智能型馬達保護控制器在中型化工廠中應用

胡 鋒

江西銅業(yè)集團銅工事業(yè)部，江西南昌 330096

1 工廠與產品介紹

江銅甕福化工有限公司成立于2005年，年產硫酸40萬噸，鐵精礦20萬噸，發(fā)電9 000萬度，是江西銅業(yè)集團“十一五”期間建設的重點項目，工程總投資3億元。主要工藝設備全部實現(xiàn)自動化，人員投入比較少，符合現(xiàn)代化生產要求，工藝工程控制精確、無誤，實現(xiàn)了無污染，綠色生產。工廠有五臺變壓器，五個低壓配電室，總用電負荷8 000kW，高低壓電機200余臺。2/3以上電機使用丹東華通公司PDM-810MRL智能型馬達保護控制器。具有短路保護、堵轉保護、定時限過負荷保護、反時限過負荷保護、缺相或不平衡保護、接地保護/漏電保護、欠壓和過壓保護、外部過熱等多種完善的保護功能；具有電流測量及顯示功能，同時具有故障原因指示功能；具有各種直接起動、可逆起動、星角起動等多種方式的起停控制、操作及電動機運行狀態(tài)指示功能，可以大大簡化抽屜內接線，PDM-810MRL具有1個標準RS-485通訊接口，MODBUS RTU通訊協(xié)議，通過其現(xiàn)場總線，可以實現(xiàn)遠方遙控起停電動機操作、電動機額定工作參數(shù)、CT變比，各種保護動作的定值及時限的整定等。具有強大的事件記錄功能，記錄最近的8次保護跳閘事件，包括保護動作原因及發(fā)生時間，便于分析事故原因。PDM-810MRL具有獨立的保護動作信號繼電器輸出接口，同時還具有標準 的DC4-20mA模擬量可編程輸出接口，為DCS或PLC系統(tǒng)對現(xiàn)場設備監(jiān)控提供了極大的便利。

2 智能型馬達保護控制器組網

PDM-810MRL采用MODBUS RTU通訊協(xié)議，每臺設備以總線方式接入2000R+通訊控制器下行通訊采集口，2000R+通訊控制器有兩個下行通訊采集口，每個通訊口可以采集32臺丹東華通PDM儀表，2000R+通訊控制器對所據采集的數(shù)據進行自動歸納、整理和計算，并根據程序要求按順序排列。考慮到各個配電室距離之間比較分散，采用485通訊信號會衰減，再加上現(xiàn)場設備的電磁干擾，很難保證通訊的實時性、準確性。我們在配電室到中控室之間采用光纖傳輸，傳輸速度快，抗干擾強，光纖比普通電纜的使用壽命長，在腐蝕性強的化工廠更應該使用。2000R+通訊控制器有兩個上行通訊口，我們將一路送往電力監(jiān)控系統(tǒng)ECS，一路送往工藝控制系統(tǒng)DCS，2000R+通訊控制器采集的PDM-810MRL數(shù)據可以直接接入DCS系統(tǒng)，利用DCS系統(tǒng)硬件設備，可以在DCS系統(tǒng)上將電機電流值，開停信號組態(tài)在監(jiān)控畫面上，還可設置遙控開、停電機按鈕，這樣會很方便操作員操作，也可以減少一些安全事故的發(fā)生。電力監(jiān)控系統(tǒng)ECS，需要多串口卡將多個串口數(shù)據轉換為以太網形式接入服務器。

3 智能型馬達保護控制器安裝、調試

圖1 馬達保護控制器電氣原理圖

馬達保護控制器接入三相電流互感器二次信號，三相電流互感器二次額定值應與馬達保護控制器額定電流采樣值一致。馬達保護控制器具有三相交流電壓輸入，可實現(xiàn)相關保護及電壓、功率等信號的測量，同時可實現(xiàn)電能計量、失壓重起動等功能，380V/660V電壓輸入可采用三相電壓直接輸入，無須電壓互感器轉換 ，接線方式為三相三線制或三相四線制直接接入。三相交流電壓應取自電動機主回路中斷路器的下方，一旦塑殼斷路器合閘時出現(xiàn)故障，馬達保護控制器立即保護跳閘。電動機現(xiàn)場操作箱上安裝啟動、停止開關和指示燈，DCS啟動、停止開關與現(xiàn)場操作箱啟動、停止開關并聯(lián)。啟動信號接入DI1、DI2，停止、復位信號接入DI3.為防止誤操作，可以在現(xiàn)場操作箱上設置轉換開關，操作員來選擇機旁還是遠方控制。遠方控制可以在人無法接近設備時，在電腦上直接停止設備，可以防止人員受到傷害，在緊急情況下可以迅速停止設備，避免事故的發(fā)生。一般我們采取現(xiàn)場啟動設備，啟動后將轉換開關打到遠方，停車時DCS遠方停止設備。在膠帶輸送機上有防滑裝置、拉繩開關、跑偏開關，將這些信號接入并聯(lián)接入DI7外部故障端子，當防滑裝置、拉繩開關、跑偏開關動作后，馬達保護器DI7外部故障端子閉合，控制輸出端子Q1、Q2斷開，報警輸出動作，經過人工復位后才能啟動設備。馬達保護器為我們設計了直接啟動方式、星---三角啟動方式、自耦變壓器啟動方式，正反裝控制，雙速電機控制，將接觸器和電機接入，在馬達保護器Q1、Q2、Q3上接入接觸器線圈，就能實現(xiàn)以上方式的運行。在啟動過程中短路、接地保護投入，其它保護退出，啟動完成后所有保護投入。

安裝好設備后，我們拆下接觸器下端的電動機，在現(xiàn)場控制箱上按下啟動按鈕，馬達保護器控制輸出Q1、Q2閉合，接觸器得電吸合，在到達啟動時間后，控制輸出Q1、Q2斷開，接觸器釋放，馬達保護控制器顯示啟動欠電流保護報警，馬達保護控制器斷電后報警消失，此報警是因為我們試車時沒有接入電動機造成的。電動機空負荷試車，出現(xiàn)了某一相電流不定時的出現(xiàn)很大的一個電流值，從而使馬達保護控制器給電動機一個缺相不平衡的保護信號，導致電動機不能正常運行，經檢查小電流回路電流互感器全部為100/1A，遠超過電機額定電流，我們采用電動機電纜在電流互感器內繞五圈，在馬達保護控制器期內把變比縮小5倍，從而增大馬達保護控制器的采樣電流，改造后小電流回路能正常運行，且馬達保護控制器電流顯示更準確穩(wěn)定。

4 馬達保護器使用效果和故障分析

在工廠試生產過程中，出現(xiàn)過電動機過負荷、堵轉，膠帶輸送機打滑、跑偏，馬達保護控制器都及時停機保護，提示工程師對設備檢查、保養(yǎng)，沒有出現(xiàn)過電機繞組燒壞，為工廠正常生產提供了保證。操作員能在控制室操作設備開停，監(jiān)控設備，減輕了工人勞動強度。有故障會發(fā)出報警聲音，提醒大家注意。馬達保護器在使用中，遇到雷暴天氣電網系統(tǒng)電壓波動時，容易造成內部芯片損壞，馬達保護器控制輸出端子Q1、Q2接在接觸器線圈上，在接觸器釋放時，會有電壓升高現(xiàn)象，容易損壞馬達保護控制器器Q1、Q2輸出繼電器。針對以上問題我們進行了改造，在低壓進線上增加了浪涌抑制器，使電網過電壓時能量釋放到大地，保護配電設備；我們在馬達保護控制器Q1、Q2輸出繼電器上接入中間繼電器，中間繼電器去控制接觸器吸合、釋放，中間繼電器電感小，在釋放時馬達保護控制器Q1、Q2輸出繼電器無傷害，且更換容易，價格便宜。

[1]低壓電動機保護器行業(yè)標準 JB/T10736-2007.

[2]任致遠，周中.電力電測數(shù)字儀表原理與應用指南[M].北京：中國電力出版社，2007.