智能馬達保護器在回轉窯控制系統中的應用

劉學琳

（黃河鑫業有限公司，青海湟中810600）

1 引言

在冶金企業生產中，電動機作為一種拖動機械，是所有機械的動力基礎。隨著科學技術的不斷進步和工藝控制的不斷發展，尤其是自動化生產的要求，迫切需要完善電動機的控制和保護設備，從而實現生產過程中對大型機械的遙控、遙測、遙調、故障診斷以及集中控制等功能。冶金生產的特點就是大容量、滿負荷的連續運轉，因而對電機設備的可靠性和穩定性要求極高，一旦發生事故，必須馬上查找故障原因并及時消除，以保證及時恢復生產。原先使用熱繼電器作為電動機的過載保護和控制元件，但由于元件質量和工藝的限制，現已越來越無法滿足日益發展的工藝自動化要求。近年來，出現了一種新型的電機保護器——智能馬達保護器，它徹底取代了熱繼電器而得到了廣泛應用。作為電動機的保護元件，智能馬達保護器不但可以有效保障電機的安全運行，而且可以利用先進的通訊技術，實現電機控制的自動化，具有顯著的經濟效益。

2 馬達保護器的功能及特點

馬達保護器是最近十多年才發展起來的一種新型電子式多功能電動機綜合保護裝置。它集過（輕）載保護、缺相、過（欠）壓、堵轉、漏電三相不平衡保護等低壓保護于一身，具有設定精度高、節電、動作靈敏、工作可靠等優點，是傳統熱繼電器的理想替代產品。

傳感器將電動機電流變化線性反映至保護器采樣端口，整流、濾波等環節后，轉換成與電動機電流成正比的直流電壓信號、送到相應部分與給定保護參數進行比較處理，再經單片機回路處理，推動功率回路，使繼電器動作。當電機驅動部分過載導致電流增大時，從電流傳感器獲取的電壓信號將增大、此電壓值大于保護器整定值時，過載回路工作，RC延時電路一定（可調）延時，驅動出口繼電器動作，使接觸器切斷主回路。欠壓及缺相保護等功能部分的工作原理基本相同。

3 系統功能

3.1 保護功能

電機保護器可實現對電機綜合保護，具有啟動超時保護、過載保護、斷相保護、接地保護、過流堵轉保護、電流不平衡保護、短路保護、漏電保護、增安型防爆電機的過熱載保護（tE時間保護）、欠載保護、溫度保護、溫度保護、欠壓保護、過壓保護、功率因素保護、相序保護等多種數字保護功能。對電動機的保護可以實現分段式保護，分啟動過程和運行過程對電動機進行保護。啟動過程中投入啟動超時保護、斷相保護、電流不平衡保護、接地／漏電保護、短路保護、tE時間保護功能；啟動過程結束后將其他保護投入。當電機正常工作時，保護器面板上液晶顯示屏，實時顯示電機工作電流和電壓。具有通訊功能電機保護器的微處理器將采集信號通過DP總線傳至PLC系統并顯示在工控機上。當故障發生時，保護器迅速動作，保存故障類型、時間以及電機運行參數。

3. 2在線監測功能。

控制室操作人員可在工控機上，完成所有保護器的各種保護整定數據調閱、修改和整定。同時，在線監測電機運行負載和供電電源質量，為及早發現過載和故障等，創造條件。為保證工藝系統安全生產、減少事故停車，提供了可靠依據。

4 選用原則

電機保護器按結構形式來劃分，一般分為一體式和分體式兩種。選用分體式保護器，互感器部分與顯示部分分為兩體，可在一定范圍內任意安置，故非常適合于抽屜式開關柜安裝。將顯示表頭嵌入式安裝在開關抽屜活動面板內，既簡化了柜內接線、又方便了系統隨時調整、設定參數以及顯示、監控，同時數字化顯示面板也增添了柜面的統一性和美觀性；使配電室內設備運行情況及故障狀態一目了然，極大地方便了系統巡視和檢修維護。

電機保護器按額定工作電壓及電流范圍來劃分，可分為AC380V、AC220V兩種；對應量程為1A、5A、25A、100A、等若干等級。由于大型電機較多，為方便互換及減少備件種類，采用主回路裝設（口／5）電流互感器方式，將一次電流變為小于5A的二次電流，再接入量程為5A的電機保護器，使大型設備得到了有效控制和保護。

可支持Modbus或者Profibus通訊總線，回轉窯系統設計上，電機保護器配置時，可根據工藝以及PLC系統連鎖合理安排，實現預防突發故障的功能，保證生產的正常運行。

5 使用經驗

實際使用過程中，應嚴格按電機額定電流來選擇保護器，防止人為放大和縮小保護范圍；避免量程太大或太小而造成測量誤差。多數低壓電機功率小于50kW，考慮到備品備件互換性，多選用5A量程保護器及配套互感器，這樣既保證了保護精度，又避免了備件規格過多而給生產帶來不便。

6 存在的缺陷、故障及處理措施

6.1 馬達保護器抗干擾能力差

由于控制室統一設在煅燒主控室，因此原料上料系統到回轉窯控制室的網絡線距離較長，且網絡電纜敷設不規范，馬達保護器抗干擾能力差等原因，造成馬達保護器信號不穩定、受到感應電壓干擾。建議對通訊線路，控制線路及主電源分開敷設以減小對馬達保護器的信號干擾。

由于主電源電纜與控制電纜敷設距離太近，馬達保護器經常有假信號發生，現場開關在就地位時上位機顯示遠程，給操作及檢修帶來錯誤信息。經測量發現，遠程端子有100多伏干擾電壓，所以上位機顯示假信號，為防止此類現象發生，在遠程信號端子加裝電阻從而過濾干擾電壓。

6.2 網絡連接頭容易松動

在煅燒系統中，整個Profibus DP網絡與馬達保護器連接采用DP頭連接，檢查或檢修抽屜時必須拆掉DP頭，頻繁拆裝，使DP連接頭容易松動，DP頭損壞嚴重，經常造成控制系統信號丟失。建議安裝時采用插件結構設備避免此類問題的發生。

7 結束語

智能馬達保護器首次投入使用至今，一直運行良好，可對各種故障類型進行準確的報警顯示，有效地防止了電機意外燒毀事故，節約了大量的資金，不但提高了回轉窯生產工藝控制的準確性、科學性，降低了事故率，而且對于提高電氣控制系統的自動化水平起到了積極的促進作用。