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淺談智能數(shù)字式熱繼電器在選煤廠集控中的應(yīng)用

　【摘 要】通過對(duì)智能數(shù)字式熱繼電器的基本原理及應(yīng)用的介紹，使廣大工程技術(shù)人員對(duì)該型數(shù)字式熱繼電器有一個(gè)比較全面的認(rèn)識(shí)和了解。

　　【關(guān)鍵詞】傳感器；智能化；數(shù)字式；熱繼電器；網(wǎng)絡(luò)通訊
　　1 引言
　　在現(xiàn)代大工業(yè)生產(chǎn)中，電動(dòng)機(jī)作為所有機(jī)械傳動(dòng)的動(dòng)力源，它的使用效果直接影響到企業(yè)的生產(chǎn)，與企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益有很大的關(guān)系。而其工作效率由數(shù)字式熱繼電器來檢測(cè)，由生產(chǎn)集中控制來調(diào)節(jié)。
　　數(shù)字式熱繼電器是近二十年來逐漸發(fā)展起來的智能化電子式綜合保護(hù)裝置，隨著自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，它也經(jīng)歷了電流繼電器式、模擬電子式、數(shù)字電子式、微處理器式等幾個(gè)階段，其功能也有早期的單一過流保護(hù)，發(fā)展到具有過（欠）電壓、過載、缺相、堵轉(zhuǎn)、漏電、接地及三相電流不平衡等多功能保護(hù)裝置，同時(shí)具有設(shè)定精度高、動(dòng)作靈敏可靠等優(yōu)點(diǎn)，是傳統(tǒng)熱繼電器式的理想替代產(chǎn)品。
　　2 基本工作原理
　　數(shù)字式熱繼電器通常由電流（電壓）傳感器采樣電路、信號(hào)比較電路、故障分析判斷電路、信號(hào)輸出放大電路、故障動(dòng)作報(bào)警電路及遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸電路等幾部分組成，其基本原理及工作過程如下圖所示。
　　圖1 智能化數(shù)字式熱繼電器
　　傳感器將電動(dòng)機(jī)電流（壓）信號(hào)線性地反映至保護(hù)器的采樣端口，經(jīng)整流、濾波、放大后轉(zhuǎn)換成直流電壓信號(hào)，與設(shè)定好參數(shù)的電壓信號(hào)進(jìn)行比較，經(jīng)微處理器分析判斷，得出故障類型，最后由驅(qū)動(dòng)電路帶動(dòng)繼電器動(dòng)作并發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并通過RS485通訊功能向監(jiān)控微機(jī)傳輸信息。
　　3 系統(tǒng)功能
　　3.1 保護(hù)功能
　　（1）短路保護(hù)：當(dāng)電機(jī)或線路絕緣遭到損壞、負(fù)載短路、接線錯(cuò)誤等時(shí)將產(chǎn)生短路現(xiàn)象。短路時(shí)產(chǎn)生的瞬時(shí)故障電流可達(dá)額定電流的十幾倍到幾十倍，使電氣設(shè)備或配電線路因過流而產(chǎn)生電動(dòng)力而損壞，甚至引起火災(zāi)。一般情況下我們整定時(shí)，電機(jī)線路電流超過其額定電流10倍以上時(shí)保護(hù)器進(jìn)行短路保護(hù)，短路保護(hù)的時(shí)間應(yīng)越短越好，但不能小于保護(hù)器上級(jí)斷路器的動(dòng)作時(shí)間。
　?。?）過流保護(hù)：不正確的起動(dòng)和負(fù)載轉(zhuǎn)矩過大，也常常引起電機(jī)出現(xiàn)很大的過電流。由此引起的過電流，一般比短路電流小，不超過6倍其額定電流，在過流情況下，電機(jī)并不是馬上損壞，只要在達(dá)到最大允許溫升之前，電流值能恢復(fù)正常，還是允許的。一般情況下我們整定時(shí)，當(dāng)電機(jī)線路電流在其額定電流1.5～6倍之間時(shí)，保護(hù)器進(jìn)行反時(shí)限過流保護(hù)，過流保護(hù)時(shí)間一般為幾秒鐘。
　?。?）斷相保護(hù)：電機(jī)在正常運(yùn)行中，由于電網(wǎng)故障或一相熔斷器熔斷引起對(duì)稱三相電源缺少一相，電機(jī)將在缺相電源中低速運(yùn)轉(zhuǎn)或堵轉(zhuǎn)，定子電流很大，是造成電機(jī)絕緣及繞組燒損的常見故障之一。斷相時(shí)，保護(hù)器能根據(jù)三相電流的差值自動(dòng)檢測(cè)出來，并進(jìn)行斷相動(dòng)作保護(hù)。
　?。?）三相電流不平衡保護(hù)：當(dāng)電網(wǎng)電源的三相電壓不相等時(shí)，會(huì)造成電機(jī)三相電流也不相等，這樣電機(jī)定子中會(huì)有一相繞組因長(zhǎng)期過流過熱而造成損壞。當(dāng)電機(jī)三相電流之間的最大差值超過其額定電流的5%以上時(shí)保護(hù)器進(jìn)行不平衡保護(hù)。
　　（5）過載保護(hù)：過載也是指電機(jī)的運(yùn)行電流大于其額定電流，但超過額定電流的倍數(shù)更小些，通常在1.5倍以內(nèi)，引起電機(jī)過載的原因很多，如負(fù)載的突然增加，電網(wǎng)電壓降低等。過載動(dòng)作時(shí)間一般很長(zhǎng)，可達(dá)幾十分鐘，過載時(shí)過載熱積累值會(huì)自動(dòng)增加，相反不過載時(shí)過載熱積累值會(huì)自動(dòng)減少到0。
　?。?）欠電壓保護(hù)：電機(jī)在有些應(yīng)用場(chǎng)合下，當(dāng)電網(wǎng)電壓降到額定電壓以下，如60%～80%時(shí)就要求能自動(dòng)切除電源而停止工作，這種保護(hù)成為欠電壓保護(hù)。
　?。?）堵轉(zhuǎn)保護(hù)：電機(jī)在其正常起動(dòng)時(shí)間內(nèi)的電流一般為其額定電流的8倍以下，并且隨時(shí)間增加而逐漸降至其額定電流以下，如果不是這樣，則稱為電機(jī)堵轉(zhuǎn)。堵轉(zhuǎn)保護(hù)是一種綜合保護(hù)，無需用戶單獨(dú)整定。
　?。?）漏電、接地保護(hù)：對(duì)于中性點(diǎn)絕緣或小電流接地系統(tǒng)，當(dāng)零序電抗器檢測(cè)到的零序電流超過整定值時(shí)漏電保護(hù)動(dòng)作。對(duì)于中性點(diǎn)接地系統(tǒng)，當(dāng)零序電抗器檢測(cè)到的零序電流超過整定值時(shí)接地保護(hù)動(dòng)作。
　　3.2 在線監(jiān)測(cè)功能
　　當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，具有通訊功能的保護(hù)器實(shí)時(shí)地將采集到的信號(hào)通過CAN總線傳至后臺(tái)微機(jī)，當(dāng)故障發(fā)生后，通過CANBUS網(wǎng)絡(luò)向集中控制室發(fā)出各種報(bào)警信號(hào)?？刂迫藛T可在后臺(tái)微機(jī)上，完成所有保護(hù)器的各種整定數(shù)據(jù)的調(diào)閱、修改和整定。同時(shí)，在線檢測(cè)電機(jī)的運(yùn)行負(fù)載和供電電源的質(zhì)量，為及早發(fā)現(xiàn)過載和接地故障等，創(chuàng)造條件。
　　3.3 信息網(wǎng)絡(luò)功能
　　具備RS-485或PROFIBUS DP通訊接口的數(shù)字式熱繼電器可與全廠集中控制組成CONTROLNET或工業(yè)以太網(wǎng)。通過網(wǎng)絡(luò)把電動(dòng)機(jī)的工作電流和電壓實(shí)時(shí)地傳到計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)上。計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的信息管理功能，可有效地記錄各臺(tái)電機(jī)的型號(hào)、運(yùn)行方式和歷史負(fù)荷記錄，為保證工藝系統(tǒng)的安全生產(chǎn)，減少事故停車，提供分析數(shù)據(jù)。
　　4 選用原則
　　數(shù)字式熱繼電器按結(jié)構(gòu)形式劃分，一般分為一體式和分體式兩種：
　　前者是獨(dú)立的整體，故適合固定柜安裝，如老式開關(guān)柜和XMP1柜改造，可將保護(hù)器直接固定在安裝面板上，通過饋出電纜穿芯即可。后者由于互感器部分與顯示部分分為兩體，可在一定范圍內(nèi)任意安置，故非常適合于新型的XMP3系列抽屜式開關(guān)柜的安裝。
　　在90萬噸以上選煤廠工程的設(shè)計(jì)上，由于裝置的自動(dòng)化控制程度比較高，所以我們提出了對(duì)電機(jī)保護(hù)器的通訊要求，為電氣操作及控制人員通過微機(jī)在線瀏覽生產(chǎn)設(shè)備的負(fù)荷情況，及時(shí)調(diào)整入洗原煤量，做到預(yù)先防治。
　　5 部分工程應(yīng)用
　　下面介紹一下上海碩吉電器有限公司生產(chǎn)的WDB電機(jī)保護(hù)器在開灤礦務(wù)局錢家營(yíng)選煤廠的工程應(yīng)用情況。
　　WDB系列微機(jī)監(jiān)控電機(jī)保護(hù)器采用單片機(jī)、E2PROM存儲(chǔ)等國(guó)際上先進(jìn)技術(shù)，并配有RS485串行接口，可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)通訊、檢測(cè)、控制等功能，是目前低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)的理想裝置。新產(chǎn)品WDB-S系列微機(jī)監(jiān)控增安型電機(jī)保護(hù)器，已通過國(guó)家防爆中心檢測(cè)，是國(guó)內(nèi)唯一專用于增安型電機(jī)的保護(hù)器。
　?。?）WDB型一體式電機(jī)保護(hù)器在160KW 鼓風(fēng)機(jī)固定式開關(guān)柜中的應(yīng)用：由于電機(jī)電流較大，故通過300/5的CT轉(zhuǎn)換，將二次電流通過保護(hù)器穿芯來實(shí)現(xiàn)，若保護(hù)器動(dòng)作則故障報(bào)警或使接觸器跳閘， 同時(shí)保護(hù)器自保持并顯示故障狀態(tài)，同時(shí)通過modbus.rtu口向集控室傳輸故障信號(hào)。
　?。?）WDB可通訊的分體式保護(hù)器在30KW泵抽屜式配電回路中的應(yīng)用：保護(hù)器互感器部分與本體之間通過RS485通訊線相連，本體的RS-485通訊接口通過兩芯屏蔽雙絞線匯總到電氣控制室后臺(tái)計(jì)算機(jī)的專用通訊接口卡，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，若保護(hù)器動(dòng)作則故障報(bào)警或使接觸器跳閘，同時(shí)保護(hù)器自保持并顯示故障狀態(tài)，同時(shí)通過RS-485口向集控室傳輸故障信號(hào)，直到檢修人員排除故障后，在計(jì)算機(jī)或電機(jī)保護(hù)器的面板上按復(fù)位按鈕后，保護(hù)器的狀態(tài)才可以復(fù)位，為下一次開車做好準(zhǔn)備。
　　此外，在工程上推廣的智能化電動(dòng)機(jī)保護(hù)器還有美國(guó)RockwellAB公司生產(chǎn)的Bulletin825型和美國(guó)西屋公司生產(chǎn)的IQ500型。Bulletin825型智能化電動(dòng)機(jī)控制器是一種可通信、可編程的電子過載保護(hù)器，其保護(hù)特性包括熱過載、斷相、堵轉(zhuǎn)、短路故障等?？刂乒δ馨ňo急起動(dòng)、熱起動(dòng)、起動(dòng)次數(shù)限制、雙速起動(dòng)、和星-三角形起動(dòng)，這種控制器可通過PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線與PC機(jī)通信。IQ500電動(dòng)機(jī)智能化多功能保護(hù)器通過MODBUS現(xiàn)場(chǎng)總線與PC機(jī)通信。
　　作者簡(jiǎn)介：
　　魏鐘康（1968-），男，河南省平頂山市人，工學(xué)學(xué)士，工程師，1992年畢業(yè)于焦作礦業(yè)學(xué)院工業(yè)電氣自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)在平頂山中選自控系統(tǒng)有限公司從事選煤廠控制設(shè)計(jì)工作。