前言

    隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，智能馬達(dá)控制器、軟啟動(dòng)器、變頻器、固態(tài)（電子式）熱繼電器等許多新型的電器控制元件也得到了廣泛應(yīng)用。它們不但具有過(guò)載、過(guò)流、缺相、電機(jī)過(guò)熱、漏電保護(hù)等多種功能，而且取代了原繼電器、電流表、互感器和操作按鈕。同時(shí)具備了更加完善的網(wǎng)絡(luò)通信功能，可以與計(jì)算機(jī)、工控機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)分布式控制。極大的改進(jìn)了早期電動(dòng)機(jī)的控制模式，方便了運(yùn)行監(jiān)控。但使用時(shí)仍要考慮到各硬件之間整定時(shí)間和整定值的配合關(guān)系，及運(yùn)用新型電器元件的網(wǎng)絡(luò)通訊的優(yōu)點(diǎn)，將電動(dòng)機(jī)的重要參數(shù)加入到過(guò)程控制中，根據(jù)被測(cè)參數(shù)的重要程度，改進(jìn)程序把電動(dòng)機(jī)的控制分為：依靠硬件設(shè)定值的臨界點(diǎn)作為最終的可靠保護(hù)和正常運(yùn)行工況下依據(jù)程序設(shè)計(jì)的“軟保護(hù)”動(dòng)作報(bào)警兩個(gè)方面，同時(shí)兼顧與生產(chǎn)工藝流程的配合，這樣就可以既保護(hù)電動(dòng)機(jī)及其電器元件，又能保證機(jī)械負(fù)載平穩(wěn)運(yùn)行，減少經(jīng)濟(jì)損失。

    1  低壓交流異步電動(dòng)機(jī)控制回路硬件方面整定值的配合 

    1.1   短路保護(hù)功能主要是監(jiān)測(cè)相間短路電流、單相接地電流或者電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)電流，設(shè)定值通常為6倍的IN。

    它必須滿足相間短路或?qū)τ谥行渣c(diǎn)接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時(shí)短路保護(hù)裝置應(yīng)無(wú)時(shí)限斷開(kāi)；必須滿足正常啟動(dòng)、制動(dòng)或自起動(dòng)時(shí)不發(fā)生誤動(dòng)作。一般采用熔斷器或具有瞬動(dòng)（或短延時(shí)）脫扣器功能的低壓斷路器。在由接觸器組成的控制回路中，當(dāng)該電流大于接觸器的“彈開(kāi)電流”時(shí)會(huì)造成接觸器觸頭損壞，小于“彈開(kāi)電流”時(shí)，比低壓斷路器全部斷開(kāi)時(shí)間短。由接觸器斷開(kāi)了短路電流起不到短路保護(hù)目的，因此瞬間失電壓時(shí)，接觸器的失壓釋放時(shí)間應(yīng)大于低壓斷路器全部斷開(kāi)時(shí)間。

    1.2   過(guò)載保護(hù)

    過(guò)載保護(hù)的功能是對(duì)于重載或空載啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，啟動(dòng)時(shí)間超過(guò)設(shè)定值；或者在正常運(yùn)行中，電動(dòng)機(jī)的電流突然升高接近額定電流且持續(xù)時(shí)間超過(guò)了設(shè)定值，過(guò)載保護(hù)就會(huì)動(dòng)作。一般采用熱繼電器或帶長(zhǎng)延時(shí)脫扣器的低壓斷路器做保護(hù)，對(duì)大功率重要電動(dòng)機(jī)應(yīng)加 電流繼電器。通常熱繼的設(shè)定值為0.95~1.05倍的IN，設(shè)定時(shí)間為T(mén)F=(0.5~0.7)TD  （TF為熱繼在6倍IN下的返回時(shí)間，TD 為熱繼在6倍IN下的動(dòng)作時(shí)間）。如果是三角型接法的電動(dòng)機(jī)應(yīng)采用具有斷相運(yùn)轉(zhuǎn)保護(hù)的熱繼電器。

    1.3  欠電壓保護(hù)

    欠電壓保護(hù)是針對(duì)母線電壓突然下降的情況下，電動(dòng)機(jī)的電流迅速升高，長(zhǎng)時(shí)間的過(guò)電流會(huì)造成電動(dòng)機(jī)的絕緣老化，大大降低電動(dòng)機(jī)的使用壽命，嚴(yán)重時(shí)可能燒壞電動(dòng)機(jī)。但是短時(shí)間的過(guò)電流不會(huì)使絕緣受到嚴(yán)重破壞，因此允許一定的過(guò)電流，其數(shù)值與時(shí)間由電動(dòng)機(jī)的過(guò)負(fù)荷特性決定。通常電壓允許的變化范圍為額定值的-5%~+10%時(shí)其額定出力不變。一般失壓保護(hù)由起動(dòng)器和接觸器來(lái)實(shí)現(xiàn)，整定時(shí)間應(yīng)滿足延時(shí)的時(shí)間大于備用電源自動(dòng)重合閘的動(dòng)作時(shí)間，通常在1~10s內(nèi)選取。整定值按照額定轉(zhuǎn)矩來(lái)選取，100%額定轉(zhuǎn)矩的取0.7倍的UN；50%額定轉(zhuǎn)矩的取0.5倍的UN。需要自啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)根據(jù)生產(chǎn)工藝的重要程度決定，越重要的電動(dòng)機(jī)選取的時(shí)間越長(zhǎng)。

    1.4  與電動(dòng)機(jī)配用的斷路器

    與電動(dòng)機(jī)配用的斷路器最基本的整定值應(yīng)滿足：長(zhǎng)延時(shí)電流整定值等于電動(dòng)機(jī)的額定電流值；6倍的IN可返回時(shí)間大于或等于電動(dòng)機(jī)實(shí)際啟動(dòng)時(shí)間；瞬時(shí)整定電流對(duì)于籠型的電動(dòng)機(jī)為8-15倍脫扣器的額定電流，對(duì)繞線轉(zhuǎn)子式的電動(dòng)機(jī)為3-6倍脫扣器的額定電流。與熔斷器配合使用時(shí)，過(guò)載和較小的電流范圍內(nèi)的保護(hù)由斷路器承擔(dān)，對(duì)于較大的短路電流由熔斷器承擔(dān)，熔斷器作為后備保護(hù)。熔斷器保護(hù)特性上限與斷路器保護(hù)特性的下限相交為最佳配合點(diǎn)。另外與其它上一級(jí)斷路器和母線電壓電流的配合應(yīng)符合規(guī)程規(guī)定的要求。

    1．5  短路保護(hù)和過(guò)載保護(hù)配合

    短路保護(hù)和過(guò)載保護(hù)作為電動(dòng)機(jī)最基本的保護(hù)，如果他們之間配合失調(diào)，會(huì)造成誤動(dòng)作或越級(jí)跳閘的現(xiàn)象，也不利于判斷故障發(fā)生的原因，其配合關(guān)系如圖1所示。
                         

圖1  電動(dòng)機(jī)回路短路與過(guò)載保護(hù)的配合關(guān)系以及軟件和硬件保護(hù)范圍的劃分圖

    如果這些曲線相交點(diǎn)背離，即相交點(diǎn)大于6倍的IN，則過(guò)載保護(hù)會(huì)在過(guò)載與短路保護(hù)之間的間隙提前動(dòng)作對(duì)短路電流作出反應(yīng)，如果過(guò)載保護(hù)設(shè)定的延時(shí)較長(zhǎng)，不能無(wú)時(shí)限立即切除，會(huì)造成過(guò)載保護(hù)裝置損壞，然而如果相交點(diǎn)靠前低于6倍IN，則會(huì)造成短路保護(hù)裝置的誤動(dòng)作，不能正確判斷短路的原因。

    2  低壓交流電動(dòng)機(jī)控制回路中的軟件監(jiān)控配合

    所謂“軟件”監(jiān)控是將電動(dòng)機(jī)的重要參數(shù)如：電流、電壓、頻率、功率因數(shù)等等，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送至監(jiān)控系統(tǒng)，并將他們加入到過(guò)程控制中。它是對(duì)正常運(yùn)行狀態(tài)中存在的異常變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以報(bào)警或者參與過(guò)程的控制，其控制范圍如圖1所示的區(qū)域1。下面舉例說(shuō)明。

    2.1  對(duì)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)監(jiān)控的主要電流，其它的參數(shù)是反映電器元件本身的運(yùn)行狀態(tài)

    一般我們?cè)O(shè)定的接地電流，短路電流，過(guò)載電流或者相間不平衡等依靠電器元件本身動(dòng)作來(lái)保護(hù)，也是最終的臨界點(diǎn)。事實(shí)上當(dāng)達(dá)到該設(shè)定值時(shí)，保護(hù)已經(jīng)動(dòng)作，很可能已經(jīng)影響了電動(dòng)機(jī)的絕緣或者損壞了機(jī)械負(fù)載，這在實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)損壞設(shè)備的情況很多，所以“軟件”上監(jiān)控的配合，應(yīng)著重于運(yùn)行過(guò)程的控制和監(jiān)測(cè)。如：一臺(tái)110KW的三相交流低壓異步電動(dòng)機(jī)，其額定電流為201A，在額定負(fù)載下，電動(dòng)機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行的電流值在100A左右擺動(dòng)。即使考慮電壓的擺動(dòng)和負(fù)載的瞬時(shí)跳變，其變化范圍應(yīng)在±20A之間。因此100A可以作為正常運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)值，然而在生產(chǎn)中曾發(fā)生過(guò)當(dāng)電流達(dá)到190-200A持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，運(yùn)行人員沒(méi)有及時(shí)停機(jī)檢查，最后熱繼動(dòng)作跳開(kāi)，結(jié)果造成了機(jī)械負(fù)載的嚴(yán)重?fù)p壞。因此，我們把監(jiān)控的電流作為控制對(duì)象，以標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)驗(yàn)值為依據(jù)，在程序上加以改進(jìn)，增加“軟延時(shí)計(jì)時(shí)器”（程序軟件提供的內(nèi)部計(jì)時(shí)器），啟動(dòng)時(shí)延時(shí)15s（可調(diào)整）后開(kāi)始檢測(cè)，如果超出100±20A的范圍，并且延時(shí)監(jiān)測(cè)該電流持續(xù)的時(shí)間，一般設(shè)為6~15秒為宜，（正常運(yùn)行中短時(shí)間的大電流允許持續(xù)較長(zhǎng)的時(shí)間，對(duì)于重要的電動(dòng)機(jī)可以適當(dāng)延長(zhǎng)），如果超出設(shè)定時(shí)間立即發(fā)出提示信息（聲光或文字框），同時(shí)運(yùn)行人員加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)檢查采取措施，這樣就可以有效的保護(hù)電氣和機(jī)械設(shè)備。

    2.2  在電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障后跳閘，運(yùn)行人員必須待查明原因后再啟動(dòng)

    但是實(shí)際運(yùn)行操作上存在不明原因強(qiáng)行啟動(dòng)的現(xiàn)象，間隔時(shí)間很短沒(méi)有按照規(guī)程規(guī)定的要求操作，頻繁啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)。在實(shí)踐中也沒(méi)有可靠的技術(shù)保障措施，無(wú)法有效的控制，結(jié)果造成了故障范圍擴(kuò)大，檢修維護(hù)工作量加大，影響了生產(chǎn)。所以對(duì)帶有重啟動(dòng)限制或者對(duì)故障復(fù)位時(shí)間有限制的電器元件，如：智能馬達(dá)控制器、固態(tài)（電子）式熱繼等。在程序的設(shè)計(jì)上對(duì)重新啟動(dòng)間隔時(shí)間、啟動(dòng)次數(shù)進(jìn)行限制，也可以根據(jù)故障記錄功能，增加雙重復(fù)位限制即：就地復(fù)位和遠(yuǎn)方操作故障確認(rèn)，必須經(jīng)過(guò)檢查復(fù)位故障后才允許重新啟動(dòng)，這樣就可有效的保護(hù)電氣和機(jī)械負(fù)載的安全運(yùn)行。

  
    3  總結(jié)

    依靠監(jiān)控軟件可以監(jiān)測(cè)和控制的內(nèi)容很多，如：壓力、溫度、流量、速度等，對(duì)電動(dòng)機(jī)的監(jiān)控僅僅是其中的一部分，實(shí)踐中運(yùn)用較少。智能馬達(dá)控制器、軟啟動(dòng)器、變頻器和電子式熱繼電器等都具有數(shù)據(jù)采集、故障記錄等多種功能。監(jiān)控軟件可以將這些信息匯總，進(jìn)行可靠性分析研究，制定合理的檢修計(jì)劃。對(duì)于電動(dòng)機(jī)控制回路中的硬件和軟件以及它們內(nèi)部的配合方面涉及內(nèi)容的很多，不能詳細(xì)列舉，只論述了重要的部分，所以在生產(chǎn)中要具體分析區(qū)別對(duì)待。同時(shí)還要注意與連接機(jī)械負(fù)載的配合，必須滿足生產(chǎn)工藝的要求，比如：?jiǎn)?dòng)限制、精確控制、制動(dòng)、停止規(guī)定、力矩要求、節(jié)能運(yùn)行等等，多方面綜合考慮，才能將電動(dòng)機(jī)的協(xié)調(diào)配合保護(hù)準(zhǔn)確的應(yīng)用在生產(chǎn)實(shí)踐中。  

  
    作者簡(jiǎn)介

    王奇博   生于1973年，工程師，專業(yè)為火電自動(dòng)化。