智能电动机保护器在化工行业抗晃电中的应用

时间：2019-03-24

作者：安科瑞电气股份有限公司

摘要

介绍目前常用的抗晃电措施，着重介绍使用电动机保护实现抗晃电的方法。

关键词

ARD3-100/SU；电动机保护器；抗晃电；JB/T 10736

0 引言

“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。

1常用的抗晃电的措施

1.1 UPS抗晃电系统

DCS、PLC等控制系统的工作电源由UPS电源接入，实现抗晃电的目的。在线式UPS 工作原理如图1 所示，电网正常工作时，给负载供电，同时给储能电池充电；当市电欠压或突然掉电时，UPS电源开始工作，由储能电池给负载供电。

图1 在线式UPS工作原理

系统发生晃电时，接触器的线圈依靠UPS供电正常工作，保持主触头的吸合，避免晃电造成电机停机；当母线失电过一定的时间后，根据二次控制部分设定的时间断开输出，避免电压恢复后事故的发生。其控制接线图如图2 所示。

图2 UPS控制接线图

1.2 DC-BANK 抗晃电系统

变频器抗晃电有如下方法：

（1）取消变频器低压保护设置，设置重起动。该方法缺点是关键电机的停止、重起会影响生产的连续性和造成次品增加，另外低压往往会表现为变频器的过流保护，而取消过流保护会增加变频器本身损坏隐患，因此，这种方式在连续性生产要求较高的石化企业很少使用。

（2）DC-BANK系统，主要应用于变频电机和PLC/DCS 供电系统。电网正常时变频器由交流母线供电，DC-BANK 系统处于热备状态；电网晃电或备自投切换时，电网电压下降，转换成由DC-BANK 向变频器的直流母线供电，变频器保持正常工作。其工作模式如图3，单台控制逻辑图如图4 所示。

图3 DC-BANK系统工作模式

图4 DC-BANK系统单台控制逻辑

1.3 电动机的抗晃电措施

交流接触器广泛使用于低压电动机控制系统中，常用电机控制电路如图5 所示，晃电发生后接触器断开，会使电动机停转。

图5 电机控制电路

电动机抗晃电主要为接触器抗晃电，交流接触器的抗晃电方法：

（1）采用抗晃电接触器（具有延时释放/避开弹跳区的接触器），晃电出现时接触器不立即释放,也不工作在临界弹跳区，其安装接线如图6所示。

图6 抗晃电接触器接线图

（2）在原有的交流接触器上增加延时模块，控制电路如图7 所示。

图7 增加延时模式的控制电路

（3）加装再起动控制器，起动控制线路如图8 所示。

图8 加装再起动控制器的控制线路

（4）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4-20mA DC变送输出，MODBUS、PROFIBUS通讯功能。安科瑞ARD系列电动机保护器抗晃电控制回路（保护模式）见图9所示。

图9 ARD系列电动机保护器抗晃电控制回路（保护模式）

工作原理如下：95-96接点作为保护接点，保护器上电后处于常闭状态，当出现故障或辅助电源断电后变为常开状态；7-8接点同起动按钮SB2并联，出现晃电后7-8吸合维持控制回路处于起动状态，电压瞬间后可执行重起功能。

采用直接起动方式的抗晃电控制原理如图10所示，95-96接点功能同图9，7-8接点为起动控制继电器，保护器接收到SB1发出点动起动信号后，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发出点动停止信号后，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10 采用直接起动方式的抗晃电控制原理

电动机保护器行业标准（JB/T 10736）中对抗晃电（失压重起）功能描述要求：“具有欠电压（失压）重起动保护功能的保护器，因主电路欠电压故障或失压停车，若在“立即重起动时间”内电压恢复至正常（允许重起动设定值以上）时，保护器可使电动机立即恢复至电动机停车前的运行状态（不经过起动延时、降压等过程）；若过“立即重起动失压时间”而在“延时重起动延时时间”设定时间内，电压恢复至欠电压（失压）重起动设定值以上，则电动机按“延时重起动延时时间”延时起动（与正常起动的过程相同），延时时间允许误差为±10%；若过“延时重起动延时时间”后电压恢复，则电动机不再自动重起动，恢复电压值误差不大于±10%。”

2 电动机保护器抗晃工作原理及相关参数的设置

以安科瑞ARD系列电动机保护为例。为实现抗晃电功能，电动机保护器需带有抗晃电模块，将交流电输入接在抗晃电模块的输入端，抗晃电模块的输出接到电动机保护器的辅助电源输入端，电动机保护器的电压测量信号取自接触器上级，防止晃电时接触器脱开，无法测得恢复电压。线路正常供电时抗晃电模块的内部储能装置处于储能状态，晃电期间由抗晃电模块储能设备向电动机保护器供电，维持电动机保护器正常工作。当系统电压恢复到“重起动电压”后，电动机保护器对晃电持续时间进行判断，时间小于“立即重起动失电时间”立即吸合“输出继电7-8起动电动机；晃电时间长于“立即重起动失电时间”，而小于“允许失电时间”，执行延时重起动；晃电时间长于“允许失电时间”，不执行起动。

电动机保护器可以实现晃电立即重起动、失压延时重起动、失压时间过长闭锁起动，并且带有过载、断相、堵转、阻塞、过压、欠功率等全面的保护功能，可以确保电动机的平稳运行，并减少系统投资，在化工行业使用具有实际意义，相关参数的设置见表1说明。

表1 相关参数设置

参数	范围	说明
重起动电压	（75%-95%）Ue	Ue为系统额定电压。系统电压恢复到此设定值后认为晃电结束电压恢复。
立即重起失电时间	(0.1-0.5）s	通常说的晃电时间，晃电时间短，恢复后可立即重起。
允许失电时间	(0.5-10）s	大失电/失压时间，出此时间不执行起动，大于立即“重起失电时间”小于此时间执行分批重起动，防止电机同时造成电网冲击。
重起延时	(1-60）s	分批重起延时时间，不同电机设定不同延时时间防止电机同时重起，冲击电网。

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