浅谈智能电动机保护器在选煤厂的应用

时间：2020-09-09

摘要：在现代工业控制领域中，智能电机综合保护器能对受控设备电机提供传统继电器所具备的各种保护功能，同时还能提供设备电机电流监测、温度监测、状态监测、启停控制、网络通信等智能功能。本文以神东煤炭集团公司洗选选煤厂常见的几种智能电机综合保护器为研究对象，分析对比各种智能电机综合保护器的功能及特点，为选煤厂智能电机综合保护器选型提供参考。

关键词：选煤厂;智能电机综合保护器;控制

神华神东煤炭集团洗选现有11个选煤厂，分布在晋、陕、蒙三省区。全共有主要生产设备29l3台套、辅助设备1572台套，无论是主运设备还是辅助设备，洗选各选煤厂的电机均安装了电机智能综合保护器，实现了对电机的保护，降低了因过载、欠载、缺相等原因造成的电机损坏和选煤厂机电事故的发生，减少了事故时间，同时降低生产成本，降低操作难度，对提高企业的竞争力和增加企业经济效益具有非常重要的意义。目前，洗选各选煤厂在用的电机综合保护器主要有传统的热继电器保护、罗克韦尔公司的E3固态热过载继电器、WDB系列电机智能保护器、ABB公司的UMC系列智能电机控制器。

1各种保护器的功能特点

1.1热继电器

热继电器主要由热元件、双金属片和触点构成。热元件由发热电阻丝做成，双金属片由两种热膨胀系数不同的金属碾压而成，当电动机过载时，双金属片弯曲位移变大，推动导板使常闭点断开，从而切断控制电路起到保护作用。

在电动机配电一次回路中加装断路器和热继电器，分别起到短路保护和过载保护功能。在二次控制回路中，断路器辅助接点和热继电器辅助接点分别接入选煤厂集中控制系统的PLC控制柜，作为短路故障和过载故障报警信号。同时接触器辅助接点也采用硬接线的方式接入选煤厂集中控制系统PLC控制柜，作为设备运行信号。采用传统的热继电器只能对受控设备电机提供基本的过载保护功能，过载故障信号可在上位系统操作员终端上显示。

1.2E3固态过载继电器的功能特点

罗克韦尔公司生产的E3固态过载继电器主要有E3和E3Plus两种过载继电器，“E3”表示标准型。“E3Plus”表示增强型。本文中以选煤厂常用的E3Plus为研究对象，E3Plus是一个将电子式过载继电器、通信模块、堵转/欠失速继电器、输输出模块、热敏保护继电器、接地保护继电器及传感器全部功能集合在一起的先进的智能电机综合保护器。

(1)多种保护功能。E3Plus具有热过载保护、缺相保护、失速保护、堵转保护、欠载保护、电流不平衡保护、接地故障保护、PTC热电阻保护、远程脱扣保护，而且还具有预报警功能：通过设定，在脱扣前提供相应的预报警。E3Plus还能通过限制每小时起动次数、起动时间间隔保护电机，还能方便灵活的设置脱扣和报警，便于各种电机的应用。

(2)电流参数监视。E3Plus允许用户通过DevieeNet网络对受控设备电机的各项电流参数进

行监视，包括每相的电流、每相电流对满载电流的比率、平均电流、平均电流对满载电流比率、电机热过载容量的使用的百分率、接地电流、电流不平衡率等信息。

(3)保护电流范围宽。采用内鼹电流互感器时，E3Plus保护电流范围为0.4A一830A;采用外置电流互感器时，E3Plus保护电流范围为0.4A～5000A。

(4)自动/手动复位。用户可对E3Plus设置出现过载脱扣或过热脱扣时的复位模式：自动模式或手动模式。

(5)网络通信功能。E3Plus采用的是国际标准的工业现场总线DeviceNet网络。通过Devi—ceNet网络可将继电器所有的保护参数、诊断参数和电流监测参数实时上传至选煤厂集中控制系统。因为E3Plus体积小，可按照模块化结构安装在配电柜内，且所有单元均由DeviceNet现场总线控制和传输信息，可透明访问任意网络中的任意设备，进行诊断、组态和维护，无须编程即实现网络间信息共享。节省了大量的安装和调试时间。

(6)控制功能。E3Plus集成四个输入/两个输出，信号为24V直流，输入端子可用于采集所保护设备的断路器状态和接触器运行状态等参数，输出端子可用于所保护设备的远程启停控制。且

通过Devienet网络上传电流参数，配电柜内接线简单，改变了传统配电柜内线路密密麻麻的情况。

1.3WDB系列电机智能保护器

WDB系列智能型电动机保护器是目前国内较为常见的产品，保护精度高，固障分析准确，保护功能齐全，保护动作可靠，参数显示直观，是传统热继电器的理想替代产品。WDB系列智能型电动机保护器种类较多，本文以浙江魁星生产的WDB系列微机监控电机保护器为研究对象。

(1)多种保护功能。WDB系列微机监控电动机保护器具有过压、欠压、三相不平衡、缺相、过流、欠流、堵转、漏电、短路欠功率、起动加速**时等功能。

(2)显示功能。保护器得电时显示停止;正常运行时LCD循环显示A、B、c三相电流，显示电流相代号，后三位显示电流值;设置状态调整四个功青笔键，设置产品各项参数;故障时显示故障代码。保护状态时发生过流、过压、欠压，可显示保护动作时的瞬时值。

(3)设定功能。可根据保护对象情况现场设定额定电流、起动时间、过压值、过流动作时间、堵转电流对额定电流的倍数、漏电电流值、通讯地址号、三相电流不平衡百分比，操作简单易学。可选任何一相作为输出4mA～20mA标准模拟信号、电流输出误差等。

(4)保护投撤功能。所有的保护功能均可投可退，且可设定跳闸或告警。除短路培转、过流、断相保护只能投跳闸，其余保护(过压、欠压、不平衡、漏电、欠流保护)均可设定跳闸或告警。

(5)通讯功能。当上位机与保护器通信正常时，可通过通信接口，实现信息传输，一台上位机(PC)可接256台保护器，并可对每台设备分别进行集控控制，参数设定。

(6)记忆功能。当设备发生故障时，保护器可存储近三次电机所发生故障的原因，按数据键可查询近三次故障记录。

1.4UMC系列智能电机控制器

UMC系列智能电动机控制器是ABB公司生产的，根据功能不同可分为UMC22一FBP、UMC100一FBP、UMC22可满足大部分回路的应用要求。在需要额外功能时，可选择配置更高的UMC100，本文以UMC22为研究对象。

(1)多种保护功能。UMC22具有缺相保护、热过载保护、堵转保护、失速保护、欠载保护、三项不平衡保护、接地故障保护、PTC热电阻保护。

(2)控制功能。UMC22集成6个开关量输入/3个继电器输出，可用于控制直接启动、可逆启动、星三角启动、阀门控制(开/闭)，带分励绕组并具有反转功能的电机和执行器驱动。

(3)控制方式。UMC22可用通过以下方式控制设备：集中控制系统、可移动的操作面板手动控制、开关量输入控制、按钮/开关手动控制。

(4)操作面板。可选配操作面板用于显示和设置参数，可显示电机电流(以A或额定电流的百分比显示)。

(5)记忆功能。可进行运行时间计数，保护动作次数计数。

(6)通讯功能。UMC22通过FBQ总线适配器进行总线通讯，可以连接到DevieeNet网络。

2智能综合保护器优缺点分析与应用范围

2.1热继电器

热过载继电器的优点是结构简单、成本低，缺点是双金属片*出现热疲劳、过热数次后会引起参数变化、整定误差大，占用PLC控制柜模块点位多，没有缺相保护功能，保护功能单一，无法保护设备。而且热继电器动作后一般不能自动复位，需要等双金属片冷却后按下复位按钮复位。目前广泛应用于选煤厂中液压泵站电机，除尘风机电机等不定时、不频繁启动的辅助设备。

2.2 E3固态过栽继电器

E3固态热过载继电器可实现多种保护功能，除上述功能外还有设备故障预报警功能、ADR自动设备更换功能、温度监测功能，模块化结构，体积小，节约空间，安装、调试方便，可节省大量的PLC控制柜模块点位，节约了控制电缆，配电柜内接线简单，后期检修维护简单，运行可靠性更高。但是其前期投入成本较高，由于E3Plus集成水平高，出现故障时只能更换，检修工不具备维修的能力，而且当出现通讯故障时，影响时间长，排查较困难。目前在洗选广泛应用于补连塔选煤厂、大柳塔选煤厂等新改扩建系统的主要设备，如胶带机、刮板机、破碎机、泵等。

2.3 WDB系列电机智能保护器

WDB系列电机智能保护器应用微机和数字处理技术，测量精度高，故障分辨准确可靠，一机多用，操作简单，安装方式分为整体式和分体式，可以满足不同现场的安装要求，提高现场安装效率，而且价格较罗克韦尔E3Plus和UMC22*很多。但是需要占用大量模块点位，需要控制电缆接线较多，不能实现自动复位。目前广泛应用于各选煤厂的各种设备，使用范围广。

2.4 UMC系列智能电机控制器

UMC系列智能电机控制器具有电动机保护功能，灵活的起动功能，完善的管理功能。监测数据多，具有自诊断功能，操作面板可监视、控制及进行参数设置。自带输入输出点位，节省了大量模块点位。但是需要配套操作面板，漏电电流继电器，FBP总线适配器使用，成本较高，目前广泛应用于上湾选煤厂、乌兰木伦选煤厂的主要设备，胶带机、刮板机、破碎机等。

3安科瑞ARD系列智能电动机保护器介绍与综合选型

3.1产品简介

ARD该系列低压电动机保护器，具有过载、断相、不平衡、欠载、接地/漏电、堵转等保护功能。可与接触器、电动机起动器等电器元件构成电动机控制保护单元，具有远程自动控制、现场直接控制、面板指示、信号报警、现场总线通信等功能。应用范围：可广泛应用于煤矿、石化、冶炼、电力、建筑等行业的配电领域。

3.2产品选型

4结束语

电机智能保护器的应用是近年来国内外现代化大型选煤厂的一个**特点，本文通过对神东煤炭集团洗选各选煤厂常用的几种电机保护器进行对比，分析了传统的热继电器保护、罗克韦尔E3固态过载继电器、WDB系列电机智能保护器、ABBUMC系列智能电机控制器的功能特点、各自优缺点、应用范围等。为选煤厂智能电机综合保护器选型提供了参考，通过不断优化和改进控制设备、电动机保护设备以及通信网络。提高了选煤厂集中控制系统的运行效率，降低了选煤厂的生产运行和后期维护成本，提高企业竞争力和增加企业经济效益具有重要意义。

【参考文献】

[1]魏钟康.浅谈智能化电动机保护器在选煤厂集控中的应用

[2]刘锋，王斌.智能电机综合保护器在选煤厂中的应用

[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册2019.11

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