智能电动机保护器在石化行业电力监控系统中的应用

化工行业是我国的重要的基础行业，在国民经济中具有重要的战略地位。行业特点本身特点为易燃易爆的工作场合较多，属于事故多发行业，化工行业满负荷、大通量连续的运转，因而对电动机使用的可靠性和稳定性要求极高，一旦发生故障，必须马上找出故障原因及时排除，以保证连续的生产。化工行业系统可包括：电控系统、投料系统、制浆系统、出料过滤系统、灌装系统等系统，确保电机的平稳运行。化工行业典型系统架构见图1所示。

石化行业电力监控系统通常有如下功能：

· 具有实时数据采集、一次接线图显示与操作、参数设置、事件报警、曲线及电能分类管理。

· 实时显示配电室内的用电状态等信息；实时显示投料、制浆等系统设备运行状态。

· 故障智能分析、负荷分析、设备档案和电量统计信息上传等功能。

· 提供低压一次系统图界面，便于系统维护通讯状态监视。

· 提供主要设备用电信息，运行状态等设备信息。

· 报警及操作记录。报表查询及打印，用户权限管理等。

图1

石化系统中常用的产品可参见“污水处理厂配电系统中用到的主要产品”。

化工厂应对晃电的措施：

“晃电”指的是电网因雷击、对地短路、重合闸、设备起动、发电厂故障及其他原因造成电网电压短时失压、电网电压短时大幅度波动、短时断电数秒等的电能质量事件。化工企业对系统供电可靠性的要求较高，一旦出现供电系统晃电，会引起保护设备欠压误保护、生产设备意外停机，致使生产线瘫痪、事故扩大，导致非常大的经济损失，甚至对操作人员的安全构成威胁。

使用带有抗晃电功能的电动机保护器，电动机保护器具有过载、断相、不平衡、堵转、阻塞、起动超时、过压、欠压、接地、漏电等保护功能；具有电流测量、电压测量、频率测量、功率测量等测量功能；具有起动控制、抗晃电功能、失压重起等控制功能；具有DC 4-20mA变送输出，MODBUS、PROFIBUS通讯功能，可以提高生产自动化程度，减少设备投资，抗晃电控制回路见图2所示。图2工作原因如下：“95、96”接点同图9中功能描述。“7、8”接点为起动控制继电器，保护器接收到“SB1”发出点动起动信号，“7、8”吸合并自保持，接触器KM线圈得电接通电机主回路。保护器接收到“SB2”发出点动停止信号，“7、8”输出断开，接触器KM线圈失电，断开电机主回路。发生晃电后，线圈KM失电电机主回路被切断，保护器根据晃电时间长短自动选择执行“立即重起动”，“分批延时自起动”或“禁止起动”。

图2

江苏安科瑞ARD3智能电动机保护器产品介绍

ARD3智能电动机保护器是江苏安科瑞电器制造有限公司自主研发的产品， 适用于额定电压至AC 690V、额定电流至AC 800A、额定频率为50/60Hz的电动机。产品体积小，结构紧凑，安装方便，在低压控制终端柜和1/4模数及以上各种抽屉柜中可直接安装使用，提高了控制回路的可靠性和自动化水平。 

ARD3采用模块化的产品结构形式，包括主体（保护控制功能模块）、互感器检测模块、远程显示模块。根据需要选配ARD3的功能模块或附件，与接触器、电动机起动器等电器元件构成电动机控制保护单元，有远程自动控制、现场直接控制、面板指示、信号报警、现场总线通信等功能。适用于煤矿、石化、冶炼、电力、船舶、以及民用建筑等领域。

　  结构精巧、安装便捷 

智能电动机保护器体积小，结构紧凑，安装方便，在低压控制终端柜和1/4模数及以上各种抽屉柜中可直接安装使用，提高了控制回路的可靠性和自动化水平。 

　　显示直观、易学易用

高清晰的液晶显示界面直观反映测量参数及电动机运行状态。所有测量数据可通过按键轻松翻阅，参数设置可以通过仪表面板进行，也可由通讯口输入。液晶显示界面有背光支持，以方便在光线差的环境下使用。  

安全性好、可靠性高 

ARD3电动机保护器遵循高可靠性的工业标准，采用多种隔离及抗干扰措施，能够可靠地在高干扰电力系统环境中运行,产品业已通过3C认证。

符合标准

l GB14048.1-2000低压开关设备和控制设备总则

l GB14048.4-2003低压开关设备和控制设备 机电式接触器和电动机起动器

l GB/14048.5-2001低压开关设备和控制设备 控制电路电器和开关元件，第1部分：机电式控制电路电器

l GB/T17626.4-2006电快速瞬变脉冲群抗扰度试验

l GB/T17626.5-2006浪涌（冲击）抗扰度试验

适用环境

l 工作温度：-10℃~+55℃

l 贮存温度：-20℃~+65℃

l 相对湿度：5%~95%不结霜

l 海拔：≤2500m

l 污染等级：2级

l 防护等级：IP20

l 安装类别：III级

l 运用场合：煤矿、石化、冶炼、电力、船舶、以及民用建筑等领域

性能特点

u 辅助电源支持 AC220/380V 、DC220V/110V。 

测量功能分为基本测量（电流、频率）和增选测量（电压（功率、功率因数、相序）、剩余电流（漏电流）、电能）。 

u 具有过载、堵转、阻塞、欠载、断相、不平衡、剩余电流（接地/漏电）、温度、外部故障、相序、过压、欠压、欠功率、tE时间等全面的电动机综合保护功能。 

u 8路 DI支持干结点输入，可实现远程主站对电动机运行状态的遥信监视。 

u 4路 DO输出，满足直接起动，星—三角起动，自耦变压器起动，软起动等多种起动方式，通过通讯总线可实现远程主站对电动机进行实时遥控“起/停”操作。 

u  抗晃电确保电动机运行不间断，重起动功能在短时欠压、失压时用于电动机分批重起。 

u 具有标准的 RS-485通讯接口，采用 Modbus-RTU通讯协议，保证了上位机通讯的快速可靠。 

u 具有 DC4-20mA模拟量输出接口，直接与 DCS系统相接，可实现对现场设备的监控。 

u 具有系统时钟和 8次故障记录功能，系统时钟记录当前时间（年、月、日、小时、分钟、秒）；故障记录功能记录电动机发生故障的时间，总的运行时间，故障原因，发生故障时电动机的各种参数值（如三相电流、三相电压、剩余电流、功率因数、热容比、电机状态等）。 

u 显示部分为分体90L，是全中文高清晰的液晶显示。

u 可以替代各种电量表、信号灯、热继电器、电量变送器等常规元件，减少了柜内电缆连接及现场施工量，可靠性和综合性价比远高于传统方案。

功能配置

控制方式：

■ 保护方式

■ 直接起动

■ 双向起动

■ 双速起动

■ 电阻降压起动

■ 星/三角起动（二继电器）

■ 自耦变压器起动（二继电器）

■ 软起动器配合起动

■ 变频器配合起动

以上控制方式可以任选一种。

ARD3可以实现以下保护功能：

■ 过载保护

■ 断相保护

■ 不平衡保护

■ 堵转保护

■ 欠载保护

■ 外部故障保护

■ 阻塞保护

■ 接地保护

■ 起动超时保护

同时还可以选配以下附加功能：

■ 通讯接口 

■ 剩余电流（漏电）保护

■ 电压功能（相序保护，过压、欠压保护，欠功率保护）

■ 温度保护（PTC）

■ 4～20mA模拟量输出

■ tE时间保护

■ 电能计量

■ 失压重起（抗晃电）（包括电压、事件记录功能） 

■ 故障记录

过载保护 

当电动机在过负载情况下，长时间超过其额定电流运行时，会导致电动机过热，绝缘降低而烧毁，保护器根据电动机的发热特性，计算电动机的热容量，模拟电动机发热特性对电动机进行保护。

断相/不平衡保护 

断相/不平衡故障运行时对电动机的危害很大，当电动机发生断相或三相电流严重不平衡时，如不平衡率达到保护设定值时，保护器按照设定的要求保护，发出停车或报警，确保电动机的安全运行。

堵转保护 

电动机在起动过程中，由于负荷过大或自身机械原因，造成电动机轴被卡住，而未及时解除故障，将造成电机过热，绝缘降低而烧毁电机，堵转保护适用于电动机起动发生此类故障时进行保护，当电流达到动作设定电流时，保护器及时在动作（延时）设定时间内动作或报警，避免电机烧毁。

欠载（欠流）保护

当电动机所带负载为泵式负载时，电动机空载或欠载运转会产生危害，保护器提供欠载保护，三相的平均电流与额定电流的百分比低于欠载设定值时，保护器应在动作（延时）设定时间内动作或报警。

外部故障保护 

当保护器检测到外部故障出现，外部故障开关量有故障信号输入时，保护器按照设定的要求保护，确保电动机设备安全。

阻塞保护 

阻塞保护适用于电动机运行过程中发生卡死。当电流达到动作设定电流时，保护器及时在动作（延时）设定时间内动作或报警，避免电机烧毁。

起动超时保护 

电动机起动时间到后，若保护器检测到电动机回路电流仍未下降到110%Ie以下，启动该保护。针对增安电机，起动时间整定不得超过 1.7倍tE 时间。

剩余电流保护（接地/漏电） 

保护器同时具备接地保护和漏电保护功能，二者只能选一种。接地保护自动计算剩余电流不需要外接互感器，用于保护相线对电动机金属外壳的短路保护。漏电保护电流是通过增加漏电互感器，检测出30mA-900mA的故障电流，主要用于非直接接地的保护，以保证人身安全。

相序保护 

当保护器检测到电动机的电压相序错误时，闭锁电动机起动，保护电动机安全。 

欠压保护 

电压过低会引起电动机转速降低，甚至停止运行，当主回路电压低于设定的欠电压保护值时，保护器按设定的要求进行保护，在动作设定时间内动作或在报警，以避免重要的生产工艺造成混乱，严重影响生产。 

过压保护 

电压过高引起电动机绝缘程度损伤，当主回路电压超过设定的保护电压时，保护器按设定的要求进行保护，在动作设定时间内动作或在报警，以保证电动机设备安全。

欠功率保护

电动机由于传动装置损坏，失去机械输出能力，欠载运行，电动机功率因数较低，但电动机电流很大，大量消耗系统的无功，当负载功率与额定功率的百分比低于设定动作值时，保护器在动作设定时间内动作或报警。

温度保护 

保护器通过检测预埋在电动机绕组上的 PTC热敏电阻的阻值变化，来实现温度保护功能。 

温度保护用于低压（380V）小容量的电动机上，作为长时间过负荷、变负荷和反复短时运行过负荷、断相、三相不平衡、电源频率变化、通风不良、环境温度过高等引起的电机温度过高的保护。 

欠/失电重起（抗晃电） 

“晃电”指的是由于雷击、短路或其它原因造成的电网短时电压波动或短时断电现象。当现场电动机因晃电而停机时，如电网电压在允许的时间内恢复正常（回到设定的恢复电压以上），保护器再起动被晃停的电机，如电网电压在允许的时间内没能恢复正常，则保护器将闭锁程序，不再起动电动机。

Te 时间保护（适用于增安型电动机）

对于增安型电动机，交流绕组在最高环境温度下达到额定运行稳定温度后，从开始通过堵转电流时记起，直至上升到极限温度所需的时间即为tE 时间。增安型电机的tE 时间通常由电机制造商提供，用户可以在电机铭牌上找到该数据。

技术参数

u 保护器辅助电源

AC 85V~265V/DC 110V~350V/AC 380V±10%

功耗15VA

u 电机额定工作电压

AC220V / 380V / 660V，50Hz / 60Hz

u 电动机额定工作电流

2（0.40A-2.00A）（采用小型专用电流互感器检测模块）

6.3（1.6A-6.3A）（采用小型专用电流互感器检测模块）

25（6.3A-25A）（采用小型专用电流互感器检测模块）

100（25A-100A）（采用小型专用电流互感器检测模块）

250（63A-250A）（采用外置电流互感器）

800（250A-800A）（采用外置电流互感器）

u 继电器输出触点，额定负载容量

阻性负载：AC250V、6A

感性负载：AC250V、2A

u 开关量输入

干节点（内置DC24V）

u 通讯

RS485 Modbus协议

智能电动机保护器安装尺寸 （单位mm ）

　　ARD3主体安装方式为标准35mm导轨式安装。

ARD3显示模块安装方式为嵌入式，一体式数码管显示。 

ARD3显示模块安装方式为嵌入式，外形尺寸为72mm*72mm，开孔尺寸为 66mm*66mm，分体数码管显示（72F）。

ARD3显示模块安装方式为嵌入式，外形尺寸为90mm*50mm，开孔尺寸为 86mm*49mm，分体数码管显示（90F）。

ARD3显示模块安装方式为嵌入式，外形尺寸为90mm*70mm，开孔尺寸为 86mm*66mm，分体液晶显示（90L）。

专利及著作权

ARD3智能电动机保护器专利：电动机保护器液晶显示单元--外观专利号200930093483.4；智能电动机保护器--实用新型专利号200920067828.3  

ARD3智能电动机保护器著作权登记号：沪 DGY-2010-0677《安科瑞液晶显示ARD3主体软件V1.0》

范例

型    号：ARD2-25/CKSR

辅助电源：AC220V

电机额定电流：6.3A~25A

应用场合：三相电机

测量参数：三相电流、三相平均电流

附加功能：RS485通讯、2路开关量输入、8个事件记录

型    号：ARD2F-25/CJMQTSR+90FL

辅助电源：AC220V

电机额定电流： 6.3A~25A

应用场合：三相电机

测量参数：三相电流、PTC电阻值

附加功能：起动控制、温度保护、报警输出、RS485通讯接口、Modbus协议、4-20mA模拟量输出、8个SOE事件记录

显示方式：90FL（中文液晶显示）

型    号：ARD3-250/CLTUEpSR+90L

辅助电源：AC220V

电机额定电流： 63A~250A

应用场合：三相电机

测量参数：三相电流、线电压、有功功率、功率因数、剩余电流、电能

附加功能：RS485通讯接口、Modbus协议、漏电保护、温度保护、过压保护、欠压保护、相序保护、欠功率保护、8个SOE事件记录

显示方式：90L（中文液晶显示）