浅谈选煤厂电机综合保护器的应用研究-安科瑞王阳

摘 要：将从智能电机综合保护器功能及保护原理入手，结合应用案例及相关判据，对智能电机综合保护器的具体应用展开分析。通过分析、研究，为提高选煤厂电机的复杂工况环境下的使用安全提供更多的借鉴。

关键词：选煤厂 电机 保护器 安全

0 引言

由于输配电电网质量、电机结构及选煤厂的工作环境多种因素的共同影响，电机在使用过程中可能会出现过电压波动、电流不稳定、电机欠载及过流等故障，使得电机停止工作甚至烧毁。因此，设计并应用电机综合保护器是非常有必要的。

1 智能电机综合保护器功能分析

智能电机综合保护器要实现其功能，首先需要对电机运行过程中的各种运行信息进行采集、处理分析以及控制。智能电机综合保护器通过电机的故障报警，来保证电机在选煤厂的生产过程的安全可靠。智能电机综合保护器在电机可能出现异常情况时，通过其控制功能实现电机的紧急停机并且能够通知设备管理人员进行快速的故障诊断，避免了故障长时间对电机的影响，长时间的对选煤厂正常生产造成影响，可能保障电机安全可靠的运行，保障洗选煤设备的正常运转。

如何进行量化实现智能电机综合保护器的功能，需要在智能电机综合保护器进行保护参数的设定。当采集到的电机运行参数达到智能电机综合保护器设定的报警值时，智能电机综合保护器仅进行报警，并不会触发电机停机功能；但当采集到的电机运行参数越限值达到智能电机综合保护器设定的故障值时，智能电机综合保护器就切断电源，紧急停止电机的运行。

2 智能电机综合保护器保护原理分析

通过对电机保护原理的研究，能够在提高智能电机保护器性能，在通过对电机的结构原理和电机运行的特点进行分析，我们认为采用“称分量法”能实现对电机运行状态中重要的三相电流进行定性定量的分析，能够为电机故障的诊断提供更为准确的决策信息。

根据“称分量法”的相关应用理论，可以将三个不对称的向量划分为三组相互对称的向量，并且这三组向量是可确定的。三组向量依次为：正序分量，负序分量和零序分量。每组向量的分量都是独立存在，在不同分量的作用下，电机能够准确的对内部状态进行定量表现。称分量法的对称分量公式为：

式中：IA1 ，IA2 ，IA0 代表了 A 相电流的三个相序的电流值；a 为算子。

根据上面公式的表述，在三相电流相加不为零时，才会出现电流的分量，定义为不同的相序。若电机是三角形接法进行设计制造，三相电流总和则为零，就不会出现零分量的电流相序。

根据以上的电机电流相序的分析，当电机出现对称故障以及不对称故障时，电机每个相序的电流都会出现波动。那么根据电机电流的变化就可以对电机故障进行预先的判断，然后进行故障的具体分析。

3 智能电机综合保护器应用案例

智能电机综合保护器在选煤厂电机设备的应用中，智能电机综合保护器的基本工作过程为：合上开关 QF，按下控制按钮，线圈接通，使得智能电机综合保护器的接触器触电工作。在电机的主回路接通后，智能电机综合保护器正常运行，这时候电机正常启动。假如电机出现故障，智能电机综合保护器的保护接点进行动作，会使电机输出电能的线圈失电，断开接触点，智能电机综合保护器显示报警信号。智能电机综合保护器自带记忆功能，能够保持电机故障状态的锁定，显示故障的信息内容，为设备管理人员提供故障排查信息。按下智能电机综合保护器的复位键，电机内的出口继电器才可复位，使得电机恢复到生产运行的准备状态。

3.1 短路故障特征分析及保护判据

电机出现短路故障是非常危险的，在短时间内就会造成电机烧毁甚至更加危险的情况。电机的短路故障主要出现在电机的定子绕组内短路或者是定子的绕组匝间的短路。

定子的绕组匝间短路是危险的一种电机故障形式，这种故障能够在短时间内使得绕组温度急速升高，使得电机烧毁，迫使电机的供电网出现短时间的电压波动，会对周围用电设备造成不良影响。

电机的定子绕组内短路是电机常见的一种短路形式，该短路在绕组短路的初期会导致三相绕组的相序不对称，使出现故障电机的相电流不断变大，在短路电流变大到一定程度时，造成电机每个相序都出现短路，会使电机烧毁。

电机相间短路故障会导致故障相在短时间内过载出现大电流，这种危害是短时间内就会出现的，需要能够发生短路时就会出现电机输入端的切断。智能电机综合保护器的短路保护值在设定时需要稍微的大于电机启动电流，电机启动电流一般为电机的额定电流的 7 倍左右。设 I max为检测到的电机三相电流 Ia ，Ib ，Ic 的Max，即 Imax =max（Ia ，Ib ，Ic ）。

短路保护的原则是，当在很短的时限内检测到Imax>IZD=kIe 时，需要进行电机的速断保护。

3.2 停转故障特征分析及保护判据

电机由于结构或者负载原因会使得转子卡住，使得电机出现堵转情况，使得电机短时间内出现过热而烧坏。堵转电流可达电机额定电流的 5 倍左右，故障电流能够在短时间内使得电机烧损。因此，在检测到电机处于堵转故障时，智能电机综合保护器应及时动作，保证电机不因堵转而烧坏 。

由于电机起动电流在瞬时也能达到电机额定输入电流的 5 倍以上，因此，无法单一地通过对电流的监测，判断是否出现电机的堵转情况，一般采用躲过电机起动时间的方法来实现。从而可躲过电机的起动电流，以免延误动作，使电机无法正常启动。

3.3 过载保护实施案例

电机过载是电机在正常运行中，由于电机的负荷过大导致电机过热现象。其特点为电机的工作电流超过电机的额定电流，电机的温升高于电机绝缘绕组的额定值，电机长期处于过载运行能够导致电机的绕组过热，使得电机出现烧毁的情况，造成选煤厂设备的不可逆损坏。

对于电机的过载保护，在研究过程中取有限个有代表性的特征点来实现，即对电机过载区间划分为若干个子过载区间，对于每一个子过载区间采用定时限的保护方法来实现。

4智能电动机保护器

智能电动机保护器(以下简称保护器)，采用单片机技术，具有抗干扰能力强、工作稳定可靠、数字化、智能化、网络化等特点。保护器能对电动机运行过程中出现的过载、断相、不平衡、欠载、接地/漏电、堵转、阻塞、外部故障等多种情况进行保护，并设有SOE故障事件记录功能，方便现场维护人员查找故障原因。适用于煤矿、石化、冶炼、电力、以及民用建筑等领域。本保护器具有RS485远程通讯接口，DC4-20mA模拟量输出，方便与PLC、PC等控制机组成网络系统。实现电动机运行的远程监控。

4.2技术参数

4.2.1数字式电动机保护器

4.2.2模块式电动机保护器

说明：“√”表示具备，“■”表示可选。

5.结束语

将智能电机综合保护器运用在选煤厂电机上，能够实现智能电机综合保护器的多种保护功能。在进一步的研究中，还需对智能电机综合保护器进行更为复杂工况环境下的应用试验验证，为提高选煤厂电机的复杂工况环境下的使用安全提供更多借鉴。