浅谈智能电动机保护器在煤矿电机上的应用
浅谈智能电动机保护器在煤矿电机上的应用
赵娜
安科瑞电气股份有限公司
目煤矿系统设备上使用的电机，大部分采用热继电器，作为电机的过载保护元件，因其体积小、结构简单、成本低等点在生产中得到了广泛应用。但由于热继电器灵敏度低、误差大、稳定性差，保护不可靠。受环境、温度、本身材料等影响，在保护电机方面，已经不能适应现代化煤矿生产的需要。
1 煤矿设备电机损坏原因及改进的目的
在维修车间的维修过程中，我们发现，大部分损坏的电机，都是由于过流、堵转、过载、断相、欠电压造成。而造成这些电机损坏的原因却不尽相同，往往保护电路失灵、失效、参数选择不正确等，都是造成事故电机损坏的罪魁祸。如果能提预警，及时处理，就能大大地避免对设备电机造成的伤害，延长其使用寿命，降低了维修成本，提高运行系数。
基于以上原因，对煤矿设备电机的保护改进上也势在必行。目，市场上电机保护产品未有统标准，型号规格五花八门。制造厂商为了满足用户不同的使用需求派生出很多的系列产品，种类繁多，功能繁杂，给使用选型带来诸多不便。所以我们要根据自己的实际情况，考虑实际要求，来选择保护模式和方式。
大部分煤矿地处偏僻，环境恶劣。对电机保护器选型也提出了苛刻的要求。所以在选择保护器上定要考虑电机与保护器的合理配用关系。理想的电机保护器不是功能多，也不是所谓先进的，而是应该满足现场实际需求，做到经济性和可靠性的统，具有较高的性能价格比。
2 智能电机保护器的现场应用与选型
以我们用常见的智能型保护器为例来说明，介绍下电机保护器外部输入与保护器的配合关系，以便给选型和使用提供些参考。
常见的几种引起电机故障源输入信号连接方式。主要有：电压信号输入、电流信号输入、序信号输入、温度信号输入。电源采用交流220V供电，输出方式直接采用接触器控制。
其他输入输出功能备选，如模拟量输出可直接连接电压表、电流表,以及作为其他外接设备的驱动信号。RS485通讯接口可用来远程计算机连接监测控制电机，作为大型设备和危险操作场所是*的。开关量信号输入可作为电机启动模式选择，使用比较灵活。作为扩展功能备用。
2.1 欠压、过压、缺相保护
2.1.1 欠压
当供电系统出现不正常的情况，电压降低到定程度，电机就会出现疲劳、堵转，达到几倍的过电流。有时，在电压恢复的瞬间，快要停转或已经停转的电机同时运转，会导致线路电压的重新下降，在配电系统中要尽量避免。所以，接入欠压保护是十分必要的。
2.1.2 过压
外因：由雷击引起。
操作过电压：由分闸、合闸等开关操作引起线路电感在器件两端感应出的过电压。
当供电系统中，其相电压高于我们预设的保护电压值，保护器动作，断开常闭触点、使KM断电，主触头断开，电机停转。从而保护电机。
2.1.3 缺相
在煤矿系统中，有相当部分设备采用三相不接地供电。当供电系统中，某相断电，会使设备电机电流突然变大，使输入电压不正常，当电压值异常于设定值，保护器动作。切断KM接触器。
2.2 过流保护
过流保护是电机保护中的要点，对电机的危害也大。主要包括过载、短路、堵转、三相不平衡等。我们把电流互感器作为检测和输入元件。
2.2.1 过载
如果在某种情况下使电机的实际使用功率超过电机的额定功率，则称这种现象为电机过载。过载电机的工作电流大于其额定电流，通常在1.5倍以内应属正常范围。旦超出正常范围，保护机构动作，切断接触器，同时发出过载信号。
2.2.2 短路
三相电机的短路情况复杂些，有单相接地短路，也有相间短路；单相接地短路时中任意相与PE线直接短接了，般不会烧毁电机，但是会在电机外壳带电，容易造成触电。另外就是相间短路，有两相短路，也有三相短路，三相短路电流会大得多。电机内部短路大都是电机绕组绝缘损坏造成的，绝缘损坏般是电机长时间过载运行造成。当电机绝缘破坏、内部匝间短路、接线错误等，都将发生短路现象，瞬间的短路电流使保护器动作，避免事故进步扩大。
2.2.3 堵转
当负载突然变大，电机本身内部问题(轴承损坏、扫膛)、传动机构、变速器等，上述任何个环节出现问题，都是导致堵转的原因。堵转会使电机电流持续增加，可达额定电流的7倍，时间稍长就会烧坏电机，当电流值达到保护器设定值时，保护器动作。
2.3 序保护
相序保护输入端，正常运行的电机电流大小、向量之和等于，序互感器二次线圈的电流也为，当发生接地故障时，序互感器二次线圈将出现较大的电流，发出信号切断供电，序保护主要用来作为漏电保护。
2.4 温度检测
高温是电机绝缘的故障，有时电流值未达到保护值，但是温度已经高到足以损害绝缘状态时，应该加以保护。在电机内部安装个热敏元件，当环境温度变化、散热不良等些原因，设备出现异常致使温度升高，超出我们设定的温度范围，保护器执行保护动作，断开电机回路，避免高温带来的设备损害。
以上我们只做了几种常用的保护措施输入，对些不经常巡shi、距离远、危险场所(如高温、腐蚀)，应配合远程控制功能，既保证设备的正常运行，又可保证人员工作正常，使生产顺利进行。
对于般电机，以上保护环节已经基本能满足现场需要。当然还要考虑到现场环境，如现场湿度、环境温度，操作端与执行端距离的要求，设备维护周期，对电网波动敏感程度等。
经过以上改进，使我们能够提预知电机运行状态，在出现问题时，能够及早判断。通过保护器的回看功能，还能判断出现问题的基本位置，为维修维护提供依据。
3 保护器选择分类
现代智能电机保护器还有很多在实际生产中需要的功能，如回看功能、远程通讯、远程控制、多种启动方式选择等。
保护器在类型上分为：般普通型、数码显示监控型、智能监控中文显示型、专机型。
3.1 般普通型
结构比较简单，主要功能以突出过载、缺相(三相不平衡)堵转等故障保护。故障类型采用指示灯显示。
3.2 数码显示监控型
数码显示监控型保护器，内部电路运用单片机，采用数码管作为显示窗口，智能化综合保护，集保护、测量、通讯、显示为体。整定电流采用数字设定，用户可以自行对各种参数修正。
3.3 智能监中文显示控型
智能汉字显示适合内，与其他类型相比，功能加完善。此类产品对各种参数、状态、信息直接在操作面板单元上中文汉显液晶显示，使界面加直观醒目，并且支持远程计算机通讯功能。启动方式有多种选择，并有存储回看功能，给后期的维护维修提供了数据依据。
3.4 专机型
针对某台或某种设备为主的保护器，保护功能相近，外形和接线方式改变，突出性。
4 保护器在选择上应注意事项
在选择保护器的同时，还要考虑到以下几种因素：
(1)电动机主要参数：主要是功率、电压、电流、频率方面,为选型提供依据。
(2)使用环境因素的影响：主要指温度、湿度、污染等。
(3)电动机使用方向：指拖动机械设备要求。
(4)控制系统：控制模式有手动、自动化程序等工作运行。启动方式有直接、降压、星三角、频敏变阻器、变频器、软起动等启动方式。
(5)安装要求：在选型上要考虑安装空间大小，留有足够的余量，便于散热及接线、维护、查看方便。
(6)灵敏度要求：是带载启动还是空载启动，是满载还是逐渐加载，主要是在电流设定方面要考虑到启动瞬间的电流值与额定电流值之间的时间差。
(7)其他方面：如生产现场对电动机位置的随意性、启动停止的频繁程度等。
5 安科瑞ARD系列智能电动机保护器介绍与综合选型
5.1产品简介
ARD该系列低压电动机保护器，具有过载、断相、不平衡、欠载、接地/漏电、堵转等保护功能。可与接触器、电动机起动器等电器元件构成电动机控制保护单元，具有远程自动控制、现场直接控制、面板指示、信号报警、现场总线通信等功能。应用范围：可广泛应用于煤矿、石化、冶炼、电力、建筑等行业的配电领域。
6 结语
通常选用电机保护器，要充分考虑到电机的过载能力，避免损坏。提高可靠性和生产的连续性。力争做到经济合理。在功能选择上应综合考虑到电机的本身的价值、负载类型、使用环境、占主体设备上的重要程度、停止电机运行是否会对生产造成影响以及影响的程度等因素。
通过以上改造，必定能改善供电、用电系统的稳定性，并且对煤矿电气控制系统的自动化水平提高了个台阶，同时大大降低了维修成本，提高了电机的运行效率，增加了经济效益，对煤矿生产具有推进作用。
【参考文献】
[1] 钟秋海.现代控制理论.[M]高等教育出版社,2004
[2] 袁春艳.智能电机保护器在煤矿设备电机上的使用与选型
[3] 安科瑞企业微电网设计与应用手册2019.11
作者简介：赵娜，女，现任职于安科瑞电气股份有限公司，主要从事电动机保护器的设计与应用。
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