Повна інтегрована рішення на основі інтелектуальних мікропроцесорних захисних реле для промислових двигунів

1. Проектний тло і ключові виклики​

У сучасному промисловому виробництві, двигуни є ключовим обладнанням, надійність роботи якого безпосередньо впливає на неперервність, безпеку та економічну ефективність виробничих ліній. Однак, під час експлуатації двигуни стикаються з численними серйозними проблемами:

• ​Ненормальні умови роботи: Проблеми, такі як зупинка під час запуску або роботи, втрати фази та дисбаланс трьохфазного струму, можуть швидко призвести до пошкодження обладнання, якщо не будуть вчасно вирішені.
• ​Ризики перегріву: Перевантаження, недостатня охололадження або високі температури оточуючого середовища можуть спричинити перегрів в'язок, що є основною причиною старіння ізоляції та вигоріння двигунів.
• ​Недоліки захисту: Традиційні захисні пристрої (наприклад, теплові реле) мають врождені недоліки, такі як низька точність відключення (±15% помилка), обмежені функціональні можливості та відсутність можливостей раннього попередження, що робить їх недостатньо ефективними для розумного обслуговування та високо надійного виробництва.

Для вирішення цих проблем ми представлюємо нове покоління захисних реле на базі мікропроцесора, які інтегрують передові технології чутливості, алгоритми фузії багатьох параметрів та платформи Інтернету речей.

​II. Основні компоненти рішення​

Це рішення зосереджується на високопродуктивних захисних реле на базі мікропроцесора, забезпечуючи комплексний та прогнозний захист через глибоку інтеграцію апаратного та програмного забезпечення.

1. ​Технологія фузії багатьох параметрів​
   Виходячи за межі традиційного захисту від перевищення струму, ця технологія використовує багатовимірний аналіз даних для досягнення точного відключення та сигналізації.
• ​Високоточний протидійний захист від перевищення струму: Використовує алгоритми мікропроцесора для точного моделювання теплових характеристик двигуна, подолюючи нестабільні значення відключення традиційних теплових реле. Це забезпечує точні характеристики захисту та уникнення хибних відключень або невідключень.
• ​Захист від дисбалансу негативної послідовності струму: Моніторинг балансу трьохфазного струму в реальному часі. Коли дисбаланс перевищує заданий поріг (наприклад, 15%), система автоматично виявляє втрату фази або серйозний дисбаланс та активує сигнали тривоги або захисні дії для запобігання перегріву ротора та коливань моменту.
• ​Аналіз спектру вібрацій (опціонально)​: Інтегровані датчики вібрації аналізують спектральні характеристики підшипників двигуна та передавальних механізмів, ефективно виявляючи початкові механічні дефекти, такі як зношування підшипників, розболтані болти та невідповідність. Це дозволяє комбінований електричний та механічний захист.

​Результати застосування: На великому петрохімічному заводі в Китаї це рішення зменшило аварії двигунів, спричинені електричними та механічними проблемами, на 67% та пов'язані витрати на обслуговування на 42%.

1. ​Інтелектуальна система прогнозування підвищення температури та раннього попередження​
   Використовує передові модельні алгоритми для проактивного запобігання ризикам перегріву, переходячи від "реактивного відновлення" до "проактивного запобігання."
• ​Принцип роботи: Вбудована еквівалентна теплова модель двигуна динамічно розраховує реальний підйом температури в'язок та використання термічної ємності, інтегруючи струм навантаження, історичні дані роботи та вхідні дані температури оточуючого середовища від датчиків.
• ​Раннє попередження: Якщо прогнозований тренд температури в'язок наближається до межі класу ізоляції, система видає сигнал раннього попередження за 10 хвилин, що дає достатньо часу операторам для втручання, планування упорядкованого зупину або регулювання навантаження.

​Результати застосування: На великому сталелитейному заводі ця функція успішно запобігла кільком моторним вигорінням, спричиненим відмовами систем охолодження та несподіваними перевантаженнями. Точність прогнозування температури досягла 91% на практиці.

1. ​Бездротовий моніторинг Інтернету речей та діагностика на облачній платформі​
   Дозволяє віддалене обслуговування та цифрове управління, значно підвищуючи ефективність роботи.
• ​Бездротова передача даних: Захисний пристрій інтегрує модулі зв'язку широкого радіусу дії з низьким витратом енергії (LPWAN) (наприклад, LoRa) для бездротової передачі всебічних даних роботи двигуна (струм, напруга, температура, сигнали тривоги, стан) на облачну платформу без складного проводження.
• ​Віддалена діагностика та обслуговування: Інженери та менеджери можуть отримати доступ до облачної платформи через ПК або мобільні додатки для моніторингу стану здоров'я всіх двигунів в реальному часі, отримання сигналів тривоги та інформації про вади, а також виконання віддаленої діагностики та аналізу.
• ​Викопання цінності даних: Історичні дані, накопичені на платформі, можуть бути використані для аналізу тенденцій виродження продуктивності обладнання, оптимізації циклів обслуговування та впровадження прогнозного обслуговування, надаючи підтримку на основі даних для рішень виробництва.

​Результати застосування: На цементному заводі середній час відгуку на вади був зменшений з 2 годин до менше 15 хвилин після розгортання системи моніторингу Інтернету речей. Оператори могли одразу отримати доступ до інформації про вади та можливі причини, значно скорочуючи час виявлення вад та зменшуючи неплановані простої на 58%.

​III. Підсумок переваг рішення​

• ​Більш точне: Алгоритми мікропроцесора замінюють механічні конструкції, забезпечуючи точний захист без хибних відключень або невідключень.
• ​Більш комплексне: Інтегрує електричний, тепловий та механічний захист, щоб охопити широкий спектр типів вад.
• ​Більш проактивне: Модельні прогнозні попередження запобігають аваріям до їх виникнення, а не реагують після факту.
• ​Більш інтелектуальне: Архітектура Інтернету речей забезпечує взаємодію пристроїв, підтримує віддалений моніторинг та аналіз великих даних, створюючи основу для розумного виробництва та цифрових заводів.