宋兵兵
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘 要：將從智能電機綜合保護器功能及保護原理入手，結合應用案例及相關判據，對智能電機綜合保護器的具體應用展開分析。通過分析、研究，為提高選煤廠電機的復雜工況環境下的使用安全提供更多的借鑒。
關鍵詞：選煤廠 電機 保護器 安全
0 引言
由于輸配電電網質量、電機結構及選煤廠的工作環境多種因素的共同影響，電機在使用過程中可能會出現過電壓波動、電流不穩定、電機欠載及過流等故障，使得電機停止工作甚至燒毀。因此，設計并應用電機綜合保護器是非常有必要的。
1 智能電機綜合保護器功能分析
智能電機綜合保護器要實現其功能，首先需要對電機運行過程中的各種運行信息進行采集、處理分析以及控制。智能電機綜合保護器通過電機的故障報警，來保證電機在選煤廠的生產過程的安全可靠。智能電機綜合保護器在電機可能出現異常情況時，通過其控制功能實現電機的緊急停機并且能夠通知設備管理人員進行快速的故障診斷和修復，避免了故障長時間對電機的影響，長時間的對選煤廠正常生產造成影響，可能保障電機安全可靠的運行，保障洗選煤設備的正常運轉。
如何進行量化實現智能電機綜合保護器的功能，需要在智能電機綜合保護器進行保護參數的設定。當采集到的電機運行參數達到智能電機綜合保護器設定的報警值時，智能電機綜合保護器僅進行報警，并不會觸發電機停機功能；但當采集到的電機運行參數越限值達到智能電機綜合保護器設定的故障值時，智能電機綜合保護器就切斷電源，緊急停止電機的運行。
2 智能電機綜合保護器保護原理分析
通過對電機保護原理的研究，能夠在提高智能電機保護器性能，在通過對電機的結構原理和電機運行的特點進行分析，我們認為采用“稱分量法”能實現對電機運行狀態中重要的三相電流進行定性定量的分析，能夠為電機故障的診斷提供更為準確的決策信息。
根據“稱分量法”的相關應用理論，可以將三個不對稱的向量劃分為三組相互對稱的向量，并且這三組向量是可確定的。三組向量依次為：正序分量，負序分量和零序分量。每組向量的分量都是獨立存在，在不同分量的作用下，電機能夠準確的對內部狀態進行定量表現。稱分量法的對稱分量公式為：
式中：IA1 ，IA2 ，IA0 代表了 A 相電流的三個相序的電流值；a 為算子。
根據上面公式的表述，在三相電流相加不為零時，才會出現電流的分量，定義為不同的相序。若電機是三角形接法進行設計制造，三相電流總和則為零，就不會出現零分量的電流相序。
根據以上的電機電流相序的分析，當電機出現對稱故障以及不對稱故障時，電機每個相序的電流都會出現波動。那么根據電機電流的變化就可以對電機故障進行預先的判斷，然后進行故障的具體分析。
3 智能電機綜合保護器應用案例
智能電機綜合保護器在選煤廠電機設備的應用中，智能電機綜合保護器的基本工作過程為：合上開關 QF，按下控制按鈕，線圈接通，使得智能電機綜合保護器的接觸器觸電工作。在電機的主回路接通后，智能電機綜合保護器正常運行，這時候電機正常啟動。假如電機出現故障，智能電機綜合保護器的保護接點進行動作，會使電機輸出電能的線圈失電，斷開接觸點，智能電機綜合保護器顯示報警信號。智能電機綜合保護器自帶記憶功能，能夠保持電機故障狀態的鎖定，顯示故障的信息內容，為設備管理人員提供故障排查信息。按下智能電機綜合保護器的復位鍵，電機內的出口繼電器才可復位，使得電機恢復到生產運行的準備狀態。
3.1 短路故障特征分析及保護判據
電機出現短路故障是非常危險的，在短時間內就會造成電機燒毀甚至更加危險的情況。電機的短路故障主要出現在電機的定子繞組內短路或者是定子的繞組匝間的短路。
定子的繞組匝間短路是危險的一種電機故障形式，這種故障能夠在短時間內使得繞組溫度急速升高，使得電機燒毀，迫使電機的供電網出現短時間的電壓波動，會對周圍用電設備造成不良影響。
電機的定子繞組內短路是電機常見的一種短路形式，該短路在繞組短路的初期會導致三相繞組的相序不對稱，使出現故障電機的相電流不斷變大，在短路電流變大到一定程度時，造成電機每個相序都出現短路，會使電機燒毀。
電機相間短路故障會導致故障相在短時間內過載出現大電流，這種危害是短時間內就會出現的，需要能夠發生短路時就會出現電機輸入端的切斷。智能電機綜合保護器的短路保護值在設定時需要稍微的大于電機啟動電流，電機啟動電流一般為電機的額定電流的 7 倍左右。設 I max為檢測到的電機三相電流 Ia ，Ib ，Ic 的Max，即 Imax =max（Ia ，Ib ，Ic ）。
短路保護的原則是，當在很短的時限內檢測到Imax>IZD=kIe 時，需要進行電機的速斷保護。
3.2 停轉故障特征分析及保護判據
電機由于結構或者負載原因會使得轉子卡住，使得電機出現堵轉情況，使得電機短時間內出現過熱而燒壞。堵轉電流可達電機額定電流的 5 倍左右，故障電流能夠在短時間內使得電機燒損。因此，在檢測到電機處于堵轉故障時，智能電機綜合保護器應及時動作，保證電機不因堵轉而燒壞 。
由于電機起動電流在瞬時也能達到電機額定輸入電流的 5 倍以上，因此，無法單一地通過對電流的監測，判斷是否出現電機的堵轉情況，一般采用躲過電機起動時間的方法來實現。從而可有效地躲過電機的起動電流，以免延誤動作，使電機無法正常啟動。
3.3 過載保護實施案例
電機過載是電機在正常運行中，由于電機的負荷過大導致電機過熱現象。其特點為電機的工作電流超過電機的額定電流，電機的溫升高于電機絕緣繞組的額定值，電機長期處于過載運行能夠導致電機的繞組過熱，使得電機出現燒毀的情況，造成選煤廠設備的不可逆損壞。
對于電機的過載保護，在研究過程中取有限個有代表性的特征點來實現，即對電機過載區間劃分為若干個子過載區間，對于每一個子過載區間采用定時限的保護方法來實現。
4安科瑞智能電動機保護器介紹
4.1產品介紹
智能電動機保護器(以下簡稱保護器)，采用單片機技術，具有抗干擾能力強、工作穩定可靠、數字化、智能化、網絡化等特點。保護器能對電動機運行過程中出現的過載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、堵轉、阻塞、外部故障等多種情況進行保護，并設有SOE故障事件記錄功能，方便現場維護人員查找故障原因。適用于煤礦、石化、冶煉、電力、以及民用建筑等領域。本保護器具有RS485遠程通訊接口，DC4-20mA模擬量輸出，方便與PLC、PC等控制機組成網絡系統。實現電動機運行的遠程監控。
4.2技術參數
4.2.1數字式電動機保護器
4.2.2模塊式電動機保護器
4.3 產品選型
說明：“√”表示具備，“■”表示可選。
5.結束語
將智能電機綜合保護器運用在選煤廠電機上，能夠實現智能電機綜合保護器的多種保護功能。在進一步的研究中，還需對智能電機綜合保護器進行更為復雜工況環境下的應用試驗驗證，為提高選煤廠電機的復雜工況環境下的使用安全提供更多借鑒。
參考文獻
[1] 袁春艷.智能電機保護器在煤礦設備電機上的使用與選型[J].科技資訊，2018，16（3）：110- 111.
[2] 張全貴.選煤廠電機綜合保護器的應用研究
[3] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.06版
作者簡介：
宋兵兵，男，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為絕緣監測及剩余電流監測， QQ：3007723194 手機：13482141563（微信同號）
