淺談提升機類設備電動機保護器的保護范圍及優化
發布時間:2022-04-23 13:29
摘要:介紹了提升機的不同保護措施,分析了電動機保護器對提升機設備的保護范圍。針對提升機類的設備提出定值優化和增加DCS系統輔助保護的措施,并對可靠性進行了驗證,可以做到更加準確地保護負載設備。

 

關鍵詞:提升機;電動機保護;DCS輔助保護

 

0 引言
      我公司提升機等設備的電氣保護主要由電動機保護器實現,但通過電動機電流間接保護會存在一定的保護范圍,如對提升機料斗脫落等故障就無法提供保護。本文分析電動機保護器保護的局限性,介紹了優化的保護措施。

 

1電動機保護器的主要保護功能
1.1短路保護
      短路保護主要針對電動機電纜或繞組出現的短路故障,短路保護動作邏輯見圖1。任意一相電流超過設定值就應立即保護動作,所以電流定值一般為額定電流的5~7倍,動作延時0s。提升機在運行時幾乎不可能達到相應整定電流,因此該保護僅對電動機具有保護作用,對提升機其他部件沒有保護作用。
圖1短路保護動作邏輯
1.2過載保護
      過載保護是針對電動機電流超過電動機負載能力,且經過一定延時再啟動的保護動作,其動作邏輯見圖2。電流定值一般設定為電動機額定電流的1.1~1.3倍,延時20~60s。該保護主要也是保護電動機,對提升機其他部件保護作用不大。
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圖2過載保護和過負荷保護動作邏輯
1.3過負荷保護
      過負荷保護是針對負載設備(提升機)超出正常負荷情況下,經過一定延時再啟動的保護動作,其動作邏輯與過載保護相同,電流的定值是正常運行負荷下電流的1.1~1.3倍,根據負荷特性延時20~60s。該保護是針對負載設備超出正常運行電流的一種保護,在一定范圍內可以保護負載設備。
1.4堵轉保護
      堵轉保護是針對電動機或負載設備出現卡澀堵轉故障時,經過一定延時再啟動的保護動作,其動作邏輯見圖3。電流定值一般設定為電動機額定電流的3~5倍,延時1~10s。該保護與過載、過負荷保護不同,在電動機啟動完成后才會投入該保護功能,不用考慮提升機重載啟動對定值的影響。同時保護電動機及負載設備。
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圖3堵轉保護動作邏輯

 

2存在的問題
      1)過負荷定值不合理
      我公司提升機或膠帶機設備由于存在重載啟動等特殊情況,所以設備廠家在電動機選型時會考慮到重載情況下的啟動能力,比如,一臺提升機正常運行電流為100A,空載啟動200A,但是重載啟動可以達到500A,那么就需要以500A啟動作為選型依據,選取額定電流為200A的電動機進行拖動。
      但在做保護定值計算時,設備并未投產運行,所以過負荷保護一般是以電動機額定參數作為計算依據。一般過負荷系數在1.1~1.3倍之間,存在重載啟動的設備一般會取值1.3倍,那么額定電流為200A的電動機過負荷電流取值為260A。由于過負荷為電流低倍數保護,防止負荷正常波動引起誤動作,所以動作延時一般在20~60s之間,時間過長。
      2)堵轉保護可以優化
堵轉保護一般用于設備已經出現嚴重卡澀或電動機已經堵轉情況,所以電流定值設置一般都較大,無法保護一些較小的故障。但是我們可以利用堵轉保護是在電動機啟動完成后才投入的特點,進一步優化定值,不用再考慮電動機啟動電流的影響。
      3)負載設備保護過于依賴于電動機保護器不同于風機、水泵等單一設備,提升機或膠帶機為復雜程度相對較高的設備,某元件(如料斗、托輥等)發生故障時,往往在電流特征上反映程度較小或傳遞時間較長,但對設備的傷害卻較大。所以可以使用DCS軟保護來監控。

 

3案例分析
      2020年6月10日23:56,我公司4線燒成車間入窯提升機發生料斗脫落故障,故障期間投料量及電動機電流變化見圖4。由于是個別料斗脫落,電流上升后又迅速回落,電動機保護器未動作。故障發生過程分析如下:
      (1)23:56:10,電流145A,投料477t/h,開始出現料斗脫落導致刮擦。
      (2)23:56:50,電流158A,投料478t/h,電流開始迅速上升。
      (3)23:56:55,電流297A,投料477t/h,瞬時卡澀嚴重,電流上升至297A,中控開始減料。
      (4)23:57:22,電流132A,投料50t/h,減料至低點后,中控又開始重新投料。
      (5)23:58:04,電流261A,投料284t/h,中控重新投料至450t/h左右后,電流發生二次快速上升,電流升至261A,磁力耦合器過載保護啟動,電流快速下降至72A左右。
      (6)23:58:32,電流72A,投料54t/h,中控重新開始投料,但是磁力耦合器已過載脫開,電動機運轉但提升機未運轉,所以電動機電流不會增長。
      (7)00:04:27,電流73A,投料43t/h,停止投料。
      (8)00:06:06,電流73A,投料0t/h,停提升機。
電動機保護器主要定值見表1。
表1電動機保護器主要定值
      從故障實際電流和電動機保護器定值來看,整個過程只有在3#點位的電流297A超過了過負荷保護定值276A,但是故障電流持續時間不到1s,持續時間未超過過負荷保護的定值,所以保護器跳閘出口未輸出。

 

4定值優化和保護方式
      1)定值優化
電動機保護器可以保護負載的功能只有過負荷保護和堵轉保護,但過負荷保護只要保護器通電就投入,為了避開重載啟動,需要有較長延時,所以對于電流不能長時間保持高位的故障起不到太大作用。
      堵轉保護功能的主要特點是可以在電動機啟動完成后再投入,因此,可以不用考慮啟動的影響。如果將4#入窯提升機堵轉保護電流定值改為200A,時間定值改為2s,那么此次故障有兩個電流波峰均可以啟動保護動作。一次超過200A電流持續時間為4s,二次超過200A電流持續時間為6s,見圖5。
圖5部分電流波峰
      由于保護器電流無法根據產量進行實時調整,所以在不同工況下保護范圍也可能不一樣,如6月10日4#線入窯提升機在未投料狀態下發生故障,空載電流66A+故障上升電流150A=216A,但是超過200A的保持時間不足1s,所以電動機保護器仍然不會動作。
      2)DCS系統電流保護
      引用DCS電流保護作為補充保護措施。DCS可以實時根據投料量與提升機電流對應關系,做分段保護,不同的投料量對應不同的保護定值。
      根據前期4#窯點火投料情況,計算出投料量和提升機電動機電流對應關系,并乘以1.3倍可靠系數(1.1~1.3),得出保護電流定值,均加以延時2s防誤動。詳見表2。
表2DCS保護電流定值
      按6月10日晚故障情況做驗證,當晚投料量477t/h,對應關系表中480t/h,保護電流188.5A,延時2s。
      根據電流波形圖(見圖6)發現,兩次電流超過188.5A的時間分別為5s和8s,完全滿足保護動作條件,所以在一次電流波峰23:56:55時就已經動作,比磁力耦合器保護動作(23:58:05)早1min10s,比中控操作停機(00:06:08)早9min13s。
圖6電流波動趨勢

 

6結束語
      電動機保護器主要目的是保護電動機,在過負荷和堵轉保護上可以在一定程度上保護負載設備,但是范圍有限,特別對多組成部分的復雜設備某單元發生故障保護更有限。因此,可以引入DCS系統找到不同工況下的正常運行電流,經過計算得出比較合理的保護值,進行分段保護,可以做到更加準確地保護負載設備。

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