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浅谈提升机类设备电动机保护器的保护范围及优化

发布时间: 2022-03-03  点击次数: 127次
安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定201801
摘要:介绍了提升机的不同保护措施,分析了电动机保护器对提升机设备的保护范围。针对提升机类的设备提出定值优化和增加DCS系统辅助保护的措施,并对可靠性进行了验证,可以做到更加准确地保护负载设备。
关键词:提升机;电动机保护;DCS辅助保护
0 引言
我公司提升机等设备的电气保护主要由电动机保护器实现,但通过电动机电流间接保护会存在一定的保护范围,如对提升机料斗脱落等故障就无法提供保护。本文分析电动机保护器保护的局限性,介绍了优化的保护措施。
1电动机保护器的主要保护功能
1.1短路保护
短路保护主要针对电动机电缆或绕组出现的短路故障,短路保护动作逻辑见图1。任意一相电流超过设定值就应立即保护动作,所以电流定值一般为额定电流的5~7倍,动作延时0s。提升机在运行时几乎不可能达到相应整定电流,因此该保护仅对电动机具有保护作用,对提升机其他部件没有保护作用。
图1短路保护动作逻辑
1.2过载保护
过载保护是针对电动机电流超过电动机负载能力,且经过一定延时再启动的保护动作,其动作逻辑见图2。电流定值一般设定为电动机额定电流的1.1~1.3倍,延时20~60s。该保护主要也是保护电动机,对提升机其他部件保护作用不大。
图2过载保护和过负荷保护动作逻辑
1.3过负荷保护
过负荷保护是针对负载设备(提升机)超出正常负荷情况下,经过一定延时再启动的保护动作,其动作逻辑与过载保护相同,电流的定值是正常运行负荷下电流的1.1~1.3倍,根据负荷特性延时20~60s。该保护是针对负载设备超出正常运行电流的一种保护,在一定范围内可以保护负载设备。
1.4堵转保护
堵转保护是针对电动机或负载设备出现卡涩堵转故障时,经过一定延时再启动的保护动作,其动作逻辑见图3。电流定值一般设定为电动机额定电流的3~5倍,延时1~10s。该保护与过载、过负荷保护不同,在电动机启动完成后才会投入该保护功能,不用考虑提升机重载启动对定值的影响。同时保护电动机及负载设备。
图3堵转保护动作逻辑
2存在的问题
1)过负荷定值不合理
我公司提升机或胶带机设备由于存在重载启动等特殊情况,所以设备厂家在电动机选型时会考虑到重载情况下的启动能力,比如,一台提升机正常运行电流为100A,空载启动200A,但是重载启动可以达到500A,那么就需要以500A启动作为选型依据,选取额定电流为200A的电动机进行拖动。
但在做保护定值计算时,设备并未投产运行,所以过负荷保护一般是以电动机额定参数作为计算依据。一般过负荷系数在1.1~1.3倍之间,存在重载启动的设备一般会取值1.3倍,那么额定电流为200A的电动机过负荷电流取值为260A。由于过负荷为电流低倍数保护,防止负荷正常波动引起误动作,所以动作延时一般在20~60s之间,时间过长。
2)堵转保护可以优化
堵转保护一般用于设备已经出现严重卡涩或电动机已经堵转情况,所以电流定值设置一般都较大,无法保护一些较小的故障。但是我们可以利用堵转保护是在电动机启动完成后才投入的特点,进一步优化定值,不用再考虑电动机启动电流的影响。
3)负载设备保护过于依赖于电动机保护器不同于风机、水泵等单一设备,提升机或胶带机为复杂程度相对较高的设备,某元件(如料斗、托辊等)发生故障时,往往在电流特征上反映程度较小或传递时间较长,但对设备的伤害却较大。所以可以使用DCS软保护来监控。
3案例分析
2020年6月10日23:56,我公司4线烧成车间入窑提升机发生料斗脱落故障,故障期间投料量及电动机电流变化见图4。由于是个别料斗脱落,电流上升后又迅速回落,电动机保护器未动作。故障发生过程分析如下:
(1)23:56:10,电流145A,投料477t/h,开始出现料斗脱落导致刮擦。
(2)23:56:50,电流158A,投料478t/h,电流开始迅速上升。
(3)23:56:55,电流297A,投料477t/h,瞬时卡涩严重,电流上升至297A,中控开始减料。
(4)23:57:22,电流132A,投料50t/h,减料至低点后,中控又开始重新投料。
(5)23:58:04,电流261A,投料284t/h,中控重新投料至450t/h左右后,电流发生二次快速上升,电流升至261A,磁力耦合器过载保护启动,电流快速下降至72A左右。
(6)23:58:32,电流72A,投料54t/h,中控重新开始投料,但是磁力耦合器已过载脱开,电动机运转但提升机未运转,所以电动机电流不会增长。
(7)00:04:27,电流73A,投料43t/h,停止投料。
(8)00:06:06,电流73A,投料0t/h,停提升机。
电动机保护器主要定值见表1。
表1电动机保护器主要定值
从故障实际电流和电动机保护器定值来看,整个过程只有在3#点位的电流297A超过了过负荷保护定值276A,但是故障电流持续时间不到1s,持续时间未超过过负荷保护的定值,所以保护器跳闸出口未输出。
4定值优化和保护方式
1)定值优化
电动机保护器可以保护负载的功能只有过负荷保护和堵转保护,但过负荷保护只要保护器通电就投入,为了避开重载启动,需要有较长延时,所以对于电流不能长时间保持高位的故障起不到太大作用。
堵转保护功能的主要特点是可以在电动机启动完成后再投入,因此,可以不用考虑启动的影响。如果将4#入窑提升机堵转保护电流定值改为200A,时间定值改为2s,那么此次故障有两个电流波峰均可以启动保护动作。一次超过200A电流持续时间为4s,二次超过200A电流持续时间为6s,见图5。
图5部分电流波峰
由于保护器电流无法根据产量进行实时调整,所以在不同工况下保护范围也可能不一样,如6月10日4#线入窑提升机在未投料状态下发生故障,空载电流66A+故障上升电流150A=216A,但是超过200A的保持时间不足1s,所以电动机保护器仍然不会动作。
2)DCS系统电流保护
引用DCS电流保护作为补充保护措施。DCS可以实时根据投料量与提升机电流对应关系,做分段保护,不同的投料量对应不同的保护定值。
根据前期4#窑点火投料情况,计算出投料量和提升机电动机电流对应关系,并乘以1.3倍可靠系数(1.1~1.3),得出保护电流定值,均加以延时2s防误动。详见表2。
表2DCS保护电流定值
按6月10日晚故障情况做验证,当晚投料量477t/h,对应关系表中480t/h,保护电流188.5A,延时2s。
根据电流波形图(见图6)发现,两次电流超过188.5A的时间分别为5s和8s,*保护动作条件,所以在一次电流波峰23:56:55时就已经动作,比磁力耦合器保护动作(23:58:05)早1min10s,比中控操作停机(00:06:08)早9min13s。
图6电流波动趋势
5安科瑞智能电动机保护器介绍
5.1产品介绍
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neng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。
5.2技术参数
5.2.1数字式电动机保护器
5.3产品选型
说明:“√"表示具备,“■"表示可选。
6结束语
电动机保护器主要目的是保护电动机,在过负荷和堵转保护上可以在一定程度上保护负载设备,但是范围有限,特别对多组成部分的复杂设备某单元发生故障保护更有限。因此,可以引入DCS系统找到不同工况下的正常运行电流,经过计算得出比较合理的保护值,进行分段保护,可以做到更加准确地保护负载设备。
参考文献
[1]刘理桃.提升机类设备电动机保护器的保护范围及优化
[2]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版



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