电动机智能监测保护装置的研究应用

王鹏

摘 要：电动机作为采油系统的重要组成部分在油田生产中占有举足轻重的地位，做好电动机的保护具有显著节能、提高生产效率、经济效益及保证安全生产的重要意义。本文在查阅相关文献的基础上，结合现场需求以如何为低压电动机提供智能测量、控制、保护为研究课题，完成了保护装置的设计，对传统电动机的保护提出了改善措施。

关键词：电动机；计量；智能化控制；保护装置

一、研究背景及意义

油田生产中，经常遇到电机由于机械原因，或电性原因造成损坏，尤其是单井及偏远井电动机保护缺乏，加上巡井人员不易及时发现，进而造成减产和人力损失，并增加电机维修和更换费用。目前，用于电动机上的保护器，有以热继电器为主的机械式和模拟电子式两种，主要对在电动机运行中的缺相、短路、过载、欠载等故障进行通常的监测和保护，虽有一定的保护作用，但存在许多不足，如热继电器受工作环境的影响很大，易老化、制作成本高、控制精度不高、不适应瞬态测量，同时，没有直接同时测量电动机的三相电压、电流、功率因数、有功、无功功率和电能计量的功能。

针对以上问题，研究一种电动机智能监测保护装置，全面监控采油生产的电机运行状态及电量采集。不仅能够实时监控电机运行情况，还能对生产异常进行及时报警。

二、技术思路及研究目标

（1）技术思路

本课题是研究一种电动机的测控设备，特别是一种不仅能对电动机进行通常的保护，而且能对电动机的用电量、电压、电流、功率因数等参数进行检测、计量、显示的一种电机计量保护仪。

（2）研究目标

设计一种不仅具有一般的电动机缺相、短路、过载、欠载、堵转、过压、欠压、漏电等的保护功能，而且具有可直接同时测量三相电机运行时的三相电压、三相电流、功率因数、有功功率、无功功率、视在功率、消耗电能和电能计量的电机保护计量仪。

三、研究内容

（1）设计原理

装置由电流互感器、外壳、输入电路、保护和控制继电器及无触点开关装配电路板构成，通过保护装置，实现电机电参数采集，并经远程传输技术将数据进行网络发布，加强采油生产管理。

（2）结构设计

电流电压输入电路、保护和控制继电器及无触点开关装配电路板安装在主体外壳内的底部，电流互感器通过线缆与电流输入电路及保护和控制继电器装配电路板上的电流输入电路相连接。其特征在于在电流电压输入电路、保护和控制继电器及无触点开关电路装配电路板的前端，垂直固定连接上综合电参数测控计量显示电路板，在综合电参数测控计量显示电路板的内侧安装上微处理器、无功补偿控制及电参数显示器和数据储存模块以及操作按键。微处理器与无功补偿控制及电参数显示器、数据储存模块相连接，并通过线缆与电流电压采樣输入电路、保护和控制继电器及无触点开关电路装配电路板上的保护和控制继电器以及电流互感器相连接。操作按键与微处理器相连接。

电流互感器和电压采样电路将检测到的信号输入到微处理器，经过运算、分析后的数据，除传给保护和控制继电器进行一般的常规保护外，还通过操作按键指令让微处理器分别实现不同的显示功能和控制功能。在电流电压输入电路及保护和控制继电器装配电路板的后端垂直固定连接上接线板。

电流互感器，由三个互感线圈中心孔、安装底座构成，安装底座固定在电流互感器外壳的底部，安装底座直接与电动机外壳相固定连接，电动机的三相电源线分别穿过三个互感线圈中心孔，通过三个互感线圈检测输入电动机的电流信号和电压信号。

通过微处理器实现对电动机的用电参数及参数故障的分析和计量，对用电参数通过电参数显示器进行显示，操作按键同时与电参数显示器相连接，由操作按键进行指令其显示内容。

通过保护和控制继电器，实现对电动机的正常保护，电参数显示器由显示屏显示；操作按键分设置、返回、增加、减少、移项、启动和停止，通过对操作按键上的不同按键进行操作，可分别显示有功功率、无功功率及各种电量参数。

通讯接口模块设在接线板上，采用全数字式芯片，可采用RS-485通讯接口进行组网，组成集散型电机监测控制网络，通过上位计算机，使用通用组态控制软件，实现集中显示电动机的运行状态，控制电动机的启停、远程设定报警和保护参数。

（3）典型应用

图1为采用直接启动接线方式的智能电动机保护装置典型应用图。可通过按动外部启动按钮SB2或通过上位机远程控制保护器的启动继电器来启动电机。其控制方式为：当启动按钮SB2按下或远程启动继电器7、8闭合，则接触器KM的吸引线圈处于通电状态，使接触器KM的主触头和自锁触头KM闭合，启动电动机。此时，松开SB2或启动继电器7、8断开后接触器KM的吸引线圈还是处于通电状态，主触头和自锁触头KM仍旧处于闭合状态，电动机处于通电状态。一旦电动机正常启动后，保护器就对电动机的运行状态进行监测，当电动机出现故障状态后，智能保护器的脱扣继电器动作，常闭触点95、96断开，使接触器KM的吸引线圈断电，使接触器KM的主触头和自锁触头的状态由合变为分，切断电动机的供电，使电动机停车。

四、总结

电动机在采油系统中被广泛应用，但是其高故障率对抽油机的正常生产和经济效益造成极大的影响。因此在分析传统电动机保护装置不够完善的基础上，研制功能完善、可靠性高的电动机保护装置已成为必要。

参考文献

[1]刘新正 译.电机学.北京：电子工业出版社，2012.6.

[2]徐淑华.电工电子技术.北京：电子工业出版社，2013.1.

[3]许志红.电器理论基础.北京：机械工业出版社，2014.2.

[4]刘学军.继电保护原理.北京：中国电力出版社，2004.5

[5]张葆豫.电动机最新保护技术.郑州：河南科学技术出版社，1998.6.

[6]徐爱卿，孙涵芳，盛焕鸣.单片微型计算机应用和开发系统.北京：北京航空航天大学出版社，1993.2.