1.1短路保护
短路保护主要针对电机电缆或绕组短路故障,短路保护动作逻辑见图1。任意一相电流超过设定值就应立即保护动作,所以电流定值一般为额定电流的5~7倍,动作延迟0s。电梯在运行过程中几乎不可能达到相应的整定电流,因此这种保护只能保护电机,而不能保护电梯的其他部件。
短路保护动作逻辑图1
1.2过载保护
过载保护是指电机电流超过电机负载能力,经过一定延迟启动的保护动作。动作逻辑见图2。电流定值一般设置为电机额定电流的1.1~1.3倍,延时20~60s。保护主要是保护电机,对电梯其他部件的保护作用不大。
图2过载保护和过载保护动作逻辑
1.3过负荷保护
过载保护是指在负载设备(电梯)超过正常负荷后启动的保护动作,其动作逻辑与过载保护相同,电流定值为正常运行负荷下电流的1.1~1.3倍,根据负载特性延迟20倍~60s。该保护是对负载设备超过正常运行电流的一种保护,可在一定范围内保护负载设备。
1.4堵转保护
堵塞转移保护是指在电机或负载设备出现堵塞转移故障后经过一定延迟启动的保护动作。动作逻辑见图3。电流定值一般设定为电动机额定电流的3~5倍,延时1~10s。不同于过载和过载保护,电机启动后才会投入保护功能,不考虑提升机重载启动对定值的影响。同时保护电机和负载设备。
图3堵转保护动作逻辑
1)过载定值不合理
由于重载启动等特殊情况,设备制造商在选择电机时会考虑重载下的启动能力。例如,电梯的正常运行电流为100A,空载启动200A,但重载启动可达5000A,然后需要500A启动作为选择的依据,选择2000个额定电流A拖动电机。
但在计算保护定值时,设备未投入运行,因此过载保护一般以电机额定参数为计算依据。一般过载系数为1.1~1.在3倍之间,重载启动设备通常值1.3倍,额定电流为200A电机过载电流值为260A。由于过载是电流的低倍数保护,因此动作延迟一般为20~60s时间过长。
2)堵转保护可优化
堵转保护一般用于设备严重堵塞或电机堵塞,因此电流定值设置一般较大,不能保护一些较小的故障。但是,我们可以利用电机启动后的特点,进一步优化定值,而不考虑电机启动电流的影响。
3)负载设备保护过于依赖于电机保护器不同于风扇、水泵等单一设备,电梯或胶带机是相对复杂的设备,部件(如料斗、辊等)故障,往往反映电流特性较小或传输时间较长,但对设备的损坏较大。所以它可以使用DCS监控软保护。
2020年6月10日23时56分,我公司4线烧成车间窑升降机料斗脱落。故障期间给料量及电机电流变化见图4。由于个别料斗脱落,电流上升后迅速下降,电机保护器未移动。故障发生过程分析如下:
(1)电流145A,投料477t/h,料斗开始脱落,导致刮擦。
(2)23:56:50,电流158A,投料478t/h,电流开始迅速上升。
(3)23:56:55,电流297A,投料477t/h,瞬间卡涩严重,电流升至297A,中控开始减料。
(4)23:57:22,电流132A,投料50t/h,减料至低点后,中控开始重新投料。
(5)23:58:04电流261A,投料284t/h,中控重新投料至450t/h左右后,电流二次快速上升,电流升至261A,电流迅速下降至72A左右。
(6)23:58:32,电流72A,投料54t/h,中央控制重新开始进料,但磁耦合器已过载脱离,电机运行但电梯未运行,电机电流不会增加。
(7)00:04:27,电流73A,投料43t/h,停止投料。
(8)00:06:06,电流73A,投料0t/h,停提升机。
电机保护器主定值见表1。
表1电机保护器的主要定值
从实际故障电流和电机保护器定值来看,整个过程仅为3#点电流297A超过负荷保护定值276A,但故障电流持续时间不到1s,持续时间不超过负载保护的固定值,因此保护器跳闸出口不输出。
1)定值优化
电机保护器只能保护过载保护和堵塞转移保护,但只要保护器通电,过载保护就会投入使用。为了避免重载启动,需要长时间延迟,因此不能长时间保持高电流故障。
堵转保护功能的主要特点是电机启动后可投入使用,因此无需考虑启动的影响。4#入窑升降机堵转保护电流定值为2000A,时间定值改为2s,因此,有两个电流峰值可以启动此故障的保护动作。一次超过200A电流持续时间为4s,二次超过200A电流持续时间为6s,见图5。
图5部分电流峰值
由于保护器电流不能根据产量实时调整,不同工况下的保护范围可能会有所不同。例如,6月10日,4#线窑升降机未进料故障,空载电流66A 故障电流上升150A=216A,但是超过200A保留时间不足1s,因此,电机保护器仍然不会移动。
2)DCS系统电流保护
引用DCS电流保护作为补充保护措施。DCS根据投料量与提升机电流的对应关系,可实时进行分段保护,不同的投料量对应不同的保护定值。
根据前期4#窑点火投料情况,计算投料量与提升机电机电流的对应关系,乘以1.3倍可靠系数(1.1~1.3)获得保护电流定值,均延迟2s防误动。
电机保护器的主要目的是保护电机。负载设备可以在一定程度上保护过载和堵塞保护,但范围有限,特别是复杂设备的故障保护更有限。因此,可以引入DCS系统在不同工况下找到正常运行电流,计算出合理的保护值,进行分段保护,可以更准确地保护负载设备。