一、引言

電機設備的穩定運行十分重要,一旦出現故障不僅會造成經濟損失,且有可能發生風險問題。若想保證電機設備能夠切實發揮出自身的作用,需要利用電機保護器對其進行管理與維護,但傳統的電機保護器操作復雜,且在維護過程中需要大量人力進行逐一排查,且在故障排查過程中還可能出現遺漏的情況,因此智能電機保護器在當前時代背景下應運而生。

二、電機保護概述

電機是將電能轉化為機械能的主要設備,如出現了異常運行情況會影響生產過程的連續性,因此會給設備安裝電機保護器,確保電動機能夠正常運行,以免因動力中斷、功率降低等問題對工業生產帶來損失。由此可以看出,電機保護是持續穩定運行的重要保證,但傳統的電機保護是以機電式繼電器為主,常用于斷相、過流保護,電路延時性靠純模擬電路特性設定,反應速度慢、恢復時間長,整體的可修改性差,已經無法滿足時代需求,因此智能化技術的加入就顯得格外重要。智能電機保護器的斷相、過流保護為非模擬電路,其擁有抗干擾性,如結合雙金屬片、熱電偶可以實現高速度電機保護,在此基礎上融入電流互感器、電壓互感器則可以實現精確控制,滿足當前時代對電機保護的需求[1]。

三、智能電機保護器的原理

3.1工作原理。電機加載一定的電流電壓,信號經過濾波、放大機得到采樣模擬值,該電流電壓值與單片機設定基準值進行比較,經過電流電壓互感器感應出相應的電流電壓信號,該電流電壓經單片機轉換、軟件修正,經過各種變送器轉化為直流電壓進行采樣,最后得到相應的電機電流電壓值。如果所得數值超限,能夠交流電壓、電流信號進行確認,控制繼電器斷開供電電源,隨后作一次比例變換即可得到被測量的數值。智能保護器智能設定在電機起動穩定后,可連續多次采集電流值,并在此基礎上分析點流下限值與電壓上限值及電壓下限值,根據電機功率的不同進行參考數值矯正,自動設定不同的延時啟動時間。

3.2檢測原理。

電機電路的組成是由電流互感器、電壓互感器、單片機、運放等主要部件及其它附屬組成,智能電機保護器檢測分為電流檢測與電壓檢測,兩者所負責的方面有所不同,具體如以下兩點。

（1）電流檢測原理:電流檢測元件是電流互感器,電流互感器感應出一定的電流信號,經過濾波、運算放大器放大,將電機線穿過電流互感器,修正后得到模擬值,當有電流流過電流互感器時進行取樣、轉換。

（2）電壓檢測原理:將電壓互感器輸人端并聯在電機電壓檢測元件是電壓互感器,該信號經過濾波、運放放大,在電壓互感器的輸出端感應出電壓信號,修正后得到模擬值,最后進行取樣、轉換。

四、智能電機保護器在電機保護方面的應用策略

4.1借助智能處理系統。系統決定了電機保護器是否智能,用智能電機的保護器代替傳統的電機保護器,實際操作中能夠通過后臺微機查看電機情況,且能夠對電機運行狀況進行在線監測,通過分析獲取當前運行的各項參數,據參數值了解電機實際情況,及時對出現情況的電機進行修改以及相應調整。同時智能電機保護器從結構上可以劃分,具體為一體結構和分體式結構,不同結構的保護器用途有所不同,首先一體式電機保護器,該類型的保護器更適合在固定柜上進行安裝,如開關柜、控制柜等;而分體式智能電機保護器則分為兩個部分,即互感器與顯示器獨立,在安裝時更加靈活,可安裝在新式配電柜中。

4.2應用微型單片機。使用單片機操縱執行系統會迅速做出相應的保護反應,并通過顯示裝置呈現出來,而工作人員在對相關數據進行對比以后,則能夠及時了解電機的運行情況,方便后續的故障排查。同時單片機會對變送裝置采集的信號進行數據處理,工作人員若想要知道電機在實際工作時候的電壓、電流以及溫度,需要將所有的電機參數輸入到電腦中,并將變送裝置采集的信號傳送到單片機的微處理系統中,在電機實際工作時進行數據對比,以此對電機的運行狀態進行控制。保護的電機設備一旦發生故障,單片機微型處理系統能夠對電機設備進行綜合性保護,分析電機設備出現的故障類型,提升電機設備維修人員處理故障的效率。

4.3合理應用ZDB技術。ZDB技術結合電機保護器的產物為ZDB過壓保護器,其是目前低壓電機保護器中先進的產品,廣泛適用于35KV及以下電力系統中,其能夠實現計算機通信、檢測以及控制等功能,并聯補償電容器、母線、真空開關及其它電器設備,并且能夠將數據更直觀地呈現給工作人員。ZDB的設計新穎、技術性能合理可靠,能夠設定額定電壓、啟動時間、過壓欠壓值等參數,選取科學如果電機設備在正常運行,LED顯示屏會在固定的時間內循環監控顯示,一旦電機設備出現故障便能夠顯示電機設備的故障代碼,并在此基礎上記憶相應參數,極大地提高了產品的保護性能和抗干擾性,滿足線程電機操作要求。同時應用中需要檢查三相負荷線的絕緣情況,嚴格依照電機設備的額定電流,避免電機設備的故障給生產企業帶來損失。

五、ARD系列電動機保護器產品選型介紹

ARD智能電動機保護器適用于額定電壓至660V的低壓電動機回路，集保護、測量、控制、通訊、運維于一體。其完善的保護功能確保電動機安全運行，帶有邏輯可編程功能，可以滿足多種控制方式。該產品采用分體式結構，由主體、顯示單元、互感器組成，可適應各種柜體的安裝。可選配不同通訊模塊適應現場通訊需求。

5.1、功能特點

■支持基波和全波電力參數測量（U、I、P、Q、S、PF、F、EP、EQ），電流及電流不平衡度、電流正序、負序、零序分量、電壓、三相電壓相角、剩余電流。

■保護功能包括過載反時限、過載定時限、接地、起動超時、漏電、欠載、斷相、堵轉、阻塞、短路、溢出、不平衡(電流、電壓)、過功率、欠功率、過壓、欠壓、相序、溫度、tE時間、外部故障、起動次數限制、運行時間報警、故障次數報警。

■9路可編程DI輸入，默認采用內置DC24V電源，也可選擇外部有源濕接點。

■5路可編程DO輸出，滿足直接起動，星—三角起動，自耦變壓器起動，等多種起動方式，可通過通訊總線實現主站對電動機的遙控“起/停"。

■可選抗晃電功能：支持晃電立即再啟動、失壓重起動。

■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系統相接，可實現對現場設備的監控。

■具有故障記錄、起動記錄、停車記錄、DI變位記錄和再起動記錄等各類事件記錄。

■顯示界面液晶顯示，支持中/英文切換。

5.2、產品選型

六、結束語

電機智能保護器能夠有效保障電機設備正常地進行運轉,在應用中可以根據自身的需要選擇合適的基礎,通過智能化手段對電機設備的運行狀況進行在線監測,讓工作人員及時發現電機運行故障,保證電機設備的穩定運行。

參考文獻:

[1]耿晉中,遲長春,楊鑫,等.分形理論的剩余電流互感器故障自診斷[J].上海電機學院學報,2018,21(4):48 -52,57.

[2]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022.05版.

[3] GB 14048.4-2020 低壓開關設備和控制設備 第4-1部分：接觸器和電動機起動器機電式接觸器和電動機起動器(含電動機保護器).