淺談智能電動機保護器在有色冶煉行業中的應用

hth下载地址 陳聰

［摘要］簡要介紹了熱繼電器、電子式電動機保護器和智能電動機保護器的優(you) 缺點，並闡述了智能電動機保護器如何正確的選型，重點比較了智能電動機保護器保護模式、端子控製模式、全通信模式、半通信模式等幾種常見 工作模式，介紹這４種模式適用的實際情況，最後通過分析智能電動機保護器在工程實際應用中的常見問題，給出 了相應解決(jue) 方法和建議。

［關(guan) 鍵詞］智能電動機保護器；過載保護；選型；工作模式；保護模式；端子控製模式；全通信模式；半通信模式

前言

低壓電動機作為(wei) 有色冶煉企業(ye) 底層大量使用的設備，其異常運行不僅(jin) 影響冶煉廠的正常生產(chan) ，還會(hui) 威脅到人的生命安全，因此為(wei) 電動機設置合適而又全麵的保護至關(guan) 重要。智能電動機保護器集保護、 遙測、通信、遙控、顯示等功能於(yu) 一體(ti) ，是目前功能全麵的電動機保護設備，能最大限度保證設備運行 的安全可靠性，從(cong) 而實現智能化和高精度保護，同時還能對電動機的狀態進行全麵監控。

一、電動機過載保護設備的發展

１.１　熱繼電器

熱繼電器是一種傳(chuan) 統的電動機保護裝置，使用不同熱膨脹係數的雙金屬片來實現反時限保護。其 特點是結構簡單、價(jia) 格低廉，但也存在穩定性、重複性差和保護功能單一等缺點。

１.２　電子式電動機保護器

隨著電子技術的不斷發展，電子式電動機保護 器應運而生，從(cong) 最初的模擬電路的固態繼電器發展到後來的數字電路的智能型繼電器，特別是微處理器的發展，讓電動機保護器實現了測量、保護和控製 功能於(yu) 一體(ti) 。通過采集電流、電壓、頻率和熱電阻信 號，可以實現短路、過載、堵轉、超時起動、接地、缺相 或不平衡保護等多種保護功能，並能滿足各種起動控製方式。

１.３　智能電動機保護器

隨著微機通信技術和網絡技術的發展，智能電 動機保護器又增加了通信模塊，通過雙向通信和組 網技術，不僅(jin) 可以采集數據，在線監視運行狀態，還 能實現遠程控製。特別是現場總線型網絡通信的應 用，簡化了網絡結構，大大減少了控製線纜的使用。國內(nei) 外許多電器公司推出了多款微機型智能保護裝置。

二、智能電動機保護器構成和功能

２.１　智能電動機保護器的構成智能電動機保護器由主體(ti) 模塊、顯示模塊兩(liang) 部 分構成。主體(ti) 模塊包含電源模塊、數字信號處理器、 開關(guan) 量輸入輸出模塊、模擬量采集模塊、通信模塊 等；顯示模塊負責顯示運行參數以及保護整定值的 設置。若主體(ti) 模塊和顯示模塊合為(wei) 一體(ti) ，則稱為(wei) 一體(ti) 式智能電動機保護器；若分開，則稱為(wei) 分體(ti) 式智能電 動機保護器。部分智能電動機保護器的測量模塊也 獨立於(yu) 本體(ti) 之外。

２.２　智能電動機保護器的功能

智能電動機保護器通過微處理器采集並處理電機回路的電流和電壓信號，並根據遙控指令或者就 地控製指令確定電機起動或停止。雖然不同品牌 的產(chan) 品名稱、型號各異，但其核心功能基本都一 樣，具體(ti) 如下：

1. 保護功能。包括過載、斷相、堵轉、啟動超 時、單相接地、短路、外部故障、欠電流、欠電壓、過電壓保護和溫度保護等

２）測量功能。可測量相電流、相電壓、線電壓、 零序電流、有功功率、無功功率、功率因數、頻率和相 位角等。

３）計量功能。可計量有功電度和無功電度。

４）控製功能。具有多路數字量輸出口，可實現 電動機的直接起動、雙向動、雙速啟動和星三角降壓 啟動等。

５）管理功能。包括電動機累計運行時間記錄， 電動機累計起動次數和起動時間記錄、故障動作記 錄和電動機起動報告。

６）信息采集功能。具備多路數字量輸入接口 和模擬量輸入接口，可采集電動機相關(guan) 的各種電氣狀態數字信號（斷路器狀態、接觸器狀態以及控製 命令）和電動機繞組測溫模擬信號。

７）通信功能。可配備多種通信接口，如MODBUS、PROFIBUS－DP、 DeviecNet和Ethnet－IP等，可實現 遠程的起、停控製和狀態量的反饋。

三、智能電動機保護器的合理選型

智能電動機保護器的選用應該根據安裝地的自然環境、電磁環境以及測控保護和控製需求來 確定。

１）安裝位置的環境條件。主要指溫度、腐蝕 度、震動度、風沙、海拔、電磁汙染等。和熱繼電器不同的是，智能電動機保護器是一種電子元器件，對環境的要求相對嚴(yan) 苛，這一點需要特別注意。

２）控製電壓。根據係統的控製電壓選擇適配的智能電動機保護器，部分廠家的電動機保護器僅(jin) 提供24DV的電源輸入接口。

３）測控保護需求。根據電動機的類型、特點、功率大小和重要程度，選擇采用哪些測量功能和保護功能。

４）控製需求。根據工藝的操作需求確定控製需求，選擇手動、自動、就地控製或遠程控製等控製 模式以及需要的控製功能和控製點數，繼而確定輸入、輸出端子的數量和功能是否滿足要求。

５）通信需求。根據需求確定是否采用通信的方式進行遙控和遙信，進一步確定采用何種通信 方式。

６）配合櫃體(ti) 的需求。根據不同的櫃體(ti) ，選擇一 體(ti) 式還是分體(ti) 式的智能電動機保護器。一般情況下，固定櫃選擇一體(ti) 式的保護器，抽屜櫃選擇分體(ti) 式 的保護器。

７）特殊需求。是否要求輸入輸出端子可自由 定義(yi) 功能。

四、智能電動機保護器的應用實例

在有色冶煉中，根據工藝需求和客戶需求，智能電動機保護器的主要應用模式有保護模式、端子控 製模式、全通信模式和半通信模式。

４.１　保護模式

在保護模式下，智能電動機保護器隻利用其自身的保護功能和測量功能，不參與(yu) 外部控製，相當於(yu) 原來熱繼電器的作用。具體(ti) 接線如圖１所示。這種模式適用於(yu) 原有係統的改造升級，外部的 控製接線修改很小。優(you) 點在於(yu) 最大限度減少了因智能電動機保護器裝置本身出問題或通信出問題帶來的風險；缺點是沒能充分發揮智能電動機保護器的功能，遠程DCS控製線路仍然采用的是硬線。部分比較保守的客戶由於(yu) 對通信穩定性和可靠性的不信任，普遍采用這種模式。

４.２　端子控製模式

在端子控製模式下，智能電動機保護器通過自 身的開關(guan) 量輸入端子采集外部控製命令，繼而控製 其開關(guan) 量輸出電動機的起、停或正反轉等，具體(ti) 接線 如圖２所示。

在該模式下，智能電動機保護器具備保護和控 製兩(liang) 個(ge) 功能，相比上麵的保護模式，優(you) 勢在於(yu) 可以充 分使用智能電動機保護器的控製功能，但和保護模 式一樣，其遠程DCS控製線路仍為(wei) 硬線。

４.３　全通信模式

在全通信模式下，就地控製時智能電動機保護 器隻起保護作用，不參與(yu) 控製，相當於(yu) 保護模式；遠程ＤＣＳ通過通信線路控製智能保護器輸出電機起、停或正反轉等命令，如圖３所示。這種模式的優(you) 勢主要體(ti) 現在兩(liang) 個(ge) 方麵：一是保 證了就地控製的獨立性，盡可能規避通信控製帶來的風險，提高了安全係數；二是大大減少了電纜的使 用和接線的工作量。

影響這種模式推廣的關(guan) 鍵因素是客戶對通信的穩定性和可靠性的擔憂。實際應用中，個(ge) 別工程出現過 通信不暢、經常掉線、易受幹擾等問題，但基本都是由 於(yu) 通信網絡方案不合理、施工質量不佳以及通信線路 和產(chan) 品質量有問題等因素導致的，全通信模式本身已 經很成熟，並不存在大的問題，國內(nei) 外早已大量應用。

４.４　半通信模式

半通信模式的特點是電機的遠程DCS起、停控 製仍然采用硬線，隻有狀態信號的上傳(chuan) 走的是通信網絡，所以稱為(wei) 半通信模式，接線如圖４所示。半通信模式介於(yu) 保護模式和通信模式之間，是 一種折中的應用。其應用背景為(wei) ：客戶對智能電動機保護器信心不足，擔憂由於(yu) 通信不可靠導致電機 的起、停不受控製，繼而影響生產(chan) 或帶來安全事故， 故遠程的控製信號仍然采用硬線方式傳(chuan) 輸。不過這 種模式也為(wei) 將來改為(wei) 全通信模式留出了接口，方便日後升級改造。以上僅(jin) 以普通電機單相運行為(wei) 例，列出智能電 動機保護器４種常用的工作模式，每種模式都有其 應用的背景和現實需求，設計人員需要根據工程實 際和需求來選用合適的工作模式。

五、問題和建議

５.１　智能電動機保護器短路保護的問題

智能電動機保護器具有很多種保護功能，短路保護是其中之一。其主要保護邏輯是根據采集的電流進線分析和計算，當電流超過５倍電機額定電流時，其短路保護出口發出斷路器跳閘命令。該跳閘 命令是通過斷路器的分勵線圈來實現的，具體(ti) 可以參見圖１。這個(ge) 邏輯本身沒有問題，問題出在智能 電動機保護器和分勵線圈的工作電源上。一般情況下，該工作電源從(cong) 電動機主回路的某一相上取電，當時,該相電壓 也會(hui) 下降。當電壓下降到小於(yu)

智能電動機保護器和分勵脫扣器的正常工作電壓時，智能電動機保護器 和分勵線圈均無法正常工作，短路保護也無法實現。其實電動機主回路的斷路器本身就具備很好的短路保護功能，所以智能電動機保護器設置短路保護必 要性不大。

５.２　智能電動機保護器測量準確度低的問題

智能電動機保護器基本隻配備一組三相CT，而 保護器的保護功能肯定是一位的，測量和計量功能隻是附帶的，因而配置的CT首先要滿足保護功能的需求。保護功能所用CT要求較大的故障電流 通過時鐵心不能飽和，以便較好地反映一次電流值， 所以在正常電流通過時，智能電動保護器測量的準 確度較低。因此，智能電動機保護器的計量數據不適合作為(wei) 企業(ye) 的生產(chan) 成本數據，如果想采集能耗數 據，應單設測量CT和計量表。

５.３　智能電動機保護器和變頻器配合應用易受電

磁幹擾的問題

當智能電動機保護器與(yu) 變頻器安裝在同一個(ge) 櫃

內(nei) 配合使用時，智能電動機保護器會(hui) 因為(wei) 變頻器的電磁幹擾出現誤動作的情況。某工程中，智能電動機保護器作為(wei) 變頻器的旁路保護電器，正常情況下變頻器工作時，旁路沒有電流通過，但現場卻發現智 能電動機保護器不斷發出漏電故障報警。理論上來說，智能電動機保護器的抗電磁幹擾能力滿足國家 標準要求，不應該出現這種情況，但實際上這種情況 不少。因此建議智能電動機保護器和變頻器分櫃安 裝，盡可能遠離，避免幹擾。

５.４　端子輸入控製模式下的控製信號幹擾問題在端子輸入控製模式下，除了圖２接線方式，還有一種接線方式也經常用到，就是現場控製箱的按鈕和遠程的起、停信號直接接到智能電動機保護器的輸入端子。

這種方式的優(you) 點在於(yu) 沒有轉接，接線 比較簡單，但這種接線方式在工程中經常出現控製 信號的幹擾問題。而出現這種問題的原因在於(yu) 控製 信號電壓的不一致：端子輸入的電壓為(wei) 24vDC，而 輸出口至控製箱信號燈的電壓為(wei) 220vAC。如果設 計者沒有注意這一點，將至控製箱的所有信號合用 一根控製線的話，高壓幹擾低壓的現象就會(hui) 出現，導 致控製出現異常。避免這種問題的方法也很簡單，隻要將這兩(liang) 種不同電壓的信號用不同的控製電纜分開即可。

５.５　智能電動機保護器安裝在抽屜櫃中的通信問題

目前市麵上的智能電動機保護器采用的通信協議或接口有很多種，但無論采用何種協議或接口，當智能電動機保護器安裝在抽屜單元內(nei) 時就會(hui) 遇到通信電纜的連接問題。抽屜單元是可移動的，甚至是可移走替換的，它通過一次插頭和二次插 針與(yu) 外部固定的動力電纜和控製電纜連接。由於(yu) 智 能電動機保護器安裝在抽屜單元內(nei) ，它與(yu) 外部通信總線之間的連接就成了一個(ge) 難題。如果和其他控製信號一樣采用二次插針的方式，雖然可以解決(jue) 連接 的問題，但由於(yu) 二次插針裸露，沒有屏蔽層，無法保 證通信不被幹擾。通信的可靠性是一位的，所以大都采用了通信電纜從(cong) 櫃後直接穿孔進入抽屜單元後與(yu) 智能電動機保護器相連的方式。通信電纜在櫃後留有餘(yu) 量，當抽屜單元小範圍抽出時沒有問題，但 當抽屜單元抽出櫃體(ti) 時，就需要先拔掉連接頭，這種做法犧牲了抽屜單元的一部分便利性。國外家也有一些其他的解決(jue) 方案。例如，abb品牌在低 壓智能櫃imms裏采用一種特製的Profibus－DF通信插頭，但效果有待驗證；AB品牌智能電動機保護 器主要采用以太網通信，在低壓智能櫃裏采用以太 網插頭直接插接外部以太網網口。

六、保護器選擇分類

   現代智能電機保護器還有很多在實際生產(chan) 中需要的功能，如回看功能、遠程通訊、遠程控製、多種啟動方式選擇等。保護器在類型上分為(wei) ：一般普通型、數碼顯示監控型、智能監控中文顯示型。

6.1一般普通型

   結構比較簡單，主要功能以突出過載、缺相(三相不平衡)堵轉等故障保護。故障類型采用指示燈顯示。

6.2數碼顯示監控型

   數碼顯示監控型保護器，內(nei) 部電路運用單片機，采用數碼管作為(wei) 顯示窗口，智能化綜合保護，集保護、測量、通訊、顯示為(wei) 一體(ti) 。整定電流采用數字設定，用戶可以自行對各種參數修正。

6.3智能監中文顯示控型

   智能漢字顯示更適合國內(nei) ，與(yu) 其他類型相比，功能更加完善。此類產(chan) 品對各種參數、狀態、信息直接在操作麵板單元上中文漢顯液晶顯示，使界麵更加直觀醒目，並且支持遠程計算機通訊功能。啟動方式有多種選擇，並有存儲(chu) 回看功能，給後期的維護維修提供了數據依據。

七、保護器在選擇上應注意事項

在選擇保護器的同時，還要考慮到以下幾種因素：

7.1電動機主要參數：主要是功率、電壓、電流、頻率方麵,為(wei) 選型提供依據。

7.2使用環境因素的影響：主要指溫度、濕度、汙染等。

7.3電動機使用方向：指拖動機械設備要求。

7.4控製係統：控製模式有手動、自動化程序等工作運行。啟動方式有直接、降壓、星三角、頻敏變阻器、變頻器、軟起動等啟動方式。

7.5安裝要求：在選型上要考慮安裝空間大小，留有足夠的餘(yu) 量，便於(yu) 散熱及接線、維護、查看方便。

7.6靈敏度要求：是帶載啟動還是空載啟動，是滿載還是逐漸加載，主要是在電流設定方麵要考慮到啟動瞬間的電流值與(yu) 額定電流值之間的時間差。

7.7其他方麵：如生產(chan) 現場對電動機位置的隨意性、啟動停止的頻繁程度等。

八、hth下载地址馬達監控係統解決(jue) 方案

馬達監控係統實時監測工業(ye) 現場的低壓電動機回路及饋線回路的各類電參量數據，能夠幫助用戶對電機設備以及重要配電回路的電力參數、能源消耗、電能質量和運行狀態實行動態監控和數據化管理，實現公司重要生產(chan) 設備的可視化管理、智能監控和實時監管。

8.1、應用場所

適用於(yu) 電力、冶金、化工等各類工業(ye) 現場的電機回路及饋線回路的實時監控和自動化管理。

8.2係統功能

配電監測

以配電一次圖的形式直觀顯示電機的運行狀態，實時監測各電機、電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息，動態監視各電參量，有關(guan) 故障、告警等信號。

工藝流程監測

可根據用戶需求繪製詳盡的工藝生產(chan) 流程圖，直觀顯示生產(chan) 工序工藝流程及各機組運行狀況。幫助用戶實時掌握生產(chan) 信息。

參數查詢

詳細展示單個(ge) 電機設備或饋線回路的參數信息，包括電壓、電流、功率、電能等電參量信息，以及DI/DO狀態、故障信息等各類非電參量信息。

曲線查詢

可直接查看各個(ge) 數據曆史曲線，包括三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、功率因數、電阻值等曲線，便於(yu) 用戶分析回路的曆史運行狀況。

運行報表

係統具備定時抄表匯總統計功能，用戶可以自由查詢自係統正常運行以來任意時間段內(nei) 各電機的用電情況，即該電機用電量與(yu) 各分支回路消耗電量的統計分析報表。

實時事件告警

具有實時告警功能，係統能夠對電機狀態、電機脫扣狀態、報警狀態、合動作等遙信變位等事件發出告警，故障發生實時彈窗告警。

曆史事件查詢

係統能夠對遙信變位、電機狀態，以及電壓、電流、功率、功率因數越限等事件記錄進行存儲(chu) 和管理，方便用戶對係統事件和進行曆史追溯、查詢統計、事故分析。

權限管理

通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如遙控的操作，數據庫修改等）。可以定義(yi) 不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為(wei) 係統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

通信管理

馬達監控係統可以對整個(ge) 監控係統範圍內(nei) 的設備通信情況進行管理、控製、數據的實時監測。可以查看某個(ge) 設備的通信和數據報文。

通訊拓撲

實時監視接入係統的各設備的通信狀態，能夠完整的顯示整個(ge) 係統網絡結構；可在線診斷設備通信狀態，發生網絡異常時能自動在界麵上顯示故障設備或元件及其故障部位。

8.3、產(chan) 品選型

九、結束語

智能電動機保護器替代傳(chuan) 統熱繼電器是大勢所趨，通過智能電動機保護器以總線的通信方式組網 實現工廠低壓電機的遙測、遙控是智能配電和智能 工廠的基本需求。智能電動機保護器要想得到更好 的應用和推廣，還需要工程設計人員和設備廠家密 切配合，根據出現的問題提出更好的解決(jue) 方案。

【參考文獻】

【1】曾萍，胡景泰．電動機保護器的發展與(yu) 應用．中國電工技術學會(hui) 低壓電器專(zhuan) 業(ye) 委員會(hui) ．中國電工技術學會(hui) 低壓電器專(zhuan) 業(ye) 委員會(hui) 第十二屆學術年會(hui) 論文集．中國電工技術學會(hui) 低壓電器專(zhuan) 業(ye) 委員會(hui) ：中國電工技術學會(hui)

【2】黃凱，劉向軍(jun) ．電動機保護器的發展與(yu) 展望

【3】朱瑛珺，王麗(li) ．淺談智能馬達保護器的選用及安裝使用．電氣傳(chuan) 動自動化

【4】高文東(dong) ，李錦昕，宋運偉(wei) ．淺談電動機智能保護器的工程應用．氯堿工業(ye)

【5】林光榮．淺談低壓智能電動機保護器的應用．城市建設理論研究：電子版

【6】hth下载地址企業(ye) 微電網設計與(yu) 應用手冊(ce) .2022.05版。