一、核心参数分析：明确基础选型依据

1. 电机电气参数

• 额定功率（kW）与额定电流（A）：
  • 小功率风机（＜15kW）：优先选择热继电器（如 JR36 系列）+ 微型断路器（如 C65N，额定电流 1.5 倍电机额定电流），经济实惠且满足基本保护需求。
  • 中大功率风机（15kW~100kW）：采用电机综合保护器（如 ARD3 系列，支持三相电流 / 电压监测）+ 塑壳断路器（如 NSX 系列，分断能力≥50kA），实现缺相、过流、堵转等复合保护。
  • 超大功率风机（＞100kW）：配置电流互感器（CT）+ 智能电机保护装置（如 GE Multilin），配合 PLC/DCS 实现高精度电流采集与反时限保护（动作时间随过载倍数非线性缩短）。
• 电压等级：380V 工频电机选用常规低压保护装置；6kV/10kV 高压电机需配置高压综合保护器（如 REF542plus）及高压断路器（如 VS1-12），具备弧光保护与快速分断能力。

2. 机械负载特性

• 叶轮形式与负载类型：
  • 前倾式叶轮（高比转速，易过载）：需加强过流保护，设定变频器过载阈值为 1.3 倍额定电流（持续 30 秒），并加装联轴器安全销（剪切扭矩 = 1.2 倍额定扭矩）。
  • 后倾式叶轮（低过载风险）：可简化保护，采用热继电器 + 普通断路器，配合轴承温度监测（PT100，超 85℃报警）。
• 传动方式：
  • 直联传动：依赖电气保护为主（电机综合保护器），辅以绕组温度监测；
  • 皮带 / 齿轮传动：需机械保护（如皮带张力传感器，松弛时触发停机）与电气保护联动，防止传动失效导致电机空载 / 过载。

二、工况环境评估：针对性选择防护类型

1. 运行环境条件

• 粉尘 / 潮湿环境：
  • 保护装置需 IP54 以上防护等级（如防爆型热继电器 BJR2），避免粉尘进入导致触点接触不良；
  • 电机综合保护器选择带防潮涂层的型号（如施耐德 Tesys U），防止绝缘下降引发误动作。
• 高温 / 防爆环境（如化工、冶金行业）：
  • 温度传感器改用耐高温型（如 K 型热电偶，耐温 1200℃），并配置防爆型接线盒；
  • 断路器选用防爆型（如 Ex d IIC T6），机械保护装置采用熔断式安全销（熔点 150℃，过载时熔化断开）。
• 高振动工况（如水泥生产线）：
  • 振动传感器选择加速度型（如 PCB 352A24，灵敏度 100mV/g），设定振动烈度＞15mm/s 时触发停机；
  • 保护装置安装需增加防震底座，避免振动导致接线松动或元件损坏。

2. 控制模式与系统集成需求

• 工频直启系统：
  • 基础配置：热继电器 + 断路器 + 机械限位开关（防叶轮卡滞）；
  • 升级需求：加装 RS485 通讯模块（如 MODBUS RTU），将过载信号上传至 PLC，实现远程监控。
• 变频调速系统：
  • 优先利用变频器内置保护（如 ABB ACS880 的过流限制 OCL 功能），设定过载响应为 “电流限制模式”（不直接停机，自动降频）；
  • 配合电机综合保护器作为后备保护（变频器故障时触发停机），避免单一保护失效。
• 联动控制场景：
  • 与管道压力传感器联动：当出口压力＞设计值 110% 时，PLC 自动减小风门开度，防止 “闷风” 过载；
  • 多台风机并联运行：通过 DCS 设置单台风机电流上限（如额定电流 1.05 倍），超限时连锁停机并启动备用风机。

三、保护装置类型选择：分层匹配功能需求

1. 基础电气保护（必选）

• 热继电器：适用于轻载、非频繁启停场景，整定值 = 电机额定电流 ×1.05，动作时间＞20 秒（1.2 倍过载时），需手动复位防止误操作。
• 电机综合保护器：推荐用于绝大多数工况，需关注功能配置：
  • 基础款：具备三相电流、缺相、堵转保护（如正泰 NP93）；
  • 高端款：增加电压监测、温度输入（支持 PT100）、通讯功能（如施耐德 PM820，支持 Modbus TCP），适合智能化工厂。
• 断路器：作为主回路保护，选型需满足：
  • 额定电流 In ≥ 1.2× 电机额定电流；
  • 分断能力 Icu ≥ 电网短路电流（如 380V 系统选择 Icu=50kA）。

2. 机械与环境辅助保护（按需选配）

• 联轴器安全销：适用于皮带 / 齿轮传动风机，安全销材质选黄铜（剪切强度 200MPa），直径计算：\(d = \sqrt{\frac{6T}{\pi[\tau]}}\) （T 为额定扭矩，[\(\tau\)] 为许用剪切应力，取 30MPa）。
• 温度监测：
  • 绕组温度：内嵌 PT100 传感器，通过温度控制器（如 WZP-230）输出继电器触点，超温（F 级绝缘＞155℃）时停机；
  • 轴承温度：外置红外测温仪（如 Raytek MX4，精度 ±1℃），安装距离 0.5~1m，超 80℃报警。
• 振动监测：选用 IEPE 型振动传感器（如江振 JE5800），配套振动变送器（输出 4-20mA），接入 PLC 模拟量模块，设定报警值（如 8mm/s）和停机值（11.2mm/s，按 ISO 1940 G6.3 级）。

3. 智能控制与系统保护（升级选项）

• 变频器过载限制：设置 “电流斜坡限制” 功能，当负载突变时，以 10%/s 速率降低输出频率，避免瞬时过载跳闸；
• SCADA 系统集成：通过 OPC UA 协议采集电机电流、功率、轴承温度等数据，利用大数据分析建立过载预测模型（如电流连续 30 分钟上升 5% 时预警）；
• 冗余保护设计：关键风机（如消防排烟风机）配置双套保护装置（主用电机综合保护器 + 备用热继电器），主保护失效时自动切换至备用。

四、选型原则与注意事项

1. 分级配合原则

• 动作优先级：
  1. 变频器 / 软启动器（实时限流，优先响应）→
  2. 电机综合保护器（反时限过流保护，1~10 秒动作）→
  3. 断路器（短路保护，瞬时动作）。
• 参数匹配示例：
  • 电机额定电流 100A，变频器过载阈值设为 150A（1.5 倍，持续 60 秒）；
  • 电机综合保护器过流动作值设为 120A（1.2 倍，动作时间 10 秒）；
  • 断路器长延时脱扣电流设为 110A（1.1 倍），确保保护逐级触发，避免越级跳闸。

2. 标准与认证合规

• 国内项目：符合 GB 14048.4（低压开关设备）、GB 18613（电机能效）；
• 出口项目：CE 认证（符合 EN 60204-1）、UL 认证（适用于北美市场），防爆环境需符合 ATEX/IECEx 标准。

3. 安装与维护便利性

• 保护装置应安装在风机控制箱内，距电机接线盒＜2m，减少信号传输延迟；
• 选择带 LED 故障显示的型号（如魏德米勒 PSI-MOS-24DC/2x2 继电器），便于现场快速排查过载原因（如显示 “缺相” 或 “过流” 代码）；
• 定期维护：每季度测试保护装置动作特性（使用继电保护测试仪模拟过载电流，验证动作时间误差＜5%），每年更换机械保护装置的易损件（如安全销、剪切环）。

五、典型选型方案举例

1. 常规工况（55kW，工频运行，常温洁净环境）

• 电气保护：热继电器（JR28-160，整定值 58A）+ 塑壳断路器（CM3-250L，In=100A）；
• 辅助保护：轴承 PT100 传感器（配 XMT-100 温度控制器，超 90℃停机）；
• 控制：本地按钮箱 + 远程 DCS 信号接入（过载信号通过中间继电器输出干接点）。

2. 复杂工况（200kW，变频调速，粉尘防爆环境）

• 电气保护：高压电机综合保护器（SR600-H，支持 6kV 电压）+ 防爆断路器（BZM8050，Ex d IIC T4）；
• 机械保护：联轴器熔断式安全销（熔点 130℃，扭矩保护值 2200N・m）；
• 智能控制：变频器（西门子 G120X）内置过载限制 + 振动传感器（Bently 330104）接入 PLC，实现振动 - 电流 - 温度三参数联动保护。

总结：选型决策流程图

确定风机参数（功率、电压、转速）→  
评估工况（环境、负载特性、控制方式）→  
选择基础电气保护（热继电器/综合保护器/断路器）→  
选配机械与环境保护（安全销、温度/振动传感器）→  
设计分级保护配合（参数整定、动作时序）→  
验证合规性与维护便利性→  
落地实施与定期校验