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電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置在某化工企業(yè)的應(yīng)用

更新時(shí)間:2022-08-19      瀏覽次數(shù):517

摘要:介紹了一種集保護(hù)、測(cè)量、顯示、通信等為一體的電動(dòng)機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置,該保護(hù)測(cè)控裝置具有對(duì)電動(dòng)機(jī)的過載、堵轉(zhuǎn)、斷相、不平衡、接地、過/欠壓等故障引起的危害予以不同的保護(hù)。同時(shí)可通過串口或以太網(wǎng)通訊與電力監(jiān)控系統(tǒng)Acrel-2000連接,實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)和自動(dòng)控制。

關(guān)鍵詞:電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置;電力監(jiān)控系統(tǒng);在線監(jiān)測(cè);自動(dòng)控制

0 引言

     某化工企業(yè)熱電站鍋爐引、送風(fēng)機(jī)配套電機(jī)功率均為450kW的10kV的高壓電機(jī),電機(jī)一旦損壞,將造成全線停車,并且維修周期長(zhǎng)、費(fèi)用高,給生產(chǎn)造成較大的影響。鍋爐引、送風(fēng)電機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行在高溫、塵多的惡劣環(huán)境中,容易發(fā)生軸承損壞,定轉(zhuǎn)子相擦故障以及機(jī)械過負(fù)荷引起電機(jī)繞組絕緣老化,定子繞組的相間短路,匝間短路及單相接地等故障。如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理,一旦電機(jī)損壞,直接威脅著企業(yè)的安全生產(chǎn),給企業(yè)造成較大的損失。為保證高壓電機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行,提高保護(hù)的靈敏性、可靠性,高壓電機(jī)均采用安科瑞AM5SE-M電動(dòng)機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置,以達(dá)到快速切斷故障的目的。

1 電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置概述

     AM5SE-M電動(dòng)機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置可應(yīng)用于功率為2000kW及以下的高壓電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置具有保護(hù)、測(cè)量、顯示、通信等在線監(jiān)測(cè)功能,通過自身完善的保護(hù)功能,對(duì)電機(jī)的軸承損壞、定轉(zhuǎn)子相擦、匝間短路等產(chǎn)生的發(fā)熱情況能起到很好的保護(hù)作用,可就地安裝于高壓開關(guān)柜上,通過串口或以太網(wǎng)通訊與電力監(jiān)控系統(tǒng)Acrel-2000連接,監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)控和遙控,較容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制及在線監(jiān)測(cè)。

2 保護(hù)配置及原理

AM5SE-M電動(dòng)機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置具有電機(jī)的過流保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、過熱保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、啟動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)保護(hù)、斷相保護(hù)、電流不平衡保護(hù)、低電壓保護(hù)及過電壓保護(hù)等對(duì)電機(jī)的全套保護(hù),并具有測(cè)量、監(jiān)控、操作、故障記錄和通信等各項(xiàng)功能,用戶可根據(jù)需要自行選擇投入或退出。

2.1 過流保護(hù)

AM5SE-M電動(dòng)機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置中的過流保護(hù)主要用作電機(jī)內(nèi)部及進(jìn)線的短路保護(hù),主要分為啟動(dòng)中/運(yùn)行中過流一段保護(hù)、過流二段保護(hù)、反時(shí)限過流保護(hù)。

異步電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)過程中電流很大,通常能達(dá)到5~8倍額定電流(Ie),啟動(dòng)時(shí)間能長(zhǎng)達(dá)幾十秒。裝置設(shè)兩個(gè)過流一段定值,在啟動(dòng)過程中采用“啟動(dòng)時(shí)過流一段定值",該值按躲過電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流整定,等電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程結(jié)束后,自動(dòng)采用“運(yùn)行時(shí)過流一段定值",該值按電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)電流和區(qū)外出口短路時(shí)電動(dòng)機(jī)反饋電流考慮,取兩個(gè)電流中的大者。

2.2 過熱保護(hù)

過熱保護(hù)是通過對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中熱容量的跟蹤計(jì)算來保護(hù)電動(dòng)機(jī)免于因過熱而縮短壽命或損壞。電動(dòng)機(jī)過負(fù)荷、啟動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)、堵轉(zhuǎn)等會(huì)產(chǎn)生較大的正序電流;而斷相、不對(duì)稱短路、輸入電壓不對(duì)稱時(shí)會(huì)同時(shí)產(chǎn)生較大的正序和負(fù)序電流,根據(jù)電動(dòng)機(jī)定子正序和負(fù)序電流引起的發(fā)熱特征,可對(duì)上述故障提供熱過載保護(hù)。

用正、負(fù)序綜合測(cè)量值Ieq作為等效電流來模擬電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱效應(yīng),即:

其中:Ieq :等效電流

I1:正序電流

I2:負(fù)序電流

K1:正序電流發(fā)熱系數(shù),在電機(jī)啟動(dòng)過程中K1=0.5,啟動(dòng)完畢K1=1

根據(jù)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱模型反時(shí)限特性,為合理保護(hù)電動(dòng)機(jī),保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間t和等效電流Ieq的關(guān)系有如下兩條曲線可供選擇:

1)

其中:τ:過熱時(shí)間常數(shù)

I∞:允許電機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行的電流值,一般可設(shè)為1.1

2)

其中:τ:過熱時(shí)間常數(shù)

I∞:允許電機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行的電流值,一般可設(shè)為1.1

Ip:過負(fù)荷前的負(fù)載電流,若過負(fù)荷前處于冷態(tài),則Ip=0

選擇上述兩曲線之一進(jìn)行計(jì)算,當(dāng)熱積累值達(dá)到τ時(shí),裝置發(fā)出告警信號(hào)或保護(hù)跳閘。

保護(hù)邏輯見圖1。

圖1 過熱保護(hù)邏輯

2.3 堵轉(zhuǎn)保護(hù)

堵轉(zhuǎn)保護(hù)是防止電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí),由于轉(zhuǎn)子堵塞而發(fā)生電流突然升高,以致燒毀電動(dòng)機(jī),這種情況可能出現(xiàn)在滾動(dòng)軸承碎裂、負(fù)載轉(zhuǎn)矩突然升高。在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程中堵轉(zhuǎn)保護(hù)閉鎖,電機(jī)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后堵轉(zhuǎn)保護(hù)才合理。在一定意義上,堵轉(zhuǎn)保護(hù)可作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中短路保護(hù)的后備保護(hù)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)三相電流IA、IB、IC任一相超過堵轉(zhuǎn)電流定值,并有轉(zhuǎn)速低信號(hào)輸入,達(dá)到整定延時(shí)時(shí)間后保護(hù)跳閘。保護(hù)邏輯見圖2。

 

圖2 堵轉(zhuǎn)保護(hù)邏輯

2.4 啟動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)保護(hù)

正常的啟動(dòng)結(jié)束后電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行電流將低于額定值或在額定值附近,而啟動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)則是在啟動(dòng)時(shí)間過后電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行電流仍保持較大值(一般為機(jī)械原因)。AM5SE-M電動(dòng)機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置可自動(dòng)識(shí)別當(dāng)前過程是否為啟動(dòng)過程,如是則當(dāng)整定的啟動(dòng)時(shí)間到達(dá)后,電動(dòng)機(jī)的三相電流仍大于啟動(dòng)電流定值時(shí),本保護(hù)動(dòng)作于跳閘。

2.5 斷相保護(hù)

斷相保護(hù)是為了防止電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中發(fā)生斷線而導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)兩相運(yùn)行產(chǎn)生過熱而燒毀,斷相保護(hù)功能通過檢測(cè)回路電壓,判斷電動(dòng)機(jī)回路斷相故障,在檢測(cè)到斷相故障后,斷相保護(hù)功能啟動(dòng)并觸發(fā)延時(shí),在設(shè)定的延時(shí)結(jié)束后發(fā)出跳閘命令。

2.6 電流不平衡保護(hù)

電流不平衡保護(hù)是為了防止因三相電流不平衡可能引起的電動(dòng)機(jī)過熱,當(dāng)電流不平衡度超過電流不平衡度設(shè)定值,電動(dòng)機(jī)處于已運(yùn)行狀態(tài)時(shí),經(jīng)延時(shí),裝置保護(hù)跳閘或者告警。保護(hù)邏輯見圖3。

圖3 電流不平衡保護(hù)邏輯

2.7 低電壓保護(hù)

電動(dòng)機(jī)低壓運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)矩急劇下降,會(huì)造成電動(dòng)機(jī)嚴(yán)重過載,因此設(shè)置低電壓保護(hù)。當(dāng)三個(gè)線電壓均小于低電壓跳閘/告警定值時(shí),經(jīng)過延時(shí),裝置跳閘或者告警。為防止因PT斷線使保護(hù)誤動(dòng),設(shè)置有PT斷線閉鎖。當(dāng)發(fā)生PT斷線時(shí),裝置將發(fā)出告警信號(hào)并閉鎖失壓保護(hù),該閉鎖條件可選擇投入或者退出。裝置可以設(shè)置是否加入合位作為判斷失壓的條件,此外,裝置可以根據(jù)用戶使用的場(chǎng)合選擇何時(shí)解除低電壓故障信息,若投入低電壓閾值投退,則裝置電壓小于無壓定值時(shí),保護(hù)動(dòng)作即可返回,若退出低電壓閾值投退,則裝置電壓需恢復(fù)至正常電壓,才可解除故障信息。低電壓保護(hù)開放條件:三個(gè)線電壓有一個(gè)大于1.05倍低電壓定值,且延時(shí)500ms。該條件一旦成立,低電壓保護(hù)合理。

3 裝置存在的問題及改造

      AM5SE-M電動(dòng)機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置雖具有高壓電機(jī)的全套保護(hù)功能,當(dāng)出現(xiàn)故障保護(hù)動(dòng)作后,故障已經(jīng)形成,只能停車處理。裝置正常運(yùn)行時(shí)只是監(jiān)視  電機(jī)的運(yùn)行電壓、電流,僅憑這些很難發(fā)現(xiàn)故障隱患。為盡早發(fā)現(xiàn)事故隱患,把事故消滅在萌芽狀態(tài),經(jīng)充分研究論證后認(rèn)為:電機(jī)的損壞多是繞組、軸承發(fā)熱,過熱保護(hù)只是綜合計(jì)算電機(jī)正序和負(fù)序電流的熱效應(yīng),軸承發(fā)熱后如果再繼續(xù)運(yùn)行可能會(huì)使電機(jī)發(fā)生損壞。因此在電機(jī)內(nèi)部預(yù)埋PT100電阻型溫度傳感器用來測(cè)量電機(jī)內(nèi)部繞組、軸承溫度,并將PT100與ARTM-8溫度巡檢儀連接,利用ARTM-8實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度,同時(shí)通過RS485通訊接口將溫度數(shù)據(jù)也傳輸至Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng),便于運(yùn)行維護(hù)人員實(shí)時(shí)查看溫度,為設(shè)備的安全、穩(wěn)定運(yùn)行提供了技術(shù)支持。

圖4 改造后電力監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

4 結(jié)語

該化工企業(yè)擁有10kV高壓電機(jī)二十余臺(tái),采用AM5SE-M電動(dòng)機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置后,當(dāng)發(fā)生過流、短路、接地等故障時(shí)保護(hù)均能可靠動(dòng)作,防止事故的進(jìn)一步擴(kuò)大。利用Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)各回路電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置實(shí)時(shí)監(jiān)控,同時(shí)也合理地監(jiān)視到軸承、繞組溫度明顯升高的事故隱患,并及時(shí)地進(jìn)行處理,確保電機(jī)運(yùn)行狀況良好,避免事故的擴(kuò)大,保證設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行,為企業(yè)的連續(xù)、穩(wěn)定生產(chǎn)提供了有力的技術(shù)保障。


編輯:安科瑞 孫斌

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