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技術(shù)文章

智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器在某石油化工行業(yè)的應(yīng)用

技術(shù)文章

淮亞利

(安科瑞電氣股份有限公司,上海 嘉定  201801)

摘要:石油化工行業(yè)是連續(xù)型生產(chǎn)行業(yè),電動(dòng)機(jī)是石化行業(yè)的動(dòng)力來源,其安全穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)石化企業(yè)的平穩(wěn)生產(chǎn)起著至關(guān)重要的作用,低壓電動(dòng)機(jī)為石油化工生產(chǎn)中zui常用的機(jī)組,數(shù)量多、種類復(fù)雜,為保證低壓機(jī)組的正常平穩(wěn)運(yùn)行,本文以安科瑞ARD2F電動(dòng)機(jī)保護(hù)器在某石油化工行業(yè)的應(yīng)用為例進(jìn)行介紹,ARD2F保護(hù)控制器具有常規(guī)的過載、欠載及接地保護(hù),還具有不平衡、起動(dòng)超時(shí)及外部故障等保護(hù)[1],比較適合作為石油化工電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和運(yùn)行保護(hù),根據(jù)對(duì)ARD2F電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的實(shí)驗(yàn)摸索和理論研究,在功能、工程應(yīng)用等方面做出了較為詳細(xì)的敘述,為該保護(hù)裝置應(yīng)用提供了一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞:電動(dòng)機(jī)保護(hù)器、石油化工、工程應(yīng)用

1、引言

    現(xiàn)代石油工業(yè)中,電動(dòng)機(jī)作為一種拖動(dòng)機(jī)械,成為所有動(dòng)力機(jī)械基礎(chǔ),科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步和工藝控制不斷完善,尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)要求,迫切需要開發(fā)和完善電動(dòng)機(jī)控制和保護(hù)設(shè)備,實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程和大型機(jī)械遙控、遙測、遙調(diào)、故障診斷以及集中控制等功能。
  同時(shí),石油化工行業(yè)具有大通量、滿負(fù)荷連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)特點(diǎn),對(duì)電機(jī)設(shè)備可靠性和穩(wěn)定性要求*,一旦發(fā)生事故,必須馬上查找故障原因并及時(shí)消除,以保證及時(shí)恢復(fù)生產(chǎn),對(duì)于過去一直采用熱繼電器作為電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)和控制元件,受到元件質(zhì)量和工藝限制,已無法滿足日益發(fā)展石油工業(yè)自動(dòng)化要求,而新型的智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器,能夠滿足對(duì)電動(dòng)機(jī)的保護(hù)控制要求,作為電動(dòng)機(jī)保護(hù)元件,電動(dòng)機(jī)保護(hù)器有效保障了電機(jī)安全運(yùn)行、取代了熱繼電器,利用先進(jìn)通訊技術(shù),實(shí)現(xiàn)了電機(jī)控制自動(dòng)化,并取了顯著經(jīng)濟(jì)效益[2],本文主要對(duì)安科瑞ARD2F保護(hù)器的功能及其在某石油化工行業(yè)的應(yīng)用進(jìn)行具體介紹。

2、石油化工對(duì)保護(hù)器功能要求

    石油化工行業(yè)電機(jī)是大容量、高負(fù)荷連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備,因而對(duì)其可靠性、穩(wěn)定性及功能要求*,某石油化工運(yùn)行電機(jī)對(duì)ARD2F保護(hù)器具體功能要求為:

(1)過載保護(hù)功能

    電動(dòng)機(jī)在過負(fù)載情況下,長時(shí)間超過其額定電流運(yùn)行時(shí),會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)過熱,絕緣降低而燒毀,保護(hù)器根據(jù)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱特性,計(jì)算電動(dòng)機(jī)的熱容量,模擬電動(dòng)機(jī)發(fā)熱特性對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行保護(hù),當(dāng)保護(hù)器監(jiān)測到電動(dòng)機(jī)過載運(yùn)行了,保護(hù)器應(yīng)在報(bào)警或脫扣(延時(shí))設(shè)定時(shí)間內(nèi)發(fā)出報(bào)警或脫扣信號(hào)。

(2) 堵轉(zhuǎn)保護(hù)功能

    電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過程中,如果由于負(fù)荷過大或自身機(jī)械原因,造成電動(dòng)機(jī)軸被卡住,而未及時(shí)解除故障,將造成電機(jī)過熱,絕緣降低而燒毀電機(jī),堵轉(zhuǎn)保護(hù)適用于電動(dòng)機(jī)起動(dòng)發(fā)

生此類故障時(shí)進(jìn)行保護(hù)。

(3) 三相不平衡保護(hù)功能

    斷相/不平衡故障運(yùn)行時(shí)對(duì)電動(dòng)機(jī)的危害很大,當(dāng)電動(dòng)機(jī)發(fā)生斷相或三相電流嚴(yán)重不平衡時(shí),如不平衡率達(dá)到保護(hù)設(shè)定值時(shí),保護(hù)器按照設(shè)定的要求保護(hù),發(fā)出停車或報(bào)警,確保電動(dòng)機(jī)的安全運(yùn)行。

    三相不平衡率計(jì)算公式為:|I-Iav|/IX,Iav為三相電流平均值,當(dāng)Iav小于Ie時(shí),分母IX =Ie;當(dāng)Iav大于Ie時(shí),分母IX =Iav。

(4) 故障判斷及記錄功能

    石油化工生產(chǎn)現(xiàn)場電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中,需要電動(dòng)機(jī)保護(hù)器對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行檢測,判斷電動(dòng)機(jī)正常、過載、短路、斷相、過壓、欠壓、過熱等工況并作相應(yīng)處理,當(dāng)電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)某種故障時(shí),保護(hù)器切斷電動(dòng)機(jī)電源并處于保護(hù)狀態(tài),保存故障類型、時(shí)間及電機(jī)運(yùn)行參數(shù),電機(jī)保護(hù)器通過識(shí)別與記憶電路對(duì)故障予以設(shè)別、記憶和指示,以便于維修,只有故障排除后,復(fù)位保護(hù)器,故障指示燈消失,保證電動(dòng)機(jī)能夠再次啟動(dòng)。

(5) 抗晃電功能

    在石油化工生產(chǎn)過程中,主電路欠電壓故障或失壓停車,若在“立即重起動(dòng)時(shí)間"內(nèi)電壓恢復(fù)至允許重起動(dòng)設(shè)定正常值以上時(shí),保護(hù)器可使現(xiàn)場電動(dòng)機(jī)立即恢復(fù)至電動(dòng)機(jī)停車前的運(yùn)行狀態(tài),不經(jīng)過起動(dòng)延時(shí)、降壓等過程,若超過“立即重起動(dòng)失壓時(shí)間",而在“延時(shí)重起動(dòng)延時(shí)時(shí)間"設(shè)定時(shí)間內(nèi),電壓恢復(fù)至欠電壓(失壓)重起動(dòng)設(shè)定值以上,現(xiàn)場電機(jī)按“延時(shí)重起動(dòng)延時(shí)時(shí)間"延時(shí)起動(dòng),與正常起動(dòng)的過程相同,延時(shí)時(shí)間允許誤差為±10%,若超過“延時(shí)重起動(dòng)延時(shí)時(shí)間"后電壓恢復(fù),則電動(dòng)機(jī)不再自動(dòng)重起動(dòng),恢復(fù)電壓值誤差不大于±10%,采用具有抗晃電保護(hù)功能的保護(hù)器,能夠確保電動(dòng)機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行,并減少系統(tǒng)投資,在石化行業(yè)使用具有實(shí)際意義。

(6) 在線監(jiān)測功能

    控制室操作人員可通過保護(hù)器的通訊,在后臺(tái)人機(jī)界面上完成所有石油化工現(xiàn)場電動(dòng)機(jī)保護(hù)器各種保護(hù)整定參數(shù)讀取、修改和整定,同時(shí),在線監(jiān)測電機(jī)運(yùn)行負(fù)載和供電電源質(zhì)量,為及早發(fā)現(xiàn)過載和接故障等,創(chuàng)造了條件,后臺(tái)人機(jī)界面強(qiáng)大的信息管理功能,可有效記錄各臺(tái)電機(jī)型號(hào)、運(yùn)行方式、和歷史維護(hù)記錄,為保證工藝系統(tǒng)安全生產(chǎn)、減少事故停車,提供了可靠依據(jù)。

    安科瑞ARD2F電動(dòng)機(jī)保護(hù)器能對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的起動(dòng)超時(shí)、過載、堵轉(zhuǎn)、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、阻塞、過壓、欠壓、繞組超溫等多種情況進(jìn)行保護(hù),能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)行時(shí)間、次數(shù)統(tǒng)計(jì)等功能,對(duì)電機(jī)的運(yùn)行電流、電壓、運(yùn)行時(shí)間、起動(dòng)次數(shù)、報(bào)警和故障信息等進(jìn)行監(jiān)視,設(shè)有SOE故障事件記錄功能,方便現(xiàn)場維護(hù)人員查找故障原因,并通過LCD中文液晶顯示屏、狀態(tài)指示燈等各種方式,將電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)清晰、直觀地顯示出來,該保護(hù)器具有RS485遠(yuǎn)程通訊接口,DC4~20mA模擬量輸出,方便與PLC、PC等控制機(jī)組成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)在人機(jī)界面對(duì)電動(dòng)機(jī)監(jiān)視,滿足石油化工行業(yè)對(duì)電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的需求。
3、典型工程應(yīng)用案例

    在石化行業(yè)工程應(yīng)用中,由于石化裝置電機(jī)較多,因此需要選用電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置來對(duì)電機(jī)保護(hù),既能使電動(dòng)機(jī)充分發(fā)揮過載能力,又能免于損壞,而且還能提高電力拖動(dòng)系統(tǒng)的可靠性和生產(chǎn)的連續(xù)性,具體的應(yīng)用選擇應(yīng)綜合考慮電機(jī)的本身的價(jià)值、負(fù)載類型、使用環(huán)境、電機(jī)主體設(shè)備的重要程度等因素,力爭做到經(jīng)濟(jì)合理,在能滿足保護(hù)要求的情況下首先考慮zui簡單保護(hù)裝置,當(dāng)簡單的保護(hù)裝置不能滿足要求時(shí),或?qū)ΡWo(hù)功能和特性提出更高要求時(shí),才考慮應(yīng)用復(fù)雜的保護(hù)裝置,做到經(jīng)濟(jì)性和可靠性的統(tǒng)一,下面以安科瑞ARD2F智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器在石油化工行業(yè)配電間改造及抗晃電控制回路應(yīng)用為例進(jìn)行具體分析、介紹[3]

    圖4是ARD2F保護(hù)器在某石油化工總廠改造項(xiàng)目中的典型電氣原理圖,圖中電動(dòng)機(jī)保護(hù)器95、96是綜合保護(hù)器過負(fù)荷、斷相及電流不平衡、堵轉(zhuǎn)保護(hù)的輸出斷開觸點(diǎn),97、98是斷路器分勵(lì)脫扣觸點(diǎn),通過轉(zhuǎn)換開關(guān)SA實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)、運(yùn)行控制方式的切換,電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí),接觸器KM線圈得電,KM常開觸點(diǎn)閉合,常閉觸點(diǎn)斷開,電動(dòng)機(jī)運(yùn)行指示燈亮,當(dāng)電動(dòng)機(jī)發(fā)生過負(fù)荷、斷相、電流不平衡或者堵轉(zhuǎn)故障時(shí),保護(hù)器95、96觸點(diǎn)斷開,接觸器線圈斷電,KM常開觸點(diǎn)斷開,常閉觸點(diǎn)閉合,停止指示燈亮,對(duì)整個(gè)石化系統(tǒng)改造中電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障情況及時(shí)進(jìn)行保護(hù),電動(dòng)機(jī)處于試驗(yàn)狀態(tài)時(shí)情況與此一致。

圖4  ARD2F在某石油化工行業(yè)的應(yīng)用

    圖5中ARD2F應(yīng)用于某石油化工總廠配電間改造的典型電氣原理圖,圖中電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、停車由外部按鈕實(shí)現(xiàn),接觸器KM的線圈串聯(lián)在脫扣繼電器常閉觸點(diǎn)95、96中,當(dāng)電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí),閉合QA,按下起動(dòng)按鈕SF,KM線圈得電,KM常開觸點(diǎn)閉合,電動(dòng)機(jī)開始工作,按下停止按鈕SS時(shí),KM線圈失電,KM主觸點(diǎn)斷開,電動(dòng)機(jī)停止工作,如果電動(dòng)機(jī)發(fā)生脫扣故障,保護(hù)器脫扣觸點(diǎn)也會(huì)斷開,導(dǎo)致KM線圈失電,電動(dòng)機(jī)停止,對(duì)出現(xiàn)故障作出及時(shí)處理。

圖5  ARD2F在某石化配電間改造項(xiàng)目應(yīng)用

    圖6是ARD2F在某石化行業(yè)抗晃電控制回路工程應(yīng)用的典型電氣原理圖,圖中為實(shí)現(xiàn)抗晃電功能,電動(dòng)機(jī)保護(hù)器帶有抗晃電模塊,將交流電輸入接在抗晃電模塊的輸入端,抗晃電模塊的輸出接到電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的輔助電源輸入端,電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的電壓測量信號(hào)取自接觸器上級(jí),防止晃電時(shí)接觸器脫開,無法測得恢復(fù)電壓,線路正常供電時(shí)抗晃電模塊的內(nèi)部儲(chǔ)能裝置處于儲(chǔ)能狀態(tài),晃電期間由抗晃電模塊儲(chǔ)能設(shè)備向電動(dòng)機(jī)保護(hù)器供電,維持電動(dòng)機(jī)保護(hù)器正常工作,當(dāng)系統(tǒng)電壓恢復(fù)到“重起動(dòng)電壓"后,電動(dòng)機(jī)保護(hù)器對(duì)晃電持續(xù)時(shí)間進(jìn)行判斷,時(shí)間小于“立即重起動(dòng)失電時(shí)間,"立即吸合“輸出繼電器7、8"起動(dòng)電動(dòng)機(jī),晃電時(shí)間長于“立即重起動(dòng)失電時(shí)間",而小于“允許失電時(shí)間",執(zhí)行延時(shí)重起動(dòng),晃電時(shí)間長于“允許失電時(shí)間",不執(zhí)行起動(dòng),95、96接點(diǎn)作為保護(hù)接點(diǎn),保護(hù)器上電后處于常閉狀態(tài),當(dāng)出現(xiàn)故障或輔助電源斷電后變?yōu)槌i_狀態(tài),控制系統(tǒng)采用保護(hù)器抗晃電模塊[4],保證了電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的可靠性和安全性。

圖6  ARD2F在某石化行業(yè)抗晃電控制回路的應(yīng)用

4、ARD2F智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器在某石化行業(yè)運(yùn)行效果

     ARD2F智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器運(yùn)用到石化行業(yè)時(shí),給石油化工的自動(dòng)化生產(chǎn)過程帶來如下運(yùn)行效果:

  (1)系統(tǒng)信息集中

    用戶可以通過抄表的方式采集各個(gè)裝置節(jié)點(diǎn)的參數(shù),如:電動(dòng)機(jī)電流、電壓、電動(dòng)機(jī)運(yùn)行情況、電能等,用戶根據(jù)這些信息實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)場設(shè)備的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行情況實(shí)時(shí)分析處理;

   (2)智能化控制保護(hù)

    石化生產(chǎn)過程中使用ARD2F智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器后,如果電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)過載、缺相、超溫等現(xiàn)象時(shí),保護(hù)器將及時(shí)終止電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行,并對(duì)各種故障信息作出相應(yīng)的指示,在電網(wǎng)故障造成電壓瞬間較大幅度的波動(dòng)或者短時(shí)斷電又恢復(fù),帶抗晃電功能時(shí)可使電動(dòng)機(jī)保護(hù)器重新起動(dòng);

   (3)故障記錄便于現(xiàn)場問題分析

    在石油化工行業(yè)中,電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障后,應(yīng)及時(shí)的把備用電動(dòng)機(jī)投上而不影響運(yùn)行機(jī)制,對(duì)出現(xiàn)問題的電動(dòng)機(jī)應(yīng)及時(shí)處理以確保連續(xù)生產(chǎn),早期的處理方法需要花大量的人力物力還需要一定的時(shí)間才能分析出來,不便于應(yīng)用,而ARD2F智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器強(qiáng)大的故障記錄功能為維護(hù)人員節(jié)省了大量的時(shí)間,提高了生產(chǎn)的效率及系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。

5、結(jié)束語

    隨著當(dāng)代控制技術(shù)的不斷發(fā)展,電動(dòng)機(jī)已經(jīng)成為控制系統(tǒng)中重要的一部分,電動(dòng)機(jī)保護(hù)器也朝著多元化方向發(fā)展,因此我們工作人員需要充分考慮電動(dòng)機(jī)保護(hù)實(shí)際需求,超前、準(zhǔn)確、及時(shí)地判斷電動(dòng)機(jī)的故障,合理選擇保護(hù)功能和保護(hù)方式,實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的良好保護(hù),達(dá)到提高設(shè)備運(yùn)行可靠性,減少非計(jì)劃停車,減少事故損失的目的,電動(dòng)機(jī)保護(hù)器是發(fā)電、供電、用電系統(tǒng)的重要器件,廣泛的采用電動(dòng)機(jī)保護(hù)器,不但可以提高工藝控制準(zhǔn)確性、科學(xué)性,降低故障率,而且對(duì)于提高電氣控制系統(tǒng)的自動(dòng)化水平和發(fā)展國民經(jīng)濟(jì),起著積極的推動(dòng)作用。

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作者簡介:

淮亞利,女,安科瑞電氣股份有限公司,主要研究方向?yàn)殡姍C(jī)保護(hù)節(jié)能控制,,:,:

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