安躍強(qiáng)

摘 要：闡述電動(dòng)機(jī)（礦用）智能化綜合保護(hù)器體系的全部結(jié)構(gòu)，同時(shí)解析并探索了保護(hù)器的維護(hù)準(zhǔn)則，這些準(zhǔn)則包括面向電動(dòng)機(jī)的電壓負(fù)載較高、走電、電壓不足、短路等普遍存在的電路安全問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：電氣阻礙；電動(dòng)機(jī)；智能保護(hù)器

一、引言

電動(dòng)機(jī)保護(hù)年限、運(yùn)行方法以及環(huán)境等問(wèn)題均可能造成作業(yè)過(guò)程中的各種阻礙，使其運(yùn)行過(guò)程不能得到有效的保障。電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中常常發(fā)生毀壞以及散熱道擁塞的故障，尤其井下粉塵較多、氣體濕潤(rùn)等惡劣環(huán)境更容易造成電動(dòng)機(jī)故障。電動(dòng)機(jī)的智能綜合保護(hù)器為解決上述問(wèn)題提供了一個(gè)契機(jī)。通過(guò)考察和研究，發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)造成的電氣故障包括電壓過(guò)高、一相或多相斷開(kāi)、三相電流值不一致、短路、電壓不足、漏電等問(wèn)題。

二、電動(dòng)機(jī)（礦用）智能綜合保護(hù)器構(gòu)造解析

電動(dòng)機(jī)（礦用）智能綜合保護(hù)器體系的主要設(shè)計(jì)以及作用對(duì)象是煤礦井電力體系，具體操作過(guò)程是：首先分別運(yùn)用電壓、電流互感器對(duì)其展開(kāi)變壓操作，運(yùn)用信號(hào)采集及調(diào)理電路，將其具象為數(shù)字信號(hào)，這一過(guò)程需要確保微控制器可以甄別。在完成上述操作后，要對(duì)所采集的信號(hào)進(jìn)行分析和解析，通過(guò)編程操作完成對(duì)微控制器的處置，從而在電動(dòng)機(jī)維護(hù)控制電路配置完善的基礎(chǔ)上，甄別電動(dòng)機(jī)目前處于何種狀況，從而維護(hù)和保障電動(dòng)機(jī)。為實(shí)現(xiàn)地面與煤礦井下的聯(lián)通檢查，避免由于煤礦井下實(shí)地勘察不方便造成的安全隱患問(wèn)題，在電動(dòng)機(jī)智能綜合保護(hù)器上應(yīng)配備通信裝置，使得煤礦井下與地面上位機(jī)實(shí)現(xiàn)便捷通信，同時(shí)設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)報(bào)警界面并配備電動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)狀態(tài)，以達(dá)到人機(jī)交互的良好效果。最后，為使電動(dòng)機(jī)與不同電網(wǎng)電壓等級(jí)相適宜，應(yīng)在保護(hù)器上增添按鍵調(diào)節(jié)選項(xiàng)。

三、保護(hù)器工作狀態(tài)分析

3.1漏電保護(hù)

煤礦井下電動(dòng)機(jī)及其供電線路常見(jiàn)的漏電故障有以下幾種。

1）電動(dòng)機(jī)以及供電線路的絕緣面上出現(xiàn)弧光接地或金屬性接地，這是由電動(dòng)機(jī)放置時(shí)間過(guò)久，電壓過(guò)強(qiáng)出現(xiàn)的穿透問(wèn)題，設(shè)備及機(jī)械損壞等造成。

2）電動(dòng)機(jī)或供電線路出現(xiàn)漏電事故。這一現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是線路的帶電體暴露在空氣中，使得煤礦井下施工作業(yè)人員意外接觸到帶電體。還有一種觸電方式是施工作業(yè)人員接觸到導(dǎo)體造成其中一相接地。

3）電動(dòng)機(jī)或供電線路外殼帶電造成的安全隱患。這是由于線路經(jīng)常展現(xiàn)在濕潤(rùn)的外部環(huán)境中，使得電阻減小，即相應(yīng)地增大進(jìn)入地面的電流。

人員觸電傷亡的主要原因是流入人體的電流較大以及經(jīng)由電流的時(shí)間間隔較長(zhǎng)所導(dǎo)致的。人身接觸到一根裸導(dǎo)線時(shí)，保證人身安全的最大電流是30mA，就是說(shuō)，不超過(guò)30mA的電流經(jīng)由人體不會(huì)造成人員死亡，這是基于電網(wǎng)電容不在考慮范圍的情況下。在煤礦井下不超過(guò)50mA是瓦斯引爆的安全電流，故漏電安全臨界電流值應(yīng)該為30mA。

在煤礦井下，一般不容易甄別出中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)是否出現(xiàn)故障，這是因?yàn)樗穆╇婋娏鳂O小，此時(shí)需要把三相交流電源與附加直流檢測(cè)電源相互連接，如中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生漏電，則電流運(yùn)行方式會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變，變?yōu)閺碾娫凑龢O、電網(wǎng)對(duì)地絕緣電阻、三相交流電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、電源負(fù)極的方向運(yùn)轉(zhuǎn)。電網(wǎng)對(duì)地絕緣電阻值的浮動(dòng)可以通過(guò)電保護(hù)電路檢測(cè)采樣電阻兩端電壓的值得到，單回路系統(tǒng)電流并未發(fā)生變化，這一過(guò)程需要增添接地的檢測(cè)電源互投器，可以電網(wǎng)的漏電問(wèn)題，被稱為附加直流電源漏電保護(hù)法。

漏電保護(hù)的另外一種方法是漏電閉鎖。漏電閉鎖是指一種能夠檢測(cè)到帶電體的設(shè)備，該設(shè)備能夠在線路漏電時(shí)，自動(dòng)察覺(jué)漏電體的存在并及時(shí)關(guān)閉起電閘，避免因電流流入造成的漏電問(wèn)題，從而減少安全問(wèn)題的發(fā)生。

如若三相交流電體系未通電，電網(wǎng)對(duì)地絕緣電阻值的浮動(dòng)可以運(yùn)用附加直流電源的方式監(jiān)測(cè)到，漏電現(xiàn)象可以有效地通過(guò)監(jiān)測(cè)電阻值浮動(dòng)減少。同時(shí)，在三相交流電網(wǎng)絡(luò)未通電時(shí)，接觸器觸電點(diǎn)在漏電保護(hù)中至關(guān)重要，這是因?yàn)榻佑|器主觸點(diǎn)自動(dòng)斷開(kāi)，能夠把附加直流電源對(duì)接到系統(tǒng)中。在發(fā)生漏電情況時(shí)，漏電閉鎖的作用同樣可以顯現(xiàn)出來(lái)，這是因?yàn)殡妷旱淖儎?dòng)能夠激活漏電保護(hù)電路，達(dá)到漏電閉鎖的作用效果。

3.2維護(hù)電動(dòng)機(jī)過(guò)載

長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行、短時(shí)間運(yùn)行、重復(fù)短時(shí)間運(yùn)行是普遍的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行方式。每種運(yùn)行方式對(duì)應(yīng)不同的發(fā)熱狀況，在短時(shí)間運(yùn)行、重復(fù)短時(shí)間運(yùn)行過(guò)程中，是可以有較大輸出的電流過(guò)載；但是在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過(guò)程中，長(zhǎng)期電流過(guò)載是不允許的。如何使得長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)間下電動(dòng)機(jī)能夠順利進(jìn)行，這便將電動(dòng)機(jī)的電流過(guò)載能力置于關(guān)鍵地位。

電流值的高低影響動(dòng)作時(shí)間的趨勢(shì)，具體電流值的倍數(shù)增長(zhǎng)下的動(dòng)作時(shí)間應(yīng)該成為電動(dòng)機(jī)過(guò)載時(shí)間的衡量方式，使得故障電流高低（反時(shí)限過(guò)載倍數(shù)）高時(shí)，過(guò)載保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間呈降低趨勢(shì)，即二者為反比關(guān)系。

為了避免電動(dòng)機(jī)電流過(guò)載出現(xiàn)的安全問(wèn)題，可以通過(guò)檢查電動(dòng)機(jī)的工作電流甄別電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱狀況。當(dāng)工作電流超過(guò)額定電流時(shí)，即發(fā)生了電動(dòng)機(jī)電流過(guò)載的問(wèn)題，這一現(xiàn)象增加了電動(dòng)機(jī)的銅耗，造成繞組變熱進(jìn)而損毀電動(dòng)機(jī)，這是通過(guò)檢查電流識(shí)別發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)熱狀況的原理。由于電流檢測(cè)相對(duì)安全便捷、能夠在所有電氣負(fù)載中使用，而且在設(shè)備損毀時(shí)維修便捷，應(yīng)用廣泛。故在煤礦井下在維護(hù)電動(dòng)機(jī)時(shí)應(yīng)采取反時(shí)限過(guò)載保護(hù)方法，使得電動(dòng)機(jī)安全、高效運(yùn)行。

3.3保護(hù)短路

電流短路在發(fā)動(dòng)機(jī)故障中十分常見(jiàn)，也會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的后果，故速斷保護(hù)是電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)器的設(shè)置。速斷保護(hù)裝置中，短路整定電流應(yīng)顯著超過(guò)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電流，8～10倍，時(shí)限設(shè)置應(yīng)超過(guò)0.04ｓ，這個(gè)時(shí)間間隔指的是避開(kāi)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)瞬間產(chǎn)生的沖擊電流的時(shí)間。這是因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)自身啟動(dòng)時(shí)的電流已經(jīng)非常之大，故短路電流倍數(shù)更應(yīng)明顯變大。

堵轉(zhuǎn)同樣是電動(dòng)機(jī)作業(yè)過(guò)程中常見(jiàn)的故障之一，通常把能夠支撐電動(dòng)機(jī)平穩(wěn)啟動(dòng)的極大電流設(shè)定為堵轉(zhuǎn)保護(hù)的整定值，以區(qū)別堵轉(zhuǎn)故障電流和正常啟動(dòng)電機(jī)的電流。時(shí)間限制為8～16ｓ，這里的時(shí)間設(shè)置指電動(dòng)機(jī)在承重較大時(shí)平穩(wěn)啟動(dòng)的時(shí)間，這是因?yàn)槎罗D(zhuǎn)發(fā)生時(shí)的電流同樣接近電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電流。在設(shè)計(jì)中采用對(duì)電流的鑒幅式保護(hù)原理，其中可以對(duì)短路電流保護(hù)值進(jìn)行設(shè)定，以適應(yīng)于不同的電網(wǎng)等級(jí)中。

3.4對(duì)一相或多相斷開(kāi)與三相電流幅值不一致的保護(hù)一相或多相斷開(kāi)與三相電流幅值不一致是導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)損毀的重要原因，這是因?yàn)槿嚯娏鞣挡灰恢乱簿褪禽斎腚娏鞑粚?duì)稱的狀態(tài)，會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)機(jī)故障。另外，在三相電流幅值不一致較為嚴(yán)重的狀態(tài)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一相或多相斷開(kāi)的狀況，也會(huì)使得電動(dòng)機(jī)燒損，約有超過(guò)10％的電動(dòng)機(jī)損壞是由以上兩種原因造成的。因此，一相或多相斷開(kāi)與三相電流幅值不一致也是電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)器設(shè)置過(guò)程中的重要考慮因素。

一相或多相斷開(kāi)與三相電流幅值不一致等故障使得輸電以及變壓器的銅損大大增加。如若三相電流幅值不一致的程度達(dá)到最高值即100％時(shí)，那么需要采取對(duì)應(yīng)保護(hù)措施，因?yàn)榇藭r(shí)電路中易發(fā)生多相斷開(kāi)故障。

3.5對(duì)電壓不足和電壓過(guò)高時(shí)的保護(hù)

煤礦井下保護(hù)有兩種重要的類型：對(duì)電壓不足和電壓過(guò)高時(shí)的保護(hù)。電壓過(guò)高是指超過(guò)115％額定電壓的電網(wǎng)電壓，推遲跳閘時(shí)間是保護(hù)器此刻采取的對(duì)應(yīng)措施。電壓不足指低于額定電壓的75％的電網(wǎng)電壓，此時(shí)保護(hù)器采取的對(duì)應(yīng)措施仍是推遲跳閘時(shí)間。為解決電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)的電壓過(guò)高及電壓不足問(wèn)題，鑒幅式保護(hù)應(yīng)運(yùn)而生。它把檢測(cè)到的電網(wǎng)電壓值采取直流與交流電路互換的措施，并通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器采取對(duì)應(yīng)保護(hù)措施。

四、ARD系列電動(dòng)機(jī)保護(hù)器產(chǎn)品選型介紹

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

4.1、功能特點(diǎn)

■支持基波和全波電力參數(shù)測(cè)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(guò)載反時(shí)限、過(guò)載定時(shí)限、接地、起動(dòng)超時(shí)、漏電、欠載、斷相、堵轉(zhuǎn)、阻塞、短路、溢出、不平衡(電流、電壓)、過(guò)功率、欠功率、過(guò)壓、欠壓、相序、溫度、tE時(shí)間、外部故障、起動(dòng)次數(shù)限制、運(yùn)行時(shí)間報(bào)警、故障次數(shù)報(bào)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(diǎn)。

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

■可選抗晃電功能：支持晃電立即再啟動(dòng)、失壓重起動(dòng)。

■可選配MODBUS_RTU通訊、PROFIBUSDP通訊，支持最多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(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的監(jiān)控。

■具有故障記錄、起動(dòng)記錄、停車(chē)記錄、DI變位記錄和再起動(dòng)記錄等各類事件記錄。

■顯示界面液晶顯示，支持中/英文切換。

4.2、產(chǎn)品選型

五、結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的故障問(wèn)題，通過(guò)實(shí)際考察， 解析了礦用電動(dòng)機(jī)智能綜合保護(hù)器體系的構(gòu)造，并對(duì)保護(hù)器的工作狀態(tài)及運(yùn)行方式進(jìn)行了分析，以期為相關(guān)工作提供參考。

參考文獻(xiàn)：

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[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022.05版.

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

作者介紹：

安躍強(qiáng)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)闉橹悄茈娋W(wǎng)供配電。