智能低压电动机保护控制器在石化企业的应用

邵林运

（大连西太平洋石油化工有限公司 辽宁省大连市 116600）

在石化企业中，电动机作为工艺生产设备最主要的动力来源，对生产装置的平稳运行起着举足轻重的作用，如何对电动机进行全面地保护，从而保障生产装置连续运行，需要电气技术人员不断探讨解决。

智能低压电动机保护控制器由保护主体模块、专用电流互感器模块（或通用电流互感器）、显示屏模块构成，具备计量、保护、控制多种功能，适用于低压三相交流异步电动机保护与控制，该装置不仅可以提高电动机保护控制的可靠性、先进性，其欠压重启动功能也满足了“晃电不停装置”的要求，非常适合作为石化企业低压电动机的保护。

1 设计规范对低压电动机保护配置的要求

GB50055-2011《通用用电设备配电设计规范》[1]针对380V 电动机的保护配置有明确要求，可概括为：380V 电动机通常情况下需要考虑安装短路保护与接地故障保护，在实际使用中可视电动机的用途选择安装低电压、断相、过载以及同步电动机的失步保护。

智能低压电动机保护控制器在满足设计规范要求的同时，还具备启动超时保护、启动过流保护、电流堵转保护、不平衡保护、过载保护、欠载保护、增安型电机tE时间保护、低电压保护，过电压保护，溢出保护，欠压重启动，遥控，通信等其它功能。

2 智能低压电动机保护控制器整定

下面以PMAC801A 智能型电动机保护控制器为例并结合具体电动机参数，对保护控制器的常用保护整定方法进行说明。

例：加氢裂化装置某空冷电机有关数据：

YAX180M-2W，18.5KW，380V，Ie=33.4A，KS=6.5，F 级绝缘，tE=9.0s，油泵负载，起动时间tS=5.0s，堵转电流7.0 倍，最大转矩2.2 倍。考虑热态起动。起动时机端电压98%Un。

2.1 不平衡保护

电动机因相间或匝间短路、三相电压不正常、电动机三相绕组不均衡等原因，在启动或运行过程中会造成三相电流不平衡，电流中的负序分量大增，在转子中感应出的倍频电流会产生大量的热量，严重时会烧毁电机。当电动机三相电流不平衡度超过定值时，应动作于跳闸，不平衡保护可以选择设定为投入或者退出。如表1 所示。

表1： 不平衡保护整定参数

设置不平衡的门槛是根据经验来的，推荐40%的标准作为启动值，启动值可以进行下调直至略高于一个会产生频繁跳闸的门槛。在石化企业中，可将保护执行方式设定为告警，即可以避免不平衡保护误动作导致生产流程中断，也能及时提示运行人员及时发现电动机接线端子松动或线圈匝间短路故障。

不平衡率的计算公式如下：

其中：

Imax：三相电流最大值；

Imin：三相电流最小值；

本例中，不平衡率定值取30%，时间定值取5S，执行方式设定为告警。

2.2 过载保护

为防止电动机长时间过负荷运行，引起电机绕组超温、绝缘失效，导致电动机烧毁，需要安装过载保护。过载保护根据故障电流或过负荷电流反时限特性跳闸，宜根据厂家提供的电动机热限曲线或过负荷能力选用合适的动作特性曲线。

PMAC801A 提供18 不同的动作特性曲线供用户进行选择，曲线公式：

用户可以根据电动机过载保护级别对曲线系数进行选择，曲线速率对应的K 系数见表2。

表2： 不同曲线速率对应的K 系数

常用曲线速率9，K=180 对应的保护动作特性曲线如图1 所示。

图1： 曲线速率9 对应的保护动作特性

2.3 tE时间保护

GB3836.3-2010《爆炸性环境第3 部分：由曾安型“e”保护的设备》[2]第4 页，对tE时间进行定义：交流电动机定子或转子线圈在最高环境温度下达到额定运行状态温度后，通过电动机起动电流并开始计时，直至温度上升到极限所需要的时间（秒）。

规范[2]规定：当电机或拖动的机械设备发生堵转时，保护控制器应该能够在tE时间结束之前使电机跳闸。如果电动机固有的tE时间超过图2 中曲线函数关系确定的tE时间最小值，则说明tE时间保护可对电动机起到保护作业，如果电动机固有tE时间小于图2 中的规定值，则应该采用其他的经过验证有效的过载保护装置作为补充才被允许使用。

图2： tE 时间保护动作特性曲线

该保护起动完成后自动投入,起动时闭锁。

本例中电动机电流倍数IA/Ie=6.5、tE=9S，等值T7计算公式为：

取 =8.2×0.9=7.4（S）（考虑可能有10%的延时误差）

当过载7 倍时，保护动作时间：

当过载3.0 倍时，查曲线得保护动作时间约为29s，或按公式计算：

而此时tE=8.2s 的允许动作时间约为32.8S，说明电机受到保护，在达到极限温度前电机已跳闸。

注：若从电动机名牌上查得堵转电流倍数IA/Ie=7.0，tE=8.2s，则直接设定：=8.2×0.9=7.4（S）。

2.4 接地保护

为防止电动机电源对电机金属外壳或大地发生短路时故障扩大，需要投入接地保护发出跳闸信号，使故障切除。如表3 所示，其保护构成原理，可能是下三种方式之一：

表3： 接地保护整定参数

（2）三个CT 接成零序过滤器的方式；

（3）零序互感器接入。

鉴于电动机起动时电流很大并且暂态过程非周期分量加大了电流不平衡度，为避免保护误动，电流定值设定一般不要小于1 倍，可取1 倍。

保护延时to 的整定，要考虑以下两个因素：

（1）GB50054-2011《低压配电设计规范》[3]对切除接地故障的时间要求，“配电线路或仅供给固定式电气设备用电的末端线路，不宜大于5S”，对于易燃易爆的石化企业，应尽量小于5s。

（2）与Y/Yo 接线的配电变压器二次零序保护相配合。

本例中接地保护电流定值整定为100%Ie，时间定值整定为1S。

2.5 过流堵转保护

堵转是电机在转速为0 时仍然输出扭矩的一种情况，一般都是电机或拖动设备发生严重故障导致。电机发生堵转时巩固率因数非常低，堵转电流最高可达额定电流的7 倍，时间稍长就会烧坏电机。过流堵转保护可以选择设定为投入或者退出，如果用户设定为投入，则堵转保护在电机启动过程中自动关闭，电机启动过程结束后自动打开。如表4 所示。

表4： 过流堵转保护整定参数

堵转保护的电流定值不应大于电机生产厂家提供的最大允许堵转电流值，因该保护启动过程中自动关闭，一般取1.5～2.5 电机额定电流，此时保护亦不会误动。时间定值可参考电动机的允许堵转时间整定，一般整定为2-3 秒。

本例中过流堵转电流定值取250%Ie，时间定值取3S。

2.6 欠载保护

一般电动机欠载时不需要保护，在石化企业中，对于驱动磁力泵的电机，因泵抽空时往往会导致磁力泵损坏，固从保护驱动设备的角度出发，往往需要配置欠载保护。

在石化企业中，欠载保护电流定值门槛是通过实际测量得到的，具体方法为：将泵出口关闭，启动电动机，记录电机运行电流（空载电流，时间不得超过25 秒），将该电流值+2～3%，输入保护控制器作为轻载保护定值，小功率电机（5.5KW 一下）一般加经验值（0.1～0.5A）。如表5 所示。

表5： 欠载保护整定参数

2.7 欠压重启动

欠压重启动功能提供系统短暂失电时电动机的自动重新启动功能，并设置有“立即再启动”和“延时再启动”两种再启动功能。两种再启动功能可分别投退。立即再启动具有抗晃电功能。

当电机处于运行状态，电机供电回路电压失电或下降到设置的跌落电压以下时，保护控制器开始计时。如果在“立即再启动失电时间”以内主回路电压恢复到“恢复电压”，则保护器立刻发出启动命令，重启电机，装置不再进行判“延时再启动”逻辑判断。如果“立即再启动失效”，而在延时再启动失电时间以内恢复到恢复电压，则保护器经过设定的“延时再启动延时时间”后发出启动命令，重启电机。恢复电压设置值需大于跌落电压设置值，可通过设置不同的“延时再启动延时时间”实现电动机的分批再启动。

电动机分批再启动，需要核算允许全压启动的电动机最大功率，具体可参照《工业与民用供配电设计手册》第四版[4]P486 执行，具体见表6。

表6： 按电源容量估算的允许全压启动的电动机最大功率

通常一个变电所的运行电动机分成2～3 批再起动即可，经过与工艺、设备专业进行讨论，可按照电机的重要程度将最重要电机设置为第1 批再启动，其余电机设置为第2 或第3 批再启动。

3 结束语

现场电气技术人员在整定智能低压电动机保护控制器时，应具体结合石化企业的生产工艺、变配电系统及电气规范、设备性能参数及行业经验进行保护功能的整定，在充分挖掘保护控制器功能的基础上，实现对电动机及其拖动机械的全方位保护，保障生产装置的连续平稳运行。希望本文可以为石化企业的电气技术人员在低压电动机保护控制器的整定方面提供一定的参考。