浅谈电机保护器在电控改造中的应用

殷爱莲

1 改造前的电气系统

大同煤矿集团公司晋华宫矿原煤车间低压电力系统由4 个电力室构成，分别为1# 站、2# 站、3# 站、4# 站。其中1# 站为动力配电站，不参与改造，电压等级660 V。参与本次改造的电力室分别为2# 站、3# 站、4# 站。1# 站动力变压器型号为SC10-1600/6/0.69 kV，低压系统为小电流接地系统。

2 现有设备概况及电机拖动方式

晋华宫矿原煤储运生产线含胶带输送机17 部，振动筛2 部，破碎机3 部，风机、水泵、照明变等辅助设备若干。

现有设备电机拖动方式为：断路器-接触器-热继电器-电机负载。

低压断路器多采用自动空气开关，用来接通和切断负载电路，也可用来控制不频繁启动的电动机，功能相当于闸刀开关、过电流继电器、失压继电器、热继电器及漏电保护器等全部功能的总和，是低压配电网中一种重要的保护电器。

接触器动作的动力源于交流电通过带铁芯线圈产生的磁场[1]，使动铁芯和静铁芯相互吸引控制触点吸合。为了使磁力稳定，铁芯的吸合面加了短路环。交流接触器失电后靠弹簧复位。接触器属于通过小电流控制大电流的开关类器件，便于实现远程操作。

热继电器主要用来对电动机进行过载保护，工作原理是过载电流通过热元件后，使双金属片加热弯曲推动动作机构带动触点动作，从而将电动机控制回路断开实现电动机断电停车，起到过载保护的作用[2]。鉴于双金属片受热弯曲过程中，热量的传递需要较长时间，因此热继电器不能用作短路保护而只能用作过载保护。

以上设备的供配电及控制盘柜已经使用20 年以上，设备已老化，存在安全隐患，在每年的设备运行统计中，设备发生故障的情况较多。为了实现设备安全稳定运行，提高生产效率，对2#站、3#站、4# 站的供配电及控制盘柜进行改造。

3 原煤生产线供配电及控制盘柜存在的问题

①盘柜内部回路较多，采用继电器保护的控制线路接线复杂，发生故障时检查线路费时费力。

②设备的保护措施不到位，仅有短路和过载两种保护，且断路器和热继电器能提供的保护参数整定误差较大，不容易达到保护精度。特别是经过大电流冲击之后，由于开关自身受到损伤[3]，其保护值的精度更会大打折扣，经常出现误保护、导致设备停车，或者保护不到位、造成设备损坏。

③老式盘柜笨重且内部空间小，使电力室空间没得到合理利用。老式断路器、接触器等体积庞大，稳定性差，即使定期维护保养也无法保证运行的稳定。

4 改造方案

4.1 柜体

柜体选用GGD 型交流低压配电柜，按照现代化工业产品造型设计的要求，前后均可开门操作维护。每个开关柜均配隔离开关，便于分柜维护及检修。柜门用转轴式活动铰链与框架相连、柜门加装密封条，安装、拆卸方便，同时提高了整柜的IP 防护等级。

4.2 断路器

选用SIMENS 原装进口3VL 系列塑壳断路器。该系列断路器有技术先进、节省空间和易于操作等特点，最高额定电流可达1 600 A，有热磁式和电子式两种型号的脱扣器可供选择，应用于不同的场合[4]。3VL 系列断路器能够经受多种气候的考验，可以安全地使用在有灰尘、腐蚀性烟雾、破坏性气体等环境下，对于原煤生产车间的高粉尘行业非常合适。

4.3 接触器

3TF 系列交流接触器为交流50 Hz 或60 Hz，额定绝缘电压为690 V～1 000 V，在AC-3 使用类别下额定工作电压为380 V 时的额定工作电流为9 A～400 A，主要供远距离接通及分断电路之用，适用于控制交流电动机的启动、停止及反转，符合IEC947，VDE0660，GB 14048 等标准。优点是安全性能好，导电部件不外露；体积小、重量轻，灭弧罩材料采用不饱和树脂，耐弧性好，不会碎裂；灭弧室呈封闭型，飞弧距离小，可缩小电气箱体尺寸；主触头系统结构独特，触头磨损小，寿命相当长，维护率低，可靠性高；装置宽度小，节约安装空间，并排安装无需降容温度可达60°C；全球认证、测试，具有UL，CSA 认证优化设计，安全、可靠。

4.4 电机保护器

选择国内优质品牌斯菲尔智能电机保护器WDH-31 系列产品，具有过流、过热、漏电、堵转、过压、失压、缺相等保护功能，适用于额定频率50 Hz、额定电压690 V 以下的电动机控制，实现实时测量、保护、电动机启停控制，以及远程通讯功能；显示界面语言为汉语，操作简便，很容易实现人机交互，提高了对负载及整个电气系统的安全性。

4.5 供配电及电机控制设计

2# 站、3# 站、4# 站的电源均来自1# 站，为保证供电安全，每个站采用双电源进线设计。每个站并柜排列，采用铜母排汇流。根据设备功能的不同，电机控制主要有以下方案。

4.5.1 电机单向连续运行

电机拖动方式：断路器-接触器-电机保护器-电机（见图1）。

图1 电机单向连续运行改造原理

控制方式：采用切换开关，实现本地/远方两地启动、停止功能。电机启动之后，由接触器辅助触点与启动按钮并联实现自锁，确保电动机持续运转。电机保护器的一组常闭触点串联在接触器线圈所在的控制回路中，一旦电机保护器检测到电机故障，常闭触点立即断开，接触器分断、实现对电机的保护功能，并将故障状态显示在电机保护器的操作界面上。

4.5.2 电机正反双向连续运行

电机拖动方式：断路器-两台接触器-电机保护器-电机（见图2）。

图2 电机正反双向连续运行改造原理

控制方式：采用切换开关，实现本地/远方两地启动、停止功能。电机分为正转和反转，分别由正转接触器和反转接触器的辅助触点与正转、反转启动按钮并联实现自锁，确保电动机持续运转。电机保护器的一组常闭触点串联在接触器线圈所在的控制回路中，一旦电机保护器检测到电机故障，常闭触点立即断开，接触器分断、实现对电机的保护功能，并将故障状态显示在电机保护器的操作界面上。

4.5.3 双电机单向运行延时启动

这种延时的控制方法适用于大功率双电机拖动的设备。先启动其中一台电机，延时一段时间再启动另外一台，这样避免了两台电机同时启动对电网造成的冲击，有效减小变压器的负荷。

电机拖动方式：断路器-双接触器-双电机保护器-双电机（见图3）。

图3 双电机单向运行延时启动改造原理

控制方式：采用切换开关，实现本地/远方两地启动、停止功能。一台电机启动之后，由接触器辅助触点与启动按钮并联实现自锁，确保电动机持续运转。延时一段时间之后，另外一台自动启动，两台电机保护器的常闭触点均串联在接触器线圈所在的控制回路中，任意一台电机保护器检测到电机故障，常闭触点立即断开，控制回路被切断，接触器断开、实现对电机的保护功能，并将故障状态显示在电机保护器的操作界面上。

5 结论

改造后的电控盘投入运行1 年来，运行状况良好，未发生事故。由于电机保护器的使用，杜绝了由于电机保护不到位造成的电机损坏，有效保障了整个煤流系统供配电的安全和稳定，设备维修率大幅下降，员工的劳动强度得到降低，提高了生产效率。

[1]龙子俊.电机与托动基础[M].北京：航空工业出版社，1992.

[2]周德泽.电气传动系统的设计[M].北京：机械工业出版社，1985.

[3]顾绳谷.电机及拖动基础[M].北京：机械工业出版社，1980.

[4]陈伯时.电气传动控制[M].北京：中央广播电视大学出版社，1983.