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ARD系列电动机保护器在盐矿业的应用
摘要:本文介绍了ARD系列电动机保护器的保护功能,并深入探讨了采用智能电动机保护器在制盐厂低压电机控制系统的综合应用,保护器与现场电机构成一整套专业化的集控制、保护与监测于一体的智能化管理模式,**生产过程中电动机能够连续不间断的运行,为盐矿业产生了良好的经济效益。
关键词:智能化;保护;控制系统
1 前言
某盐矿企业整个工程中的低压电机保护采用的智能电动机保护器,取代传统的热继电器,并利用的总线通讯技术,完全摆脱原始的“硬接线”控制方式,实现电机保护、控制及监测的自动化,根据现场实际应用情况来看,已取得了**的经济效益。
ARD系列智能电动机保护器是以单片机为核心的数字式智能电动机保护器。它将电动机的电流量通过传感器、A/D转换变为数字量,由单片机进行变量分析后发出指令对电动机进行保护。具有保护功能强大、各类参数设置方便,人机沟通*、三相电流及故障信息等显示直观,功耗小(小于1w)等特点,并能完全取代同规格的双金属热继电器。
2 保护功能
2.1 过载保护
当电动机在过负载情况下,长时间**过其额定电流运行,将会导致电动机过热,绝缘降低而烧毁,保护器根据电动机发热特性,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。过载保护不动作特性为:实际电流<105%Ie,2h内不动作;动作特性为:实际电流>120%Ie,1h内延时动作。
2.2 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。
三相不平衡率计算公式:|I-Iav|/IX,Iav为三相电流平均值,当Iav小于Ie时,分母IX =Ie;当Iav大于Ie时,分母IX=Iav。
3 应用
该盐矿属于大型制盐企业,生产过程中使用大量注水泵、离心盐浆泵、盐循环泵、真空泵等各种液体泵,还有离心机、风机等各种机械设备,而且大多数是功率较大的需长时间带载的电动机,根据现场实际需求选用ARD3智能电动机保护器后,企业对应用后的效果比较满意,因此大面积推广。
根据这些年使用的经验,认为电动机保护器主要功能是保护电动机不致损坏,基本的保护功能就是缺相保护、过电流保护、三相电流不平衡保护。基本功能满足控制系统要求的前提下,辅助选配功能可根据需要选用。例如对于不同规格的电动机,选用保护器需要考虑电动机的额定电流、额定功率等,其选功能以及选配具体型号还需考虑现场生产对保护、控制功能的需求。
4 现场改造情况
对盐矿现场低压电动机的运行实施保护以及**电动机能够连续不间断的运行,对于生产现场是至关重要的,改造项目中选用了ARD3智能电动机保护器后带来的优势:
(1)组网灵活性高,便于控制
盐矿生产过程中应用的电动机保护器与配电产品的应用有着相同的比重,在实现组网的工作过程中,它们是密不可分的。 ARD3智能电动机保护器提供一路RS-485通讯接口,并且能够实现多种协议的选择(Modbus-RTU/Profibus-DP),通过RS-485与上位机之间的通信,方便了工程师通过计算机后台,实现远程自动控制和在线监视设备的运行状况等。
(2)实时显示参数,方便现场巡检
ARD3智能电动机保护器是采用模块化的产品结构形式,将显示模块安装在DCS柜体,通过液晶界面即可实时观察当前电动机的运行状态及运行数据,便于用户对现场电动机的维护和控制。
(3)节能降耗
电动机保护器在节能降耗方面的作用开始为大家所重视,ARD3智能电动机保护器可在电动机设备处于欠载等故障状态时自动停机,有效的避免了能源的浪费,为企业节省资金。
(4)信息集中化
用户可通过通讯模块实现在后台实时监测系统中各个电动机的运行状况,随时观察设备的运行参数,如:电动机电流、电压、电动机运行状况、电动机电能等参数,通过分析采集到的信息,可对盐矿各个节点的电动机运行情况进行实时处理,提高了整个控制系统的安全性、可靠性。
(5)智能化自控保护
ARD3智能电动机保护器使用灵活,报警和保护参数可以通过软件根据电厂电动机设备实际运行条件预设不同的值,避免因过度保护影响实际生产。用户在选用ARD3智能电动机保护器后,一旦现场电动机出现故障,保护器及时控制电动机停止运行,并对各种故障信息作出相应的指示和记录,方便用户查询故障信息。在电网故障造成电压瞬间较大幅度的波动或者短时断电又恢复,带抗晃电功能时可使电动机保护器重新起动。
(6)记录电机故障信息,便于采集分析
在盐矿工作的电动机设备大多数处于高温、多尘埃的工况下,很*出现故障,一旦发生故障,检修人员也很难时间发现故障原因。ARD3智能电动机保护器带有强大的故障和事件记录、运行管理信息为现场维护人员节省了大量的时间,提高了维修人员的工作效率,进一步提高了整个控制回路的性能。
5 结语
智能电动机保护器性能可靠,技术,能对低压电机提供一整套专业化的集控制、保护与监测于一体的智能化管理模式,是过程控制系统电动机智能化管理的理想选择,为盐矿业产生了良好的经济效益。因此广泛采用智能电动机保护器不但可以提高盐矿工艺控制的准确性、科学性,降低事故发生率,而且对于提高盐矿电气控制系统的自动化水平起到积极的推动作用。
业绩表
金凤凰纸业;
语嫣丹青纸业;
东莞市美捷造纸机械;
河南许都纸业氯化装置;
潮州辉业纸厂;
太阳纸业项目;
霸州纸业项目;
华劲纸业;
骏业纸业;
维达纸业;
华海药业4车间;
海翔药业;
海正药业;
长达钢厂;
宁波浙铁大风有限公司;
内蒙古兴安银铅治炼;
宁夏贺兰山治金;
安徽长江钢铁保护模式;
河北钢铁厂;
信阳安钢;
赤峰中色锌业改造项目;
宁波浙铁大风有限公司;
铜陵有色金属二次资源回收与综合利用;
河南利源合金配电室电气设备采购项目
浅谈潜油电泵保护器设计原理
摘要:设计一种符合潜油电泵特性的潜油电泵保护器,该潜油电泵保护器具有过载、断相、不平衡、过压、欠压、电压不平衡等保护功能。给出此类产品的设计原理,介绍了该产品与常规电机保护器的区别以及其硬软件设计原理。
关键词: 潜油电泵 保护器 控制器
0 引言
潜油电泵是油田中使用的一种中压的机械采油设备。随着油田开发自动化程度的提高,原潜油电泵定频控制柜暴漏出功能不完善、数据分析不方便、无波形记录、没有通讯功能等问题,而造成这些不足的主要原因是非专门针对潜油电泵的保护器不支持上述功能。
目前,研究开发潜油电泵的国内厂家较少,且规模较小,产品没有形成系列化和规模化。为增强国内潜油电泵保护器的竞争力,弥补老式保护器的不足,有必要研制一种针对性的潜油电泵保护器。
1 潜油电泵保护器和电机保护器的区别
潜油电泵保护器属于电机保护器的细分应用产品。在测量、保护、通信等功能上,潜油电泵保护器与电机保护器基本通用,但潜油电泵的多种保护,如欠载、电流不平衡、过压、欠压等多采用反时限类型,而这些保护在通用电机保护器中多采用定时限类型。
潜油电泵保护器需有历史数据记录、导出功能,而常规电机保护器带有故障记录即可。
为方便潜油电泵维护、考核,潜油电泵保护器需带有打卡功能,以便进行打卡考核,而常规电机保护器不必带此功能。
2 潜油电泵保护器特点
潜油电泵保护器可实时测量三相电流、三相电压、频率,并可同时可显示有功功率、电能等电参量;可将检测、采集到的开关量类型工艺参数、4-20mA类型工艺参数,通过通信统一发送给系统。
潜油电泵保护器具有过载、断相、电流不平衡、堵转、阻塞、欠压、过压、电压不平衡等保护功能,并可实现欠载自起动。
潜油电泵保护器可显示三相电流、三相电压等参数的实时、历史曲线。
潜油电泵保护器可将存储的历史数据导出到U盘,导出文件支持EXCEL操作。U盘插入电脑后可直接进行数据分析,不必安装附加分析软件。此功能可用于取代电流记录仪。
潜油电泵保护器支持MODBUS、PROFIBUS通信协议,通过通信网络可直接传送实时数据、发送起停命令。
3 潜油电泵保护器产品组成
潜油电泵保护器由保护器主体、人机交互模块、开关电源组成,如图1所示。保护器主体完成参数采集、保护、通讯功能;人机交互模块实现实时参数显示、参数设置、实时曲线显示、历史曲线显示、历史数据查询、故障查询等功能;开关电源将AC/DC 220V(或其它等级)电压转换为低电压供主体、人机交互模块使用。
4 潜油电泵保护器的设计
潜油电泵保护器设计分为硬件和软件两方面.硬件设计包括电源、信号采集、开关量输入输出、通讯电路等部分;软件设计主要包括软件架构、测量算法、保护算法、控制算法等。
4.1 硬件设计
由于常用的潜油电泵工作电压从AC 200V~AC2000V,因此不宜将潜油电泵工作电源直接作为潜油电泵保护的工作电源,常规做法是用隔离变压器将潜油电泵工作电压转换为AC 110V控制电压。针对此种情况,潜油电泵保护器电源采用开关电源,这是因为开关电源的工作范围宽、效率高,适用于此种情况。
信号采集包括电压、电流等电参量采集。为**采集可靠性,通常采用TV、TA作为电压、电流信号的隔离变换器。选用TA时,应注意TA电压等级。常规TA电压等级为0.66KV,而在潜油电泵工作电压达到AC 1000V甚至AC 2000V时,应选用3.3KV等级的TA,以**隔离安全。
开关量输入输出以及通信电路的设计为常规设计,没有过多特殊性。
可靠性设计包括电磁兼容、安全性设计。电磁兼容设计初期要充分考虑各种可能出现的问题,做好预留措施规划。常用的抗干扰方法包括:电源部分加EMC滤波器;信号采集部分增加滤波电路;在信号处理的各芯片输入口处加端口保护电路;在芯片电源输入处加去藕电容等。
4.2 软件设计
常用的采样算法有直流采样和交流采样。交流采样可测量非正弦波信号,因此在电参量测量中广泛采用。常用测量算法有基于正弦信号的算法和基于非正弦的算法。基于正弦信号的算法包括半周内取算法、半周积分算法、一阶导数算法、二阶导数算法、采样值积算法、三采样值算法等;基于非正弦信号的算法包括傅里叶算法、一阶差分后半波傅里叶算法、真有效值算法等。各种算法都有其优缺点。基于正弦信号的算法虽然算法简单、消耗资源少,但是当有谐波或波形变换后测量不准确;而基于非正弦信号的算法虽然算法较复杂,但可**测量值的正确性。
由于在保护算法中设计反时限曲线算法有一定难度,因此有些产品标注为反时限,但实际却是定时限分割,如:(1.2-1.5)倍、60s保护,(1.5-2)倍、40s保护,2倍以上、10s保护。这违背了反时限曲线的基本原则,如果信号在临界点上下跳动,那么动作时间将不准确。真正的反时限具有一条连续的反时限曲线,真正做到大倍数大动作快,小倍数小动作慢。
软件设计时,除需要选取合理的算法外,还要注意软件设计的规范化。软件设计的基本原则是信息隐蔽与模块独立性,好的软件要求高内聚(内聚是模块强度的度量)、低耦合。
软件测试是软件设计中不可缺少的一个重要环节,其目的是检验软件是否满足规定。开发过程中药遵循早测试、早改正原则,单元测试通过后再进行集成测试、确认测试和验收测试。
5 结论语
潜油电泵是由常规电动机保护器产品衍生出的新一类电机保护器,更适用于潜油泵,新增欠载、过压、欠压、电流不平衡、电压不平衡等反时限保护,同时带有电流、电压、功率、频率、电能、剩余电流等测量功能,更符合客户要求。