安科瑞 鄒玉麗
摘要 :介紹了礦用電動(dòng)機(jī)智能綜合保護(hù)器系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu),采用直接將交流信號(hào)整流、濾波、調(diào)理、采樣的方式變?yōu)?a target="_blank">微控制器能夠識(shí)別的直流信號(hào),通過對(duì)微控制器采集到的直流信號(hào)編程判斷來實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的相關(guān)保護(hù)控制、故障顯示與報(bào)警以及與上位機(jī)的通信。同時(shí)還介紹了有關(guān)礦井下電動(dòng)機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)的故障及其原因和判斷這些故障所使用的檢測和保護(hù)方法。
關(guān)鍵詞: 電動(dòng)機(jī);智能保護(hù)器;結(jié)構(gòu)分析;微控制器;互感器。
引言
電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行狀態(tài)下可能會(huì)發(fā)生各種各樣的故障,這與工作環(huán)境、使用方式和維護(hù)周期等因素密切相關(guān)。特別是在煤礦井下,由于井下環(huán)境惡劣,電動(dòng)機(jī)長時(shí)間暴露在煤塵、潮濕等惡劣環(huán)境中,容易導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)散熱道堵塞等,經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的燒損。因此電動(dòng)機(jī)智能綜合保護(hù)器的設(shè)計(jì)就顯得非常重要。
1.電動(dòng)機(jī)智能綜合保護(hù)器結(jié)構(gòu)分析
礦用電動(dòng)機(jī)智能綜合保護(hù)器的系統(tǒng)指的是通過電流互感器和電壓互感器對(duì)煤礦井下電網(wǎng)供電系統(tǒng)進(jìn)行變壓,通過信號(hào)調(diào)理電路和信號(hào)采集電路(A/D轉(zhuǎn)換電路),最后轉(zhuǎn)換成微控制器能夠識(shí)別的數(shù)字信號(hào);通過對(duì)微控制器進(jìn)行相關(guān)編程,對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行處理,判斷電動(dòng)機(jī)當(dāng)前處在什么狀態(tài);通過對(duì)該狀態(tài)的判斷,經(jīng)由電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制電路實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的保護(hù)和控制。同時(shí)由于對(duì)煤礦井下電動(dòng)機(jī)的現(xiàn)場巡檢并不是很方便,在此設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī)智能綜合保護(hù)器還要加上與井上上位機(jī)通信的功能。為方便就地檢查,同樣需要在保護(hù)器上設(shè)置電動(dòng)機(jī)狀態(tài)顯示與報(bào)警界面,實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)交互,同時(shí)應(yīng)加上按鍵調(diào)節(jié)功能以適應(yīng)不同電網(wǎng)電壓等級(jí)下對(duì)電動(dòng)機(jī)不同的要求。
2.保護(hù)器工作狀態(tài)分析
2.1 漏電保護(hù)
煤礦井下電動(dòng)機(jī)及其供電線路常見的漏電故障有:
(1)電動(dòng)機(jī)或者供電線路因長期暴露在潮濕環(huán)境中,導(dǎo)致其絕緣電阻下降,流向大地的對(duì)地電流增大,從而使電動(dòng)機(jī)及電氣設(shè)備外殼帶電。
(2)電動(dòng)機(jī)或者供電線路帶電體發(fā)生部分裸露現(xiàn)象,致使未受到高度重視的井下人員誤觸到該處,直接或者間接通過導(dǎo)體工具而致使其中一相接地,造成漏電事故。
(3)電動(dòng)機(jī)或者供電線路絕緣部分因?yàn)榫弥美匣㈦妷盒該舸┗蛘?a target="_blank">機(jī)械損壞等原因而發(fā)生一相中的金屬性接地或弧光接地。
人身觸電造成人身傷亡的危險(xiǎn)主要與流經(jīng)人身的觸電電流和流過這些電流時(shí)間長短有關(guān)系。一般在不考慮電網(wǎng)電容情況下,人體觸到一相導(dǎo)線時(shí),30mA為允許通過人體的最大觸電電流,即30mA以下不至于發(fā)生生命危險(xiǎn)。井下在660V時(shí)引爆瓦斯的安全火花電流為50mA以下。所以,漏電安全臨界電流值應(yīng)該為30mA。
在忽略電網(wǎng)對(duì)地分布電容情況下,對(duì)于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中人體觸電電流計(jì)算公式中:Ir為通過人體的電流,單位為A;E為供電電路的相電壓,單位為V;r為供電電路每相的對(duì)地絕緣電阻值,單位為Ω;Rr為人體電阻值,單位為Ω,在煤礦井下一般按照最低值為1kΩ計(jì)算。
對(duì)于煤礦井下中性點(diǎn)不接地系統(tǒng),通常其漏電電流非常小,不易區(qū)分故障與否,因此需要添加一個(gè)接地的檢測電源E,如圖1所示。將附加的直流檢測電源E接入三相系統(tǒng),如果系統(tǒng)出現(xiàn)漏電現(xiàn)象,那么電流將按照電源正極→電網(wǎng)對(duì)地絕緣電阻→三相電網(wǎng)系統(tǒng)→電源負(fù)極流向來運(yùn)行,由于單回路系統(tǒng),電流不變,因此通過漏電保護(hù)電路檢測采樣電阻R兩端的電壓U的大小從而可以間接知道電網(wǎng)對(duì)地絕緣電阻阻值的變化,進(jìn)而可以檢測到電網(wǎng)是否發(fā)生漏電現(xiàn)象。這種方法稱為附加直流電源漏電保護(hù)法。
圖1 附加直流電源漏電保護(hù)
漏電閉鎖同樣是一種重要的漏電保護(hù)方法,顧名思義,漏電閉鎖是指當(dāng)檢測到線路發(fā)生漏電時(shí),需要閉鎖住電閘,防止人員送電之后因漏電而發(fā)生事故。當(dāng)三相系統(tǒng)未通電情況下,通過附加直流電源方法可以檢測到電網(wǎng)對(duì)地絕緣電阻阻值的變化,從而判斷是否發(fā)生漏電現(xiàn)象。在三相電網(wǎng)未通電情況下,如圖2所示,接觸器KM主觸點(diǎn)斷開,接觸器KM常閉觸點(diǎn)將附加直流電源接入系統(tǒng),如果發(fā)生漏電,則電壓U發(fā)生變化,從而觸發(fā)漏電保護(hù)電路動(dòng)作,達(dá)到漏電閉鎖保護(hù)的目的。
3.保護(hù)器選擇分類
現(xiàn)代智能電機(jī)保護(hù)器還有很多在實(shí)際生產(chǎn)中需要的功能,如回看功能、遠(yuǎn)程通訊、遠(yuǎn)程控制、多種啟動(dòng)方式選擇等。
保護(hù)器在類型上分為:一般普通型、數(shù)碼顯示監(jiān)控型、智能監(jiān)控中文顯示型。
3.1一般普通型
結(jié)構(gòu)比較簡單,主要功能以突出過載、缺相(三相不平衡)堵轉(zhuǎn)等故障保護(hù)。故障類型采用指示燈顯示。
3.2數(shù)碼顯示監(jiān)控型
數(shù)碼顯示監(jiān)控型保護(hù)器,內(nèi)部電路運(yùn)用單片機(jī),采用數(shù)碼管作為顯示窗口,智能化綜合保護(hù),集保護(hù)、測量、通訊、顯示為一體。整定電流采用數(shù)字設(shè)定,用戶可以自行對(duì)各種參數(shù)修正。
3.3智能監(jiān)中文顯示控型
智能漢字顯示更適合國內(nèi),與其他類型相比,功能更加完善。此類產(chǎn)品對(duì)各種參數(shù)、狀態(tài)、信息直接在操作面板單元上中文漢顯液晶顯示,使界面更加直觀醒目,并且支持遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)通訊功能。啟動(dòng)方式有多種選擇,并有存儲(chǔ)回看功能,給后期的維護(hù)維修提供了數(shù)據(jù)依據(jù)。
4.ARD系列電動(dòng)機(jī)保護(hù)器產(chǎn)品選型介紹
ARD智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器適用于額定電壓至660V的低壓電動(dòng)機(jī)回路,集保護(hù)、測量、控制、通訊、運(yùn)維于一體。其完善的保護(hù)功能確保電動(dòng)機(jī)安全運(yùn)行,帶有邏輯可編程功能,可以滿足多種控制方式。該產(chǎn)品采用分體式結(jié)構(gòu),由主體、顯示單元、互感器組成,可適應(yīng)各種柜體的安裝??蛇x配不同通訊模塊適應(yīng)現(xiàn)場通訊需求。
4.1、功能特點(diǎn)
■支持基波和全波電力參數(shù)測量(U、I、P、Q、S、PF、F、EP、EQ),電流及電流不平衡度、電流正序、負(fù)序、零序分量、電壓、三相電壓相角、剩余電流。
■保護(hù)功能包括過載反時(shí)限、過載定時(shí)限、接地、起動(dòng)超時(shí)、漏電、欠載、斷相、堵轉(zhuǎn)、阻塞、短路、溢出、不平衡(電流、電壓)、過功率、欠功率、過壓、欠壓、相序、溫度、tE時(shí)間、外部故障、起動(dòng)次數(shù)限制、運(yùn)行時(shí)間報(bào)警、故障次數(shù)報(bào)警。
■9路可編程DI輸入,默認(rèn)采用內(nèi)置DC24V電源,也可選擇外部有源濕接點(diǎn)。
■5路可編程DO輸出,滿足直接起動(dòng),星—三角起動(dòng),自耦變壓器起動(dòng),等多種起動(dòng)方式,可通過通訊總線實(shí)現(xiàn)主站對(duì)電動(dòng)機(jī)的遙控“起/?!薄?/p>
■可選抗晃電功能:支持晃電立即再啟動(dòng)、失壓重起動(dòng)。
■可選配MODBUS_RTU通訊、PROFIBUSDP通訊,支持最多2路通訊接口。
■可選配1路DC4-20mA模擬量輸出接口,與DCS系統(tǒng)相接,可實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)控。
■具有故障記錄、起動(dòng)記錄、停車記錄、DI變位記錄和再起動(dòng)記錄等各類事件記錄。
■顯示界面液晶顯示,支持中/英文切換。
審核編輯 黃宇
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