安科瑞 鄒玉麗

摘要 ：介紹了礦用電動機智能綜合保護器系統的總體結構，采用直接將交流信號整流、濾波、調理、采樣的方式變為微控制器能夠識別的直流信號，通過對微控制器采集到的直流信號編程判斷來實現對電動機的相關保護控制、故障顯示與報警以及與上位機的通信。同時還介紹了有關礦井下電動機經常出現的故障及其原因和判斷這些故障所使用的檢測和保護方法。

關鍵詞： 電動機；智能保護器；結構分析；微控制器；互感器。

引言

電動機在運行狀態下可能會發生各種各樣的故障，這與工作環境、使用方式和維護周期等因素密切相關。特別是在煤礦井下，由于井下環境惡劣，電動機長時間暴露在煤塵、潮濕等惡劣環境中，容易導致電動機散熱道堵塞等，經常會出現電動機的燒損。因此電動機智能綜合保護器的設計就顯得非常重要。

1.電動機智能綜合保護器結構分析

礦用電動機智能綜合保護器的系統指的是通過電流互感器和電壓互感器對煤礦井下電網供電系統進行變壓，通過信號調理電路和信號采集電路(A／D轉換電路)，最后轉換成微控制器能夠識別的數字信號；通過對微控制器進行相關編程，對采集到的信號進行處理，判斷電動機當前處在什么狀態；通過對該狀態的判斷，經由電動機保護控制電路實現對電動機的保護和控制。同時由于對煤礦井下電動機的現場巡檢并不是很方便，在此設計的電動機智能綜合保護器還要加上與井上上位機通信的功能。為方便就地檢查，同樣需要在保護器上設置電動機狀態顯示與報警界面，實現良好的人機交互，同時應加上按鍵調節功能以適應不同電網電壓等級下對電動機不同的要求。

2.保護器工作狀態分析

2.1 漏電保護

煤礦井下電動機及其供電線路常見的漏電故障有：

(1)電動機或者供電線路因長期暴露在潮濕環境中，導致其絕緣電阻下降，流向大地的對地電流增大，從而使電動機及電氣設備外殼帶電。

(2)電動機或者供電線路帶電體發生部分裸露現象，致使未受到高度重視的井下人員誤觸到該處，直接或者間接通過導體工具而致使其中一相接地，造成漏電事故。

(3)電動機或者供電線路絕緣部分因為久置老化、電壓性擊穿或者機械損壞等原因而發生一相中的金屬性接地或弧光接地。

人身觸電造成人身傷亡的危險主要與流經人身的觸電電流和流過這些電流時間長短有關系。一般在不考慮電網電容情況下，人體觸到一相導線時，30mA為允許通過人體的最大觸電電流，即30mA以下不至于發生生命危險。井下在660V時引爆瓦斯的安全火花電流為50mA以下。所以，漏電安全臨界電流值應該為30mA。

在忽略電網對地分布電容情況下，對于中性點不接地系統中人體觸電電流計算公式中：Ir為通過人體的電流，單位為A；E為供電電路的相電壓，單位為V；r為供電電路每相的對地絕緣電阻值，單位為Ω；Rr為人體電阻值，單位為Ω，在煤礦井下一般按照最低值為1kΩ計算。

對于煤礦井下中性點不接地系統，通常其漏電電流非常小，不易區分故障與否，因此需要添加一個接地的檢測電源E，如圖1所示。將附加的直流檢測電源E接入三相系統，如果系統出現漏電現象，那么電流將按照電源正極→電網對地絕緣電阻→三相電網系統→電源負極流向來運行，由于單回路系統，電流不變，因此通過漏電保護電路檢測采樣電阻R兩端的電壓U的大小從而可以間接知道電網對地絕緣電阻阻值的變化，進而可以檢測到電網是否發生漏電現象。這種方法稱為附加直流電源漏電保護法。

圖1 附加直流電源漏電保護

漏電閉鎖同樣是一種重要的漏電保護方法，顧名思義，漏電閉鎖是指當檢測到線路發生漏電時，需要閉鎖住電閘，防止人員送電之后因漏電而發生事故。當三相系統未通電情況下，通過附加直流電源方法可以檢測到電網對地絕緣電阻阻值的變化，從而判斷是否發生漏電現象。在三相電網未通電情況下，如圖2所示，接觸器KM主觸點斷開，接觸器KM常閉觸點將附加直流電源接入系統，如果發生漏電，則電壓U發生變化，從而觸發漏電保護電路動作，達到漏電閉鎖保護的目的。

3.保護器選擇分類

現代智能電機保護器還有很多在實際生產中需要的功能，如回看功能、遠程通訊、遠程控制、多種啟動方式選擇等。

保護器在類型上分為：一般普通型、數碼顯示監控型、智能監控中文顯示型。

3.1一般普通型

結構比較簡單，主要功能以突出過載、缺相(三相不平衡)堵轉等故障保護。故障類型采用指示燈顯示。

3.2數碼顯示監控型

數碼顯示監控型保護器，內部電路運用單片機，采用數碼管作為顯示窗口，智能化綜合保護，集保護、測量、通訊、顯示為一體。整定電流采用數字設定，用戶可以自行對各種參數修正。

3.3智能監中文顯示控型

智能漢字顯示更適合國內，與其他類型相比，功能更加完善。此類產品對各種參數、狀態、信息直接在操作面板單元上中文漢顯液晶顯示，使界面更加直觀醒目，并且支持遠程計算機通訊功能。啟動方式有多種選擇，并有存儲回看功能，給后期的維護維修提供了數據依據。

4.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。

4.1、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。

審核編輯 黃宇