dòng)趨勢(shì)
5安科瑞智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器介紹
5.1產(chǎn)品介紹
智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器(以下簡(jiǎn)稱保護(hù)器),采用單片機(jī)技術(shù),具有抗干擾neng力強(qiáng)、工作穩(wěn)定可靠、數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等特點(diǎn)。保護(hù)器能對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的過載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、堵轉(zhuǎn)、阻塞、外部故障等多種情況進(jìn)行保護(hù),并設(shè)有SOE故障事件記錄功能,方便現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員查找故障原因。適用于煤礦、石化、冶煉、電力、以及民用建筑等領(lǐng)域。本保護(hù)器具有RS485遠(yuǎn)程通訊接口,DC4-20mA模擬量輸出,方便與PLC、PC等控制機(jī)組成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的遠(yuǎn)程監(jiān)控。
5.2技術(shù)參數(shù)
5.2.1數(shù)字式電動(dòng)機(jī)保護(hù)器
5.3產(chǎn)品選型
說明:“√"表示具備,“■"表示可選。
6結(jié)束語(yǔ)
電動(dòng)機(jī)保護(hù)器主要目的是保護(hù)電動(dòng)機(jī),在過負(fù)荷和堵轉(zhuǎn)保護(hù)上可以在一定程度上保護(hù)負(fù)載設(shè)備,但是范圍有限,特別對(duì)多組成部分的復(fù)雜設(shè)備某單元發(fā)生故障保護(hù)更有限。因此,可以引入DCS系統(tǒng)找到不同工況下的正常運(yùn)行電流,經(jīng)過計(jì)算得出比較合理的保護(hù)值,進(jìn)行分段保護(hù),可以做到更加準(zhǔn)確地保護(hù)負(fù)載設(shè)備。
參考文獻(xiàn)
[1]劉理桃.提升機(jī)類設(shè)備電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的保護(hù)范圍及優(yōu)化
[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2020.06版



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