Solution intégrée complète de relais de protection à microprocesseur intelligent pour moteurs industriels

1. Contexte du projet et défis majeurs​

Dans la production industrielle moderne, les moteurs servent d'équipements de puissance centraux, dont la fiabilité opérationnelle a un impact direct sur la continuité, la sécurité et l'efficacité économique des lignes de production. Cependant, les moteurs font face à de nombreux défis sévères lors de leur fonctionnement :

• ​Conditions de fonctionnement anormales: Des problèmes tels que le blocage au démarrage ou en cours d'exploitation, la perte de phase et le déséquilibre de courant triphasé peuvent rapidement entraîner des dommages aux équipements s'ils ne sont pas traités rapidement.
• ​Risques de surchauffe: Le surcharge, un refroidissement insuffisant ou des températures ambiantes élevées peuvent provoquer une surchauffe des enroulements, qui est la cause principale du vieillissement de l'isolation et de la brûlure du moteur.
• ​Déficiences de protection: Les dispositifs de protection traditionnels (par exemple, les relais thermiques) souffrent de défauts inhérents tels qu'une faible précision de déclenchement (±15% d'erreur), une fonctionnalité limitée et un manque de capacités d'alerte précoce, ce qui les rend inadéquats pour l'entretien intelligent et la production à haute fiabilité.

Pour répondre à ces défis, nous introduisons une nouvelle génération de relais de protection basés sur microprocesseur qui intègrent des technologies de capteurs avancés, des algorithmes de fusion multi-paramètres et des plateformes IoT.

​II. Composants clés de la solution​

Cette solution se centre sur des relais de protection basés sur microprocesseur haute performance, offrant une protection complète et prédictive grâce à une intégration profonde du matériel et du logiciel.

1. ​Technologie de protection par fusion multi-paramètres​
   Allant au-delà de la protection contre les surintensités traditionnelles, cette technologie utilise une analyse multidimensionnelle des données pour réaliser des déclenchements et des alarmes précis.
• ​Protection inverse de surintensité haute précision: Utilise des algorithmes de microprocesseur pour simuler avec précision les caractéristiques thermiques du moteur, surmontant les valeurs de déclenchement incohérentes des relais thermiques traditionnels. Cela assure des courbes de protection précises et évite les déclenchements erronés ou les échecs de fonctionnement.
• ​Protection contre le déséquilibre de courant négatif: Surveille en temps réel l'équilibre du courant triphasé. Lorsque le déséquilibre dépasse le seuil défini (par exemple, 15%), le système détecte automatiquement la perte de phase ou un déséquilibre grave et déclenche des alarmes ou des actions de protection pour prévenir la surchauffe du rotor et les fluctuations de couple.
• ​Analyse spectrale de vibrations (optionnelle)​: Des capteurs de vibration intégrés analysent les caractéristiques spectrales des paliers du moteur et des mécanismes de transmission, identifiant efficacement les pannes mécaniques à un stade précoce telles que l'usure des paliers, les boulons desserrés et les décalages. Cela permet une protection combinée électrique et mécanique.

​Résultats d'application: Dans une grande raffinerie pétrochimique en Chine, cette solution a réduit de 67% les pannes de moteurs dues à des problèmes électriques et mécaniques et a réduit de 42% les coûts de maintenance associés.

1. ​Système de prédiction et d'alerte précoce de la montée en température intelligente​
   Utilise des modèles algorithmiques avancés pour prévenir activement les risques de surchauffe, passant d'une "remédiation réactive" à une "prévention proactive".
• ​Principe de fonctionnement: Le modèle thermique équivalent du moteur intégré calcule dynamiquement la montée en température des enroulements et l'utilisation de la capacité thermique en intégrant le courant de charge, les données historiques d'exploitation et les entrées de température ambiante provenant des capteurs.
• ​Alerte précoce: Si la tendance de la température des enroulements prédite approche la limite de la cote d'isolation, le système émet un signal d'alerte précoce 10 minutes à l'avance, permettant suffisamment de temps aux opérateurs pour intervenir, planifier des arrêts ordonnés ou ajuster les charges.

​Résultats d'application: Dans une grande usine sidérurgique, cette fonction a réussi à prévenir plusieurs brûlures de moteurs causées par des pannes du système de refroidissement et des surcharges soudaines. La précision de la prédiction de la température a atteint 91% en pratique.

1. ​Surveillance IoT sans fil et diagnostic via plateforme cloud​
   Permet une maintenance à distance et une gestion numérique, améliorant considérablement l'efficacité opérationnelle.
• ​Transmission de données sans fil: Le dispositif de protection intègre des modules de communication LPWAN (par exemple, LoRa) pour transmettre sans fil des données d'exploitation complètes du moteur (courant, tension, température, alarmes, état) à la plateforme cloud sans nécessiter de câblage complexe.
• ​Diagnostic et maintenance à distance: Les ingénieurs et les gestionnaires peuvent accéder à la plateforme cloud via PC ou applications mobiles pour surveiller en temps réel l'état de santé de tous les moteurs, recevoir des alertes et des informations sur les pannes, et effectuer des diagnostics et analyses à distance.
• ​Exploitation de la valeur des données: Les données historiques accumulées sur la plateforme peuvent être utilisées pour analyser les tendances de dégradation des performances des équipements, optimiser les cycles de maintenance et mettre en œuvre une maintenance prédictive, fournissant un soutien basé sur les données pour les décisions de production.

​Résultats d'application: Dans une cimenterie, le temps moyen de réponse aux pannes a été réduit de 2 heures à moins de 15 minutes après le déploiement du système de surveillance IoT. Les opérateurs pouvaient immédiatement accéder aux informations sur les pannes et leurs causes potentielles, réduisant considérablement le temps de dépannage et diminuant les arrêts non planifiés de 58%.

​III. Résumé des avantages de la solution​

• ​Plus précis: Les algorithmes de microprocesseur remplacent les structures mécaniques, assurant une protection précise sans déclenchements erronés ou échecs de fonctionnement.
• ​Plus complet: Intègre la protection électrique, thermique et mécanique pour couvrir un large éventail de types de pannes.
• ​Plus proactif: Les avertissements prédictifs basés sur des modèles empêchent les accidents avant qu'ils ne se produisent, plutôt que de réagir après coup.
• ​Plus intelligent: L'architecture IoT permet l'interconnexion des appareils, prend en charge la surveillance à distance et l'analyse des grandes données, et sert de base pour la fabrication intelligente et les usines numériques.