摘要:根據(jù)對某機場的實際情況的調(diào)研調(diào)試,找出了機場真空泵電動機經(jīng)常發(fā)生損壞,線圈燒壞的原因,通過采用電動機保護器來對電動機進行有效保護。本文重點介紹上海碩吉電器有限公司SJD系列智能型電動機保護器,實現(xiàn)電動機智能化綜合保護,集測量、保護、控制以及通訊于一體,供工程設(shè)計中參考。
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關(guān)鍵詞:智能化、測量、保護、通訊
電動機作為當前應(yīng)用最為廣泛的設(shè)備,同時也是其他機電設(shè)備的動力源泉,這也就使得電動機的正常工作成為了其驅(qū)動的機電設(shè)備正常運行的前提。而電動機保護器作為拖動系統(tǒng)中的一個重要組成部分,對電動機起著全面的保護、控制作用,實現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)過程及其大型機械設(shè)備的遙信、遙測、遙調(diào)、遙控、故障診斷以及集中在線監(jiān)測等功能[1,2]。如今,電動機保護器的可靠性、安全性在不斷提高,功能也更加完善,在多數(shù)用電領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用,在節(jié)能和經(jīng)濟事業(yè)中有著重要的地位和顯著的作用。
機場的真空泵電動機是機場的一項大型應(yīng)用設(shè)備,進一步影響著機場的正常運作,因此,真空泵電動機的正常運行對于機場來說是至關(guān)重要的。機場屬于人流量大,需要全天連續(xù)不斷的運作,因而對真空泵電動機使用的可靠性和穩(wěn)定性提出了極高的要求,一旦控制回路發(fā)生故障,必須馬上找出故障的原因并且及時排除故障,以保證機場工作的正常運作。
由于真空泵對其工作環(huán)境的要求很高,真空泵的排氣壓力過高時,都將導致電機過載,如沒有一定的過載保護,電機長時間工作在這種條件,很容易損壞。因此,作為其控制回路中的重要組成部分的真空泵電機如果經(jīng)常發(fā)生故障,這也就給正常的生產(chǎn)活動帶來了嚴重的安全隱患。某機場采用SJD系列智能電動機保護器采集線路中的三相電流、漏電流、電壓、等參數(shù)實現(xiàn)對電動機的實時監(jiān)控和保護、控制,同時實時采集到真空泵電機線圈和電機軸承溫度后,一旦溫度超過有效范圍則發(fā)出停機信號,來控制大功率真空泵的啟、停,并發(fā)出報警信號,從而實現(xiàn)對真空泵電機的保護。在低壓配電系統(tǒng)中使用SJD系列智能型電動機控制器,不但有效的降低了電動機的故障發(fā)生率,并且用戶可以通過顯示模塊實時觀察到電路中電流、電壓、功率等電力參數(shù)以及電動機的運行狀況,提高了設(shè)備運行的可靠性,減少非計劃停車次數(shù),提高了控制回路的自動化、智能化水平,極大地降低了設(shè)備管理人員的勞動強度,又提高了管理人員的綜合素質(zhì)。
該機場占地面積大,整個地形屬于狹長型。整個機場都需要遍布電動機控制系統(tǒng),對象包括候機大樓、辦公區(qū)域、就餐區(qū)域、機場跑道等主要建筑物,因此,機場內(nèi)使用的真空泵電動機,部分是需要連續(xù)運轉(zhuǎn)的,部分是需要在應(yīng)對突發(fā)性情況時實現(xiàn)連續(xù)不停機的運轉(zhuǎn)的,一旦真空泵電動機開始工作,是不允許出現(xiàn)跳閘停車的現(xiàn)象的,尤其在應(yīng)對突發(fā)性情況時,一旦跳閘停機,將可能造成嚴重的事故,給機場以及機場人員帶來巨大的經(jīng)濟損失,而且容易造成人員的傷亡。
該機場采用SJD系列智能型電動機控制器的顯示模塊,能夠?qū)崟r觀察真空泵電動機運行時的電壓、電流、頻率等參數(shù)以及電動機的運行狀況,同時,通過控制器的通訊功能將信息以最快的速度發(fā)送給后臺并對故障信息發(fā)出報警信號,使操作人員時間發(fā)現(xiàn)故障原因并及時排除故障。
因此,某機場對真空泵電動機控制器的要求如下:
1)保護功能:實現(xiàn)對電動機起動超時、過載、堵轉(zhuǎn)、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、過壓、欠壓等保護;
2)多種起動方式:直接起動、正反轉(zhuǎn)起動、星三角起動、自耦減壓起動等;
3)顯示功能:通過分體液晶顯示模塊實時顯示電動機運行參數(shù);
4)通訊功能:帶Modbus-RTU/Profibus-DP通訊接口,與上位機之間進行信息傳遞。
智能型電動機保護器是目前國內(nèi)具有國際水平的馬達智能保護控制單元,在國內(nèi)具有一定的代表性。SJD系列智能型電動機保護器可劃分為主體模塊、測量模塊、開關(guān)量模塊、模擬量模塊、溫度模塊、通訊模塊、顯示模塊等7個模塊,其中主體模塊和測量模塊是必備模塊,稱為基本模塊,附加模塊采用總線供電,不需要外接輔助電源。在低壓控制終端柜和1/4模數(shù)及以上各種抽屜柜中可直接安裝使用。
圖1 100A以下SJD系列產(chǎn)品組成框圖
基本模塊:SJD-207系列智能型電動機控制器可進行編程控制實現(xiàn)6路開關(guān)量輸入、輸出,實現(xiàn)電動機的起、停、調(diào)試等工作。電流測量范圍可達0.4A~800A,100A以下標配電流互感器(見圖1 100A以下SJD系列產(chǎn)品組成框圖),100A以上通過外接電流互感器實現(xiàn)電流的測量。
開關(guān)量模塊:可實現(xiàn)對主體模塊開關(guān)量的擴展,DI支持無源接點(弱電)或有源接點(強電)輸入,有源接點可選交流或直流供電。
模擬量模塊:該模塊將電路中交流電流、電壓、頻率等參數(shù)轉(zhuǎn)變成直流4-20mA信號,傳送給PLC或DCS系統(tǒng),為PLC或DCS自控設(shè)計提供重要數(shù)據(jù)。
通訊模塊:帶Modbus-RTU通訊/Profibus-DP通訊功能,用于系統(tǒng)組網(wǎng),實現(xiàn)自控或?qū)⒈Wo數(shù)據(jù)實時傳送到計算機后臺實現(xiàn)對電動機進行在線集中監(jiān)視管理。
顯示模塊:通過顯示模塊,實時的顯示當前電動機的運行情況和三相電流、電壓、功率、電動機的電能等參數(shù),實現(xiàn)了實時監(jiān)視功能;一旦電動機發(fā)生故障,保護裝置延時一段時間后控制主接觸器線圈失電,控制電動機準確停車。
圖2 工程典型應(yīng)用方案圖
如圖2工程典型應(yīng)用方案圖中所示,調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換開關(guān)SA,實現(xiàn)控制回路的手動/自動/停止控制方式的選擇,手動方式即由操作人員在現(xiàn)場完成,自動方式即通過保護器的RS485通訊接口實現(xiàn)遠程控制電動機,停止方式下電動機無法啟動。在手動模式下,按下啟動按鈕SB1,軟啟動器工作來控制旁路電路開始工作(旁路電路未畫出),SJD系列智能型電動機保護器讀取電流互感器LH和漏電流互感器LP的檢測值,保護器溫度測量端口實時采集電機軸承溫度和電機線圈溫度,并將這些參數(shù)通過RS485通訊接口發(fā)送給上位機,若電動機出現(xiàn)起動超時、過載、堵轉(zhuǎn)、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、阻塞、過壓、欠壓、繞組超溫等故障,保護器讀取到的參數(shù)將發(fā)生變化,此時,保護器判斷電路故障原因并控制DO2端口輸出為零,則KA2、KA3線圈失電,真空泵停止工作,同時保護器控制停止指示燈以及故障指示燈工作,并將故障信息傳遞給上位機,電路實現(xiàn)了對電動機的智能控制、保護和測量等。
對于機場這種需要真空泵電動機長時間不間斷的運行的場合,電動機由于長時間的電、熱、機械和化學作用、電源電壓波動大或長時間工作在高溫高濕環(huán)境出現(xiàn)的的故障形式主要有繞組損壞和軸承損壞兩部分[3],電動機在運行過程中,由于線圈及鐵芯所產(chǎn)生的銅損和鐵損及機械摩擦所產(chǎn)生的熱量,電機必定會產(chǎn)生熱量,如果線圈的溫度超過線圈絕緣材料所能夠承受的最高溫度時,絕緣材料容易發(fā)生老化、變脆,最終絕緣層被擊穿將燒毀線圈。
因此,對電動機采取一定的保護是保證控制回路性能高低的關(guān)鍵,所以選用SJD系列智能型電動機控制器后帶來的好處有:
(1)實時顯示參數(shù),便于現(xiàn)場巡檢
SJD系列智能型電動機控制器采用模塊式設(shè)計方式,主體和測量模塊可實現(xiàn)基本的測量、保護和控制功能,通過連接線即可與其他選配模塊進行信息傳遞。在實際的工程應(yīng)用中,用戶只需要將顯示模塊安裝在配電箱面板上,在使用時通過液晶界面可對當前電動機的運行狀態(tài)一目了然,方便了用戶對電動機的維護和控制。
在低壓控制終端柜和1/4模數(shù)以上各種抽屜柜中可直接安裝使用。
(2)通訊組網(wǎng)便于維護和控制
在機場的真空泵控制回路中,對于設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)通訊功能的要求較高,特別是在飛機跑道附近,飛機起飛、降落產(chǎn)生的噪音很大,工作人員不能長時間工作在這種環(huán)境中。SJD系列智能型電動機控制器提供了雙RS-485通訊模塊(Modbus-RTU通訊協(xié)議),通過RS-485與上位機之間的通信,能夠方便工程師通過計算機后臺實現(xiàn)遠程控制和在線監(jiān)視設(shè)備的運行狀況等。
SJD系列智能型電動機控制器運用于機場真空泵控制系統(tǒng)中,將帶來很大的優(yōu)勢如下:
a. 集中監(jiān)控
用戶可通過通訊模塊實現(xiàn)在后臺實時監(jiān)測系統(tǒng)中各個電動機的運行狀況,隨時查詢各個點設(shè)備的運行參數(shù),如:電動機電流、電壓、電動機運行狀況、電動機電能等,通過觀察采集到的信息,用戶可以對各個設(shè)備的電動機運行情況進行實時分析處理。
b. 智能化自控保護
用戶在使用SJD系列智能型電動機保護器后,如果電動機出現(xiàn)過載、缺相、超溫等現(xiàn)象時,保護器將及時終止電動機的運行,并對各種故障信息作出相應(yīng)的指示。在電網(wǎng)故障造成電壓瞬間較大幅度的波動或者短時斷電又恢復,帶抗晃電功能時可使電動機保護器重新起動。
c. 提高了系統(tǒng)安全性、可靠性
對于現(xiàn)場總線的配電系統(tǒng)來說,由分散于現(xiàn)場的SJD系列智能型電動機控制器來完成對電動機的保護、測量和控制等,對系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)沒有直接的依賴性,因此采用網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的配電系統(tǒng),其可靠性得到了進一步的提高。
(3)故障記錄便于現(xiàn)場問題分析
當機場真空泵電動機發(fā)生故障后,應(yīng)及時將備用電動機投上而不影響運行機制。對出現(xiàn)問題的電動機應(yīng)及時處理以確保機場設(shè)備連續(xù)運作,早期的處理方法需要花大量的人力、物力、時間才能分析出來,不便于應(yīng)用。而SJD系列智能型電動機控制器強大的故障記錄、運行管理信息為維護人員節(jié)省了大量的時間,提高了排除故障的效率,進一步提高了控制回路的性能[4]。
SJD系列智能型電動機保護器具有控制精度高、節(jié)能、保護動作靈敏度高、工作可靠性高等優(yōu)點,使得機場真空泵電動機充分發(fā)揮過載能力,又可以避免損壞電動機,不僅提高了電力拖動系統(tǒng)的可靠性,也使得生產(chǎn)過程的連續(xù)性得到了大大的提高,做到了可靠性和經(jīng)濟性的統(tǒng)一。
[1]《SJD系列智能電動機控制器在工業(yè)生產(chǎn)過程控制中的應(yīng)用》 周佳,江蘇安科瑞電器制造有限公司;
[2]《電動機保護器的保護原理及應(yīng)用淺析》扁旭濤,《時代報告》;
[3]《SJD系列智能電動機控制器在苯乙烯生產(chǎn)過程中的應(yīng)用》周佳,江蘇安科瑞電器制造有限公司;
[4]《淺析電動機保護器的保護原理及應(yīng)用》張振偉。
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