前言

低壓電動(dòng)機(jī)作為有色冶煉企業(yè)底層大量使用的設(shè)備，其異常運(yùn)行不僅影響冶煉廠的正常生產(chǎn)，還會(huì)威脅到人的生命安全，因此為電動(dòng)機(jī)設(shè)置合適而又全面的保護(hù)至關(guān)重要。智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器集保護(hù)、遙測(cè)、通信、遙控、顯示等功能于一體，是目前功能全面的電動(dòng)機(jī)保護(hù)設(shè)備，能最大限度保證設(shè)備運(yùn)行的安全可靠性，從而實(shí)現(xiàn)智能化和高精度保護(hù)，同時(shí)還能對(duì)電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行全面監(jiān)控。

一、電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)設(shè)備的發(fā)展

１.１熱繼電器

熱繼電器是一種傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置，使用不同熱膨脹系數(shù)的雙金屬片來實(shí)現(xiàn)反時(shí)限保護(hù)。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉，但也存在穩(wěn)定性、重復(fù)性差和保護(hù)功能單一等缺點(diǎn)。

１.２電子式電動(dòng)機(jī)保護(hù)器

隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，電子式電動(dòng)機(jī)保護(hù)器應(yīng)運(yùn)而生，從最初的模擬電路的固態(tài)繼電器發(fā)展到后來的數(shù)字電路的智能型繼電器，特別是微處理器的發(fā)展，讓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器實(shí)現(xiàn)了測(cè)量、保護(hù)和控制功能于一體。通過采集電流、電壓、頻率和熱電阻信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)短路、過載、堵轉(zhuǎn)、超時(shí)起動(dòng)、接地、缺相或不平衡保護(hù)等多種保護(hù)功能，并能滿足各種起動(dòng)控制方式。

１.３智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器

隨著微機(jī)通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器又增加了通信模塊，通過雙向通信和組網(wǎng)技術(shù)，不僅可以采集數(shù)據(jù)，在線監(jiān)視運(yùn)行狀態(tài)，還能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。特別是現(xiàn)場(chǎng)總線型網(wǎng)絡(luò)通信的應(yīng)用，簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，大大減少了控制線纜的使用。國(guó)內(nèi)外許多電器公司推出了多款微機(jī)型智能保護(hù)裝置。

二、智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器構(gòu)成和功能

２.１智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的構(gòu)成

智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器由主體模塊、顯示模塊兩部分構(gòu)成。主體模塊包含電源模塊、數(shù)字信號(hào)處理器、 開關(guān)量輸入輸出模塊、模擬量采集模塊、通信模塊等；顯示模塊負(fù)責(zé)顯示運(yùn)行參數(shù)以及保護(hù)整定值的設(shè)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(dòng)機(jī)保護(hù)器；若分開，則稱為分體式智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器。部分智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的測(cè)量模塊也獨(dú)立于本體之外。

２.２智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的功能

智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器通過微處理器采集并處理電機(jī)回路的電流和電壓信號(hào)，并根據(jù)遙控指令或者就地控制指令確定電機(jī)起動(dòng)或停止。雖然不同品牌的產(chǎn)品名稱、型號(hào)各異，但其核心功能基本都一樣，具體如下：

1）保護(hù)功能。包括過載、斷相、堵轉(zhuǎn)、啟動(dòng)超時(shí)、單相接地、短路、外部故障、欠電流、欠電壓、過電壓保護(hù)和溫度保護(hù)等。

２）測(cè)量功能。可測(cè)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(shù)、頻率和相位角等。

３）計(jì)量功能。可計(jì)量有功電度和無功電度。

４）控制功能。具有多路數(shù)字量輸出口，可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的直接起動(dòng)、雙向動(dòng)、雙速啟動(dòng)和星三角降壓?jiǎn)?dòng)等。

５）管理功能。包括電動(dòng)機(jī)累計(jì)運(yùn)行時(shí)間記錄，電動(dòng)機(jī)累計(jì)起動(dòng)次數(shù)和起動(dòng)時(shí)間記錄、故障動(dòng)作記錄和電動(dòng)機(jī)起動(dòng)報(bào)告。

６）信息采集功能。具備多路數(shù)字量輸入接口和模擬量輸入接口，可采集電動(dòng)機(jī)相關(guān)的各種電氣狀態(tài)數(shù)字信號(hào)（斷路器狀態(tài)、接觸器狀態(tài)以及控制命令）和電動(dòng)機(jī)繞組測(cè)溫模擬信號(hào)。

７）通信功能。可配備多種通信接口，如MODBUS、PROFIBUS－DP、DeviecNet和Ethnet－IP等，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的起、停控制和狀態(tài)量的反饋。

三、智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的合理選型

智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的選用應(yīng)該根據(jù)安裝地的自然環(huán)境、電磁環(huán)境以及測(cè)控保護(hù)和控制需求來 確定。

１）安裝位置的環(huán)境條件。主要指溫度、腐蝕度、震動(dòng)度、風(fēng)沙、海拔、電磁污染等。和熱繼電器不同的是，智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器是一種電子元器件，對(duì)環(huán)境的要求相對(duì)嚴(yán)苛，這一點(diǎn)需要特別注意。

２）控制電壓。根據(jù)系統(tǒng)的控制電壓選擇適配的智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器，部分廠家的電動(dòng)機(jī)保護(hù)器僅提供24DV的電源輸入接口。

３）測(cè)控保護(hù)需求。根據(jù)電動(dòng)機(jī)的類型、特點(diǎn)、功率大小和重要程度，選擇采用哪些測(cè)量功能和保護(hù)功能。

４）控制需求。根據(jù)工藝的操作需求確定控制需求，選擇手動(dòng)、自動(dòng)、就地控制或遠(yuǎn)程控制等控制模式以及需要的控制功能和控制點(diǎn)數(shù)，繼而確定輸入、輸出端子的數(shù)量和功能是否滿足要求。

５）通信需求。根據(jù)需求確定是否采用通信的方式進(jìn)行遙控和遙信，進(jìn)一步確定采用何種通信 方式。

６）配合柜體的需求。根據(jù)不同的柜體，選擇一體式還是分體式的智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器。一般情況下，固定柜選擇一體式的保護(hù)器，抽屜柜選擇分體式的保護(hù)器。

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(dòng)機(jī)保護(hù)器的應(yīng)用實(shí)例

在有色冶煉中，根據(jù)工藝需求和客戶需求，智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的主要應(yīng)用模式有保護(hù)模式、端子控制模式、全通信模式和半通信模式。

４.１保護(hù)模式

在保護(hù)模式下，智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器只利用其自身的保護(hù)功能和測(cè)量功能，不參與外部控制，相當(dāng)于原來熱繼電器的作用。具體接線如圖１所示。這種模式適用于原有系統(tǒng)的改造升級(jí)，外部的控制接線修改很小。優(yōu)點(diǎn)在于最大限度減少了因智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器裝置本身出問題或通信出問題帶來的風(fēng)險(xiǎn)；缺點(diǎn)是沒能充分發(fā)揮智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的功能，遠(yuǎn)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(duì)通信穩(wěn)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(dòng)機(jī)保護(hù)器通過自身的開關(guān)量輸入端子采集外部控制命令，繼而控制 其開關(guān)量輸出電動(dòng)機(jī)的起、停或正反轉(zhuǎn)等，具體接線 如圖２所示。

在該模式下，智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器具備保護(hù)和控制兩個(gè)功能，相比上面的保護(hù)模式，優(yōu)勢(shì)在于可以充分使用智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的控制功能，但和保護(hù)模式一樣，其遠(yuǎn)程DCS控制線路仍為硬線。

４.３全通信模式

在全通信模式下，就地控制時(shí)智能電動(dòng)機(jī)保護(hù) 器只起保護(hù)作用，不參與控制，相當(dāng)于保護(hù)模式；遠(yuǎn)程ＤＣＳ通過通信線路控制智能保護(hù)器輸出電機(jī)起、停或正反轉(zhuǎn)等命令，如圖３所示。這種模式的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是保 證了就地控制的獨(dú)立性，盡可能規(guī)避通信控制帶來的風(fēng)險(xiǎn)，提高了安全系數(shù)；二是大大減少了電纜的使用和接線的工作量。

影響這種模式推廣的關(guān)鍵因素是客戶對(duì)通信的穩(wěn)定性和可靠性的擔(dān)憂。實(shí)際應(yīng)用中，個(gè)別工程出現(xiàn)過 通信不暢、經(jīng)常掉線、易受干擾等問題，但基本都是由于通信網(wǎng)絡(luò)方案不合理、施工質(zhì)量不佳以及通信線路和產(chǎn)品質(zhì)量有問題等因素導(dǎo)致的，全通信模式本身已經(jīng)很成熟，并不存在大的問題，國(guó)內(nèi)外早已大量應(yīng)用。

４.４半通信模式

半通信模式的特點(diǎn)是電機(jī)的遠(yuǎn)程DCS起、停控 制仍然采用硬線，只有狀態(tài)信號(hào)的上傳走的是通信網(wǎng)絡(luò)，所以稱為半通信模式，接線如圖４所示。半通信模式介于保護(hù)模式和通信模式之間，是 一種折中的應(yīng)用。其應(yīng)用背景為：客戶對(duì)智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器信心不足，擔(dān)憂由于通信不可靠導(dǎo)致電機(jī) 的起、停不受控制，繼而影響生產(chǎn)或帶來安全事故， 故遠(yuǎn)程的控制信號(hào)仍然采用硬線方式傳輸。不過這 種模式也為將來改為全通信模式留出了接口，方便日后升級(jí)改造。以上僅以普通電機(jī)單相運(yùn)行為例，列出智能電 動(dòng)機(jī)保護(hù)器４種常用的工作模式，每種模式都有其 應(yīng)用的背景和現(xiàn)實(shí)需求，設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)工程實(shí) 際和需求來選用合適的工作模式。

五、問題和建議

５.１智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器短路保護(hù)的問題

智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器具有很多種保護(hù)功能，短路保護(hù)是其中之一。其主要保護(hù)邏輯是根據(jù)采集的電流進(jìn)線分析和計(jì)算，當(dāng)電流超過５倍電機(jī)額定電流時(shí)，其短路保護(hù)出口發(fā)出斷路器跳閘命令。該跳閘命令是通過斷路器的分勵(lì)線圈來實(shí)現(xiàn)的，具體可以參見圖１。這個(gè)邏輯本身沒有問題，問題出在智能 電動(dòng)機(jī)保護(hù)器和分勵(lì)線圈的工作電源上。一般情況下，該工作電源從電動(dòng)機(jī)主回路的某一相上取電，當(dāng)時(shí),該相電壓 也會(huì)下降。當(dāng)電壓下降到小于智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器和分勵(lì)脫扣器的正常工作電壓時(shí)，智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器和分勵(lì)線圈均無法正常工作，短路保護(hù)也無法實(shí)現(xiàn)。其實(shí)電動(dòng)機(jī)主回路的斷路器本身就具備很好的短路保護(hù)功能，所以智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器設(shè)置短路保護(hù)必要性不大。

５.２智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器測(cè)量準(zhǔn)確度低的問題

智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器基本只配備一組三相CT，而保護(hù)器的保護(hù)功能肯定是首要的，測(cè)量和計(jì)量功能只是附帶的，因而配置的CT首先要滿足保護(hù)功能的需求。保護(hù)功能所用CT要求較大的故障電流 通過時(shí)鐵心不能飽和，以便較好地反映一次電流值， 所以在正常電流通過時(shí)，智能電動(dòng)保護(hù)器測(cè)量的準(zhǔn) 確度較低。因此，智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的計(jì)量數(shù)據(jù)不適合作為企業(yè)的生產(chǎn)成本數(shù)據(jù)，如果想采集能耗數(shù) 據(jù)，應(yīng)單設(shè)測(cè)量CT和計(jì)量表。

５.３智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器和變頻器配合應(yīng)用易受電磁干擾的問題

當(dāng)智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器與變頻器安裝在同一個(gè)柜內(nèi)配合使用時(shí)，智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器會(huì)因?yàn)樽冾l器的電磁干擾出現(xiàn)誤動(dòng)作的情況。某工程中，智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器作為變頻器的旁路保護(hù)電器，正常情況下變頻器工作時(shí)，旁路沒有電流通過，但現(xiàn)場(chǎng)卻發(fā)現(xiàn)智 能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器不斷發(fā)出漏電故障報(bào)警。理論上來說，智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的抗電磁干擾能力滿足國(guó)家 標(biāo)準(zhǔn)要求，不應(yīng)該出現(xiàn)這種情況，但實(shí)際上這種情況 不少。因此建議智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器和變頻器分柜安 裝，盡可能遠(yuǎn)離，避免干擾。

５.４端子輸入控制模式下的控制信號(hào)干擾問題

在端子輸入控制模式下，除了圖２接線方式，還有一種接線方式也經(jīng)常用到，就是現(xiàn)場(chǎng)控制箱的按鈕和遠(yuǎn)程的起、停信號(hào)直接接

到智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的輸入端子。

這種方式的優(yōu)點(diǎn)在于沒有轉(zhuǎn)接，接線 比較簡(jiǎn)單，但這種接線方式在工程中經(jīng)常出現(xiàn)控制 信號(hào)的干擾問題。而出現(xiàn)這種問題的原因在于控制 信號(hào)電壓的不一致：端子輸入的電壓為24vDC，而 輸出口至控制箱信號(hào)燈的電壓為220vAC。如果設(shè) 計(jì)者沒有注意這一點(diǎn)，將至控制箱的所有信號(hào)合用 一根控制線的話，高壓干擾低壓的現(xiàn)象就會(huì)出現(xiàn)，導(dǎo) 致控制出現(xiàn)異常。避免這種問題的方法也很簡(jiǎn)單，只要將這兩種不同電壓的信號(hào)用不同的控制電纜分開即可。六、保護(hù)器選擇分類

現(xiàn)代智能電機(jī)保護(hù)器還有很多在實(shí)際生產(chǎn)中需要的功能，如回看功能、遠(yuǎn)程通訊、遠(yuǎn)程控制、多種啟動(dòng)方式選擇等。保護(hù)器在類型上分為：一般普通型、數(shù)碼顯示監(jiān)控型、智能監(jiān)控中文顯示型。

6.1一般普通型

結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，主要功能以突出過載、缺相(三相不平衡)堵轉(zhuǎn)等故障保護(hù)。故障類型采用指示燈顯示。

6.2數(shù)碼顯示監(jiān)控型

數(shù)碼顯示監(jiān)控型保護(hù)器，內(nèi)部電路運(yùn)用單片機(jī)，采用數(shù)碼管作為顯示窗口，智能化綜合保護(hù)，集保護(hù)、測(cè)量、通訊、顯示為一體。整定電流采用數(shù)字設(shè)定，用戶可以自行對(duì)各種參數(shù)修正。

6.3智能監(jiān)中文顯示控型

智能漢字顯示更適合國(guó)內(nèi)，與其他類型相比，功能更加完善。此類產(chǎn)品對(duì)各種參數(shù)、狀態(tài)、信息直接在操作面板單元上中文漢顯液晶顯示，使界面更加直觀醒目，并且支持遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)通訊功能。啟動(dòng)方式有多種選擇，并有存儲(chǔ)回看功能，給后期的維護(hù)維修提供了數(shù)據(jù)依據(jù)。

七、保護(hù)器在選擇上應(yīng)注意事項(xiàng)

在選擇保護(hù)器的同時(shí)，還要考慮到以下幾種因素：

7.1電動(dòng)機(jī)主要參數(shù)：主要是功率、電壓、電流、頻率方面,為選型提供依據(jù)。

7.2使用環(huán)境因素的影響：主要指溫度、濕度、污染等。

7.3電動(dòng)機(jī)使用方向：指拖動(dòng)機(jī)械設(shè)備要求。

7.4控制系統(tǒng)：控制模式有手動(dòng)、自動(dòng)化程序等工作運(yùn)行。啟動(dòng)方式有直接、降壓、星三角、頻敏變阻器、變頻器、軟起動(dòng)等啟動(dòng)方式。

7.5安裝要求：在選型上要考慮安裝空間大小，留有足夠的余量，便于散熱及接線、維護(hù)、查看方便。

7.6靈敏度要求：是帶載啟動(dòng)還是空載啟動(dòng)，是滿載還是逐漸加載，主要是在電流設(shè)定方面要考慮到啟動(dòng)瞬間的電流值與額定電流值之間的時(shí)間差。

7.7其他方面：如生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)電動(dòng)機(jī)位置的隨意性、啟動(dòng)停止的頻繁程度等。

八、安科瑞馬達(dá)監(jiān)控系統(tǒng)解決方案

馬達(dá)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的低壓電動(dòng)機(jī)回路及饋線回路的各類電參量數(shù)據(jù)，能夠幫助用戶對(duì)電機(jī)設(shè)備以及重要配電回路的電力參數(shù)、能源消耗、電能質(zhì)量和運(yùn)行狀態(tài)實(shí)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)化管理，實(shí)現(xiàn)公司重要生產(chǎn)設(shè)備的可視化管理、智能監(jiān)控和實(shí)時(shí)監(jiān)管。

8.1、應(yīng)用場(chǎng)所

適用于電力、冶金、化工等各類工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的電機(jī)回路及饋線回路的實(shí)時(shí)監(jiān)控和自動(dòng)化管理。

8.2系統(tǒng)功能

配電監(jiān)測(cè)

以配電一次圖的形式直觀顯示電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各電機(jī)、電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動(dòng)態(tài)監(jiān)視各電參量，有關(guān)故障、告警等信號(hào)。

工藝流程監(jiān)測(cè)

可根據(jù)用戶需求繪制詳盡的工藝生產(chǎn)流程圖，直觀顯示生產(chǎn)工序工藝流程及各機(jī)組運(yùn)行狀況。幫助用戶實(shí)時(shí)掌握生產(chǎn)信息。

參數(shù)查詢

詳細(xì)展示單個(gè)電機(jī)設(shè)備或饋線回路的參數(shù)信息，包括電壓、電流、功率、電能等電參量信息，以及DI/DO狀態(tài)、故障信息等各類非電參量信息。

曲線查詢

可直接查看各個(gè)數(shù)據(jù)歷史曲線，包括三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、電阻值等曲線，便于用戶分析回路的歷史運(yùn)行狀況。

運(yùn)行報(bào)表

系統(tǒng)具備定時(shí)抄表匯總統(tǒng)計(jì)功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運(yùn)行以來任意時(shí)間段內(nèi)各電機(jī)的用電情況，即該電機(jī)用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表。

實(shí)時(shí)事件告警

具有實(shí)時(shí)告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)﹄姍C(jī)狀態(tài)、電機(jī)脫扣狀態(tài)、報(bào)警狀態(tài)、合動(dòng)作等遙信變位等事件發(fā)出告警，故障發(fā)生實(shí)時(shí)彈窗告警。

歷史事件查詢

系統(tǒng)能夠?qū)b信變位、電機(jī)狀態(tài)，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件記錄進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶對(duì)系統(tǒng)事件和進(jìn)行歷史追溯、查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。

權(quán)限管理

通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如遙控的操作，數(shù)據(jù)庫(kù)修改等）。可以定義不同級(jí)別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的安全保障。

通信管理

馬達(dá)監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備通信情況進(jìn)行管理、控制、數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。可以查看某個(gè)設(shè)備的通信和數(shù)據(jù)報(bào)文。

通訊拓?fù)?/span>

實(shí)時(shí)監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；可在線診斷設(shè)備通信狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò)異常時(shí)能自動(dòng)在界面上顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位。

8.3、產(chǎn)品選型

九、結(jié)束語

智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器替代傳統(tǒng)熱繼電器是大勢(shì)所趨，通過智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器以總線的通信方式組網(wǎng) 實(shí)現(xiàn)工廠低壓電機(jī)的遙測(cè)、遙控是智能配電和智能 工廠的基本需求。智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器要想得到更好 的應(yīng)用和推廣，還需要工程設(shè)計(jì)人員和設(shè)備廠家密 切配合，根據(jù)出現(xiàn)的問題提出更好的解決方案。

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