一、 引言

隨著現(xiàn)代化水泥工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模變大，生產(chǎn)設(shè)備也越來越大型化，因此所需用的拖動電動機(jī)的功率也越來越大。水泥廠生產(chǎn)工藝流程較復(fù)雜，可以總結(jié)水泥生產(chǎn)過程為生料制備（一磨）、熟料煅燒（一燒）、水泥粉磨（二磨）。因此，低壓電動機(jī)作為水泥生產(chǎn)過程中常用的機(jī)組，數(shù)量多、種類復(fù)雜，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和工藝控制過程的不斷完善，尤其是適應(yīng)自動化生產(chǎn)要求，迫切需要開發(fā)和完善電動機(jī)的控制和保護(hù)設(shè)備，實現(xiàn)對整個自動化生產(chǎn)過程和大型機(jī)械設(shè)備的遙控、遙測、遙調(diào)、故障診斷以及集中控制等功能。

水泥生產(chǎn)是一項較龐大的工程，生產(chǎn)環(huán)境比較惡劣，粉塵污染嚴(yán)重，受生產(chǎn)工藝的限制使得其工作場所的通風(fēng)條件差且環(huán)境溫度較高，而且需要設(shè)定大量的工作站點，包括原料控制站、破碎站、原料粉磨站、熟料庫控制站、水泥磨控制站、水泥包裝控制站等，然而在這些站點中使用了大量低壓電動機(jī)來控制其他設(shè)備的運行，運用簡單的電壓表、電流表、電能表和頻率表等由于受到通信功能不夠靈活、儀表功能單一等多種條件的約束，已經(jīng)無法滿足電廠設(shè)備自動化生產(chǎn)的要求。水泥行業(yè)生產(chǎn)過程的特點為長周期運行，一旦開機(jī)，在沒有特殊情況發(fā)生的前提下，一般不會停機(jī)。現(xiàn)代化大型水泥企業(yè)年運轉(zhuǎn)率很高，這樣就需要有高質(zhì)量的、高可靠性的電氣設(shè)備保證其生產(chǎn)過程的連續(xù)不間斷性，一旦故障停機(jī)就會造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。智能型電動機(jī)保護(hù)器可實現(xiàn)重載起動，實現(xiàn)對電動機(jī)的溫度保護(hù)，還提供多種測控功能和控制模式，能夠滿足水泥生產(chǎn)過程對電機(jī)設(shè)備的保護(hù)及其控制要求，不僅能提高電機(jī)設(shè)備的運行能力、延長電機(jī)設(shè)備的使用壽命，同時也能提高企業(yè)生產(chǎn)效率、節(jié)約能源。本文以ARD2F智能型電動機(jī)保護(hù)器在水泥生產(chǎn)中的實際應(yīng)用進(jìn)行具體介紹。

二、水泥生產(chǎn)對保護(hù)器的功能要求

水泥行業(yè)電機(jī)是大容量、高負(fù)荷連續(xù)運轉(zhuǎn)的設(shè)備，電動機(jī)長期承受大負(fù)荷，就會使繞組上溫度上升過高而降低絕緣性能甚至損壞絕緣，縮短電動機(jī)的使用壽命，因此，對水泥生產(chǎn)過程中電機(jī)設(shè)備的可靠性、穩(wěn)定性及功能要求非常高。在生產(chǎn)運行或設(shè)備檢修過程中，常見的電動機(jī)故障可分為以下幾種：

1、機(jī)械故障

1）掃膛：由于軸承損壞、軸彎或者檢修人員裝配不當(dāng)，導(dǎo)致定轉(zhuǎn)子產(chǎn)生摩擦；

2）軸承損壞：由于軸承裝配不當(dāng)、定/轉(zhuǎn)子鐵心軸向錯位或重新對轉(zhuǎn)軸機(jī)加工后精度不夠、電動機(jī)本體運行溫升過高等；

3）振動：由于電動機(jī)本身或傳動裝置不良等。

2、電氣故障

1）缺相運行：電動機(jī)發(fā)生堵轉(zhuǎn)時電流比正常工作的電流大得多。在此情況下，運行時間過長或過于頻繁起動，將會導(dǎo)致電動機(jī)繞組燒毀；

2）繞組短路或接地：匝間短路的原因是電機(jī)溫度異常升高而導(dǎo)致的，而接地故障大多是由于繞組絕緣損壞；

3）三相電流不平衡：由于電動機(jī)外部電源電壓不平衡或內(nèi)部繞組匝間短路或電動機(jī)維修時線圈匝數(shù)錯誤或接線錯誤等。

因此，對某水泥廠電機(jī)設(shè)備進(jìn)行有效的維護(hù)是很有必要的，對ARD2F智能型電動機(jī)保護(hù)器具體功能要求如下：

（1）完善的電機(jī)保護(hù)功能

保護(hù)器通過采集電路中的三相交流電流、三相交流電壓、剩余電流、PTC熱電阻阻值、電動機(jī)電能等電力參數(shù)，以及電動機(jī)運行過程中的各種運動狀態(tài)等信號，經(jīng)保護(hù)器內(nèi)部處理運算，從而實現(xiàn)對過載反時限、過載定時限、接地、起動超時、漏電、欠載、斷相、堵轉(zhuǎn)、阻塞、短路、溢出、不平衡(電流、電壓)、過功率、欠功率、過壓、欠壓、相序、溫度、tE時間、外部故障、起動次數(shù)限制、運行時間報警、故障次數(shù)報警等綜合保護(hù)，進(jìn)而保證水泥廠生產(chǎn)工作的安全連續(xù)運行。

（2）及時排除電動機(jī)運行故障功能

水泥生產(chǎn)現(xiàn)場電動機(jī)運行過程中通過電動機(jī)保護(hù)器對電機(jī)設(shè)備進(jìn)行檢測，當(dāng)電動機(jī)出現(xiàn)狀況時應(yīng)及時發(fā)出報警信號，并記錄故障信息，方便維護(hù)人員查找故障原因并作出及時的處理，保證故障發(fā)生時電機(jī)設(shè)備動作的可靠性和靈敏性。

（3）對現(xiàn)場各設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測功能

水泥生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境比較惡劣，保護(hù)器不僅要提供電機(jī)設(shè)備的保護(hù)功能，而且要求能夠帶RS-485通訊接口，經(jīng)過Modbus-RTU/Profibus-DP通訊協(xié)議與上位機(jī)管理系統(tǒng)進(jìn)行通訊連接，實現(xiàn)實時監(jiān)測電動機(jī)的運行狀態(tài)以及運行過程中的電力參數(shù)，保證后臺操作人員能讀取、修改水泥成產(chǎn)現(xiàn)場電動機(jī)保護(hù)器的各種整定參數(shù)并通過后臺人機(jī)界面實時觀察當(dāng)前現(xiàn)場電動機(jī)控制回路的工作狀態(tài)、供電電源質(zhì)量等，實現(xiàn)對生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備遠(yuǎn)程實時監(jiān)控。

三、安科瑞電動機(jī)保護(hù)器在水泥廠應(yīng)用案例

水泥生產(chǎn)工藝流程較多，所以將保護(hù)器有效的應(yīng)用于電動機(jī)保護(hù)設(shè)備控制回路的同時要能夠滿足水泥廠的大型控制系統(tǒng)的要求。某水泥廠控制系統(tǒng)通過Profibus DP通訊接口與PC機(jī)、接觸器、電動機(jī)以及其他設(shè)備構(gòu)成控制系統(tǒng)，工程師通過監(jiān)控計算機(jī)以及生產(chǎn)管理軟件完成對整個系統(tǒng)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、處理、顯示和監(jiān)視功能，并在滿足權(quán)限和邏輯時，通過遠(yuǎn)程控制軟件實現(xiàn)對現(xiàn)場相應(yīng)的電機(jī)設(shè)備等的控制。

圖1  現(xiàn)場安裝照片

水泥廠采用保護(hù)器用于電機(jī)保護(hù)控制回路，取代熱繼電器等作為電動機(jī)的過載保護(hù)和控制元件，而且利用先進(jìn)的通訊技術(shù)，實現(xiàn)了水泥生產(chǎn)中電機(jī)設(shè)備控制的自動化。通過將90L顯示模塊嵌入安裝在開關(guān)抽屜的活動面板內(nèi)，來簡化水泥廠控制柜內(nèi)接線，使得配電室內(nèi)設(shè)備運行情況及故障狀態(tài)清晰可見，方便工程師隨時調(diào)整系統(tǒng)、設(shè)定參數(shù)和顯示、監(jiān)控以及檢修維護(hù)。將ARD2F保護(hù)器應(yīng)用于某水泥廠生產(chǎn)線電機(jī)設(shè)備的控制回路，實現(xiàn)水泥廠對電機(jī)保護(hù)的要求。如圖2是ARD2F智能型電動機(jī)保護(hù)器應(yīng)用于某水泥廠電動機(jī)設(shè)備控制回路工作原理圖：

圖2  ARD2F智能型電動機(jī)保護(hù)器應(yīng)用于某水泥廠電動機(jī)設(shè)備控制回路接線圖

由于現(xiàn)代水泥工廠采用的大型電機(jī)設(shè)備較多，大于110KW及以上的電機(jī)，均采用在主回路裝設(shè)電流互感器。考慮到水泥生產(chǎn)工藝的不同和企業(yè)投入的資金，電動機(jī)需要不同的起動方式，ARD2F智能型電動機(jī)保護(hù)器提供靈活的聯(lián)鎖功能，實現(xiàn)直接啟動、雙向啟動、星/三角啟動、自耦變壓器啟動等，使水泥廠大型設(shè)備的電機(jī)得到了有效保護(hù)和控制[2]。

四、ARD2F產(chǎn)品介紹

ARD2F智能電動機(jī)保護(hù)器適用于額定電壓至660V的低壓電動機(jī)回路，集保護(hù)、測量、控制、通訊、運維于一體。其完善的保護(hù)功能確保電動機(jī)安全運行，帶有邏輯可編程功能，可以滿足多種控制方式。可選配不同通訊模塊適應(yīng)現(xiàn)場通訊需求。

該產(chǎn)品采用分體式結(jié)構(gòu)，由主體、顯示單元、互感器組成，可適應(yīng)各種柜體的安裝。

技術(shù)參數(shù)

功能特點

■  支持基波和全波電力參數(shù)測量（U、I、P、Q、S、PF、F、EP、EQ），電流及電流不平衡度、電流正序、負(fù)序、零序分量、電壓、三相電壓相角、剩余電流。 

■  保護(hù)功能包括過載反時限、過載定時限、接地、起動超時、漏電、欠載、斷相、堵轉(zhuǎn)、阻塞、短路、溢出、不平衡(電流、電壓)、過功率、欠功率、過壓、欠壓、相序、溫度、tE時間、外部故障、起動次數(shù)限制、運行時間報警、故障次數(shù)報警。

■  9路可編程DI輸入，默認(rèn)采用內(nèi)置DC24V電源，也可選擇外部有源濕接點。

■  5路可編程DO輸出，滿足直接起動，星—三角起動，自耦變壓器起動，等多種起動方式，可通過通訊總線實現(xiàn)主站對電動機(jī)的遙控“起/停"。

■  可選抗晃電功能：支持晃電立即再啟動、失壓重起動。

■  可選配MODBUS_RTU通訊、PROFIBUS DP通訊，支持2路通訊接口。

■  可選配1路DC4-20mA模擬量輸出接口，與DCS系統(tǒng)相接，可實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)控。

■  具有故障記錄、起動記錄、停車記錄、DI變位記錄和再起動記錄等各類事件記錄。

■  顯示界面液晶顯示，支持中/英文切換。

五、結(jié)束語

隨著電子技術(shù)及通訊技術(shù)的不斷發(fā)展。電動機(jī)保護(hù)器也在朝著多元化方向發(fā)展，電動機(jī)保護(hù)器在水泥企業(yè)的應(yīng)用也越來越廣泛，合理選擇電機(jī)設(shè)備的保護(hù)功能和保護(hù)方式，可提高設(shè)備運行的可靠性，能夠預(yù)防并杜絕電機(jī)燒毀，同時減少了因非計劃停車而造成的損失，降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本。

參考文獻(xiàn)

[1] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2022.01版.

[2] GB 14048.4-2020 低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 第4-1部分：接觸器和電動機(jī)起動器 機(jī)電式接觸器和電動機(jī)起動器(含電動機(jī)保護(hù)器).

[3]楊建華,劉葳.電動機(jī)保護(hù)器在水泥行業(yè)的應(yīng)用.水泥技術(shù).2009(05)