智能馬達保護器在有色冶金行業中的應用

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缺點，并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、端子控制模式、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，最后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，給出了相應解決方法和建議。

   關鍵詞：智能電動機保護器；過載保護；選型；工作模式；保護模式；端子控制模式；全通信模式；半通信模式

前言

   低壓電動機作為有色冶煉企業底層大量使用的設備，其異常運行不僅影響冶煉廠的正常生產，還會威脅到人的生命安全，因此為電動機設置合適而又全面的保護至關重要。智能電動機保護器集保護、遙測、通信、遙控、顯示等功能于一體，是目前功能的電動機保護設備，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面監控。

一、電動機過載保護設備的發展

1.1熱繼電器

   熱繼電器是一種傳統的電動機保護裝置，使用不同熱膨脹系數的雙金屬片來實現反時限保護。其特點是結構簡單、價格低廉，但也存在穩定性、重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，從最初的模擬電路的固態繼電器發展到后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、保護和控制功能于一體。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，并能滿足各種起動控制方式。

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，不僅可以采集數據，在線監視運行狀態，還能實現遠程控制。特別是現場總線型網絡通信的應用，簡化了網絡結構，大大減少了控制線纜的使用。

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模塊、顯示模塊兩部分構成。主體模塊包含電源模塊、數字信號處理器、開關量輸入輸出模塊、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。

   若主體模塊和顯示模塊合為一體，則稱為一體式智能電動機保護器；若分開，則稱為分體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于本體之外。

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并處理電機回路的電流和電壓信號，并根據遙控指令或者就地控制指令確定電機起動或停止。雖然不同品牌的產品名稱、型號各異，但其核心功能基本都一樣，具體如下:

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)控制功能。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，可采集電動機相關的各種電氣狀態數字信號(斷路器狀態、接觸器狀態以及控制命令)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、DeviceNet和Ethnet-IP等，可實現遠程的起、停控制和狀態量的反饋。

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制需求來確定。

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、電磁污染等。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苛，這一點需要特別注意。

2)控制電壓。根據系統的控制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提供24VDC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)控制需求。根據工藝的操作需求確定控制需求，選擇手動、自動、就地控制或遠程控制等控制模式以及需要的控制功能和控制點數，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)配合柜體的需求。根據不同的柜體，選擇一體式還是分體式的智能電動機保護器。一般情況下，固定柜選擇一體式的保護器，抽屜柜選擇分體式的保護器[4]。7)特殊需求。是否要求輸入輸出端子可自由定義功能。

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、端子控制模式、全通信模式和半通信模式。

4.1保護模式

   在保護模式下，智能電動機保護器只利用其自身的保護功能和測量功能，不參與外部控制，相當于原來熱繼電器的作用。具體接線如圖1所示。

圖1保護模式接線圖

   這種模式適用于原有系統的改造升級，外部的控制接線修改很小。優點在于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控制線路仍然采用的是硬線。部分比較保守的客戶由于對通信穩定性和可靠性的不信任，普遍采用這種模式。

4.2端子控制模式

   在端子控制模式下，智能電動機保護器通過自身的開關量輸入端子采集外部控制命令，繼而控制其開關量輸出電動機的起、停或正反轉等，具體接線如圖2所示。