探讨低压智能电动机保护器的工作原理及应用

摘要：为了防止电动机在使用过程中因过载、短路、断相、过压、欠压、过热而烧毁，就有必要对电动机的运行状态进行及时准确的检测，并对电动机进行相应的保护。本文分析了电动机的故障原因，并介绍了多功能智能化电动机保护器的构成与保护功能和应用。

关键词：智能保护器；短路；断相；过压；故障

0 引言

石油化工行业电机设备是大容量、高负荷的连续运转，因而对其可靠性和稳定性要求高，一旦发生事故，马上查找故障原因并及时消除，以保证及时恢复生产。为此，经过多年尝试和反复实践，终选择了电动机智能保护器(简称为电机保护器)，作为电动机的保护元件,下面就电动机的故障原因以及电机保护器的应用作以简单介绍。

1 电动机的故障原因

电动机在运行中由于种种原因，会出现故障，故障分机械与电气两方面。

（1）机械方面有扫膛、振动、轴承过热等故障

（2）电气方面主要是电动机绕组过热，超过额定值而烧毁在这里我们仅对电气故障进行分析，造成绕组过热的主要原因之一是流过绕组的电流过大，超过电动机的额定电流。

造成绕组过热的主要原因之二：虽然流过绕组的电流不超过额定值，但由于电机通风不良或环境温度过高，绕组的发热不能及时散出，也能造成绕组温度超过额定值而烧毁电机。

2 电机保护器的工作原理与功能

2.1电机保护器的工作原理

电机保护器集过（轻）载保护、缺相、过（欠）压、堵转、漏电、接地及三相不平衡保护等低压保护于一身，通常由电流传感器、比较电路、单片机、或出口继电器等几部分组成。

2.2电机保护器的功能

2.2.1系统保护功能

电机保护器可实现对电机的综合保护，其具体功能有接地保护、断相保护、短路保护、过（轻）负荷保护、不平衡过负荷保护、堵转保护、低电压和过电压保护。当电机正常工作时，保护器通过面板上的液晶显示屏，实时显示电机的工作电流和电压。具有通讯功能的电机保护器定时将采集的信号通过CAN总线传至后台微机。当故障发生时，保护器能自动地、迅速地反应并发出跳闸信号。

2.2.2故障判断与记忆功能

电机保护器对电动机进行检测时，需正确判断电动机正常、过载、短路、断相、过压、欠压、过热等工况并作相应的处理。当电动机出现某种故障时，保护器切断电动机的电源而处于保护状态，并且保存故障类型、时间以及电机运行参数。电机保护器通过识别与记忆电路对故障予以识别、记忆和指示，以便于维修。只有故障排除后，复位保护器，故障指示才消失，电动机才能再次启动。

2.2.3在线监测功能

带有通讯功能的电机保护器使控制室操作人员可在后台微机上，完成所有保护器的各种保护整定数据的调阅、修改和整定。同时，在线监测电机的运行负载和供电电源的质量，为及早发现过载和接地故障等创造了条件。此外，后台微机强大的信息管理功能，可有效记录各台电机的型号、运行方式、和历史维护记录，为保证工艺系统的生产、减少事故停车，提供了可靠依据。

3 电机保护器的应用

3.1选型原则

电机保护器的应用首先要做到正确的选型，须考虑一下几个方面。

（1）电机保护器按结构形式来划分，一般分为一体式和分体式两种。

所谓的一体式就是显示面板与电流互感器部分是一体的，分体式就是显示面板与电流互感器部分是分开的。

我们在工程实践中由于普遍采用了新型的SIVACON8PT，GCS，MNS等系列低压抽屉式开关柜，因而采用分体式，将显示表头嵌入式的安装在开关柜抽屉的活动面板内，这样不仅简化了柜内接线、而且又方便了系统随时调整、设定参数和显示、监控，同时数字化的显示面板也增添了柜体的统一性和美观性；使得配电室内的设备运行情况及故障状态一目了然，极大的方便了系统巡查和检修维护。

（2）电机保护器按额定工作电压及电流范围来划分，可分为AC380V、AC220V两种；对应量程为5-50A、10-100A、20-200A、40-400A、60-600A等若干等级，使用时按照电机控制回路工作电压及负载的额定电流选用相应的量程范围即可。

在工程应用中，由于化工装置电机较多，为方便互换及减少备件的种类，对于200A及以下的电机，用分体式电机保护器，使主回路的一次电缆直接穿过电机保护器的电流互感器部分即可实现小功率电动机的控制和保护；200A以上的电机，我们采用在主回路装设3个变比为5安倍的电流互感器的方式，将一次电流变为小于5安倍的二次电流，再接入电机保护器，使大型设备也得到了有效的控制和保护。

（3）电机保护器除了具备基本保护功能外,还具备RS-485通讯接口,可根据工艺以及DCS系统连锁的实际需要合理安排；零序漏电保护功能，电动机自动重启动功能。当供配电系统发生电压骤降，而且又在设定的自动重启动时间内恢复正常，电机保护器可以将停运的电动机在设定的时间自动恢复至运行状态。这些非标配的功能在选型时要根据用户要求合理选配。

3.2通过工程实例说明电机保护器的应用

下面以WDB系列电机保护器为例,介绍一下电机保护器在我公司的工程应用情况。

（1）WDB一体式电机保护器在22KW基地后勤配电回路中的应用

图1应用电机保护器的二次原理图

其二次原理图的工作过程：合上开关QF和微断开关QF1，按下现场按钮SB1,接触器KM线圈带电并通过其辅助接点自保持，接触器触点动作，主回路接通，同时柜上红灯（HR1）和现场红灯（HR2）发光,电机保护器显示运行状态，电动机启动。如果电动机出现故障，电机保护器的保护接点（3、4）动作，使接触器KM线圈失电，跳开接触器触点，同时柜上绿灯（HG1）和现场绿灯（HG2）发光，电机保护器的输出故障接点（5、6）动作，发出故障报警信号，柜上故障灯（HY）也发光。电机保护器通过判断与记忆，自保持并显示故障状态，并将电机保护器通讯接口（9、10）端子输出的信号传送到电气控制室后台计算机，直到运行人员查明故障后，在后台计算机或电机保护器的面板上按复位键后机内的出口继电器才可以复归，为再次开车做好准备。

图2运用电机保护器的二次原理图

如图2所示，7、8端子为保护器的输出零序电流互感器接点，其他端子与图1一样。由于电动机功率很大，因此在主回路设置3个变比为5安倍的电流互感器，并把电流互感器的二次线穿过分体式电机保护器的电流互感器部分，然后通过通讯线把电流互感器部分与显示面板相连。其电机保护器正常工作原理及标配故障处理与图1一样。不同之处是本图用到的电机保护器具有零序漏电保护功能，带有零序电流互感器，电动机主回路的一次电缆A,B,C三相，要同时穿过电机保护器的零序电流互感器，依据A,B,C三相电流之和等于零的原则来判断零序漏电电流，继而进行漏电保护。如果电动机出现漏电故障，电机保护器检测到漏电电流很小，并且在漏电电流允许的范围（≤30mA）内，电机保护器的输出保护接点（3、4）不动作，但是电机保护器的显示面板的故

（2）带漏电保护功能的WDB分体式电机保护器在甲乙酮132KW卧式离心泵配电回路中的应用障指示灯闪烁，并将信号传送到电气控制室后台计算机。电机保护器通过判断与记忆，自保持并显示故障状态，直到运行人员查明漏电故障并消除后，在后台计算机或电机保护器的面板上按复位键后机内的出口继电器才可以复归，电机保护器显示运行。如果电动机出现漏电故障，并且超出漏电电流允许的范围，电机保护器的输出保护接点（3、4）动作，其原理与上图1的故障处理原理一样。

4 安科瑞ARD系列智能电动机保护器介绍与综合选型

4.1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。

4.2产品选型

产品功能

说明：“√”表示具备“■”表示可选

5 结束语

电机保护器是发电、供电、用电系统的重要器件，广泛的采用电机保护器，不但可以提高工艺控制的准确性、科学性，降低事故率，而且对于提高电气控制系统的自动化水平和发展国民经济，也必将起到推动作用。

【参考文献】

[1]张风平,刘辉.浅谈低压电机智能保护器的应用

[2]安科瑞企业微电网设计与应用手册2019.11