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淺談智能數字式熱繼電器在選煤廠(chǎng)集控中的應用

　【摘 要】通過(guò)對智能數字式熱繼電器的基本原理及應用的介紹，使廣大工程技術(shù)人員對該型數字式熱繼電器有一個(gè)比較全面的認識和了解。

　　【關(guān)鍵詞】傳感器；智能化；數字式；熱繼電器；網(wǎng)絡(luò )通訊
　　1 引言
　　在現代大工業(yè)生產(chǎn)中，電動(dòng)機作為所有機械傳動(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)濟效益有很大的關(guān)系。而其工作效率由數字式熱繼電器來(lái)檢測，由生產(chǎn)集中控制來(lái)調節。
　　數字式熱繼電器是近二十年來(lái)逐漸發(fā)展起來(lái)的智能化電子式綜合保護裝置，隨著(zhù)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(guò)流保護，發(fā)展到具有過(guò)（欠）電壓、過(guò)載、缺相、堵轉、漏電、接地及三相電流不平衡等多功能保護裝置，同時(shí)具有設定精度高、動(dòng)作靈敏可靠等優(yōu)點(diǎn)，是傳統熱繼電器式的理想替代產(chǎn)品。
　　2 基本工作原理
　　數字式熱繼電器通常由電流（電壓）傳感器采樣電路、信號比較電路、故障分析判斷電路、信號輸出放大電路、故障動(dòng)作報警電路及遠距離信號傳輸電路等幾部分組成，其基本原理及工作過(guò)程如下圖所示。
　　圖1 智能化數字式熱繼電器
　　傳感器將電動(dòng)機電流（壓）信號線(xiàn)性地反映至保護器的采樣端口，經(jīng)整流、濾波、放大后轉換成直流電壓信號，與設定好參數的電壓信號進(jìn)行比較，經(jīng)微處理器分析判斷，得出故障類(lèi)型，最后由驅動(dòng)電路帶動(dòng)繼電器動(dòng)作并發(fā)出報警信號，并通過(guò)RS485通訊功能向監控微機傳輸信息。
　　3 系統功能
　　3.1 保護功能
　?。?）短路保護：當電機或線(xiàn)路絕緣遭到損壞、負載短路、接線(xiàn)錯誤等時(shí)將產(chǎn)生短路現象。短路時(shí)產(chǎn)生的瞬時(shí)故障電流可達額定電流的十幾倍到幾十倍，使電氣設備或配電線(xiàn)路因過(guò)流而產(chǎn)生電動(dòng)力而損壞，甚至引起火災。一般情況下我們整定時(shí)，電機線(xiàn)路電流超過(guò)其額定電流10倍以上時(shí)保護器進(jìn)行短路保護，短路保護的時(shí)間應越短越好，但不能小于保護器上級斷路器的動(dòng)作時(shí)間。
　?。?）過(guò)流保護：不正確的起動(dòng)和負載轉矩過(guò)大，也常常引起電機出現很大的過(guò)電流。由此引起的過(guò)電流，一般比短路電流小，不超過(guò)6倍其額定電流，在過(guò)流情況下，電機并不是馬上損壞，只要在達到最大允許溫升之前，電流值能恢復正常，還是允許的。一般情況下我們整定時(shí)，當電機線(xiàn)路電流在其額定電流1.5～6倍之間時(shí)，保護器進(jìn)行反時(shí)限過(guò)流保護，過(guò)流保護時(shí)間一般為幾秒鐘。
　?。?）斷相保護：電機在正常運行中，由于電網(wǎng)故障或一相熔斷器熔斷引起對稱(chēng)三相電源缺少一相，電機將在缺相電源中低速運轉或堵轉，定子電流很大，是造成電機絕緣及繞組燒損的常見(jiàn)故障之一。斷相時(shí)，保護器能根據三相電流的差值自動(dòng)檢測出來(lái)，并進(jìn)行斷相動(dòng)作保護。
　?。?）三相電流不平衡保護：當電網(wǎng)電源的三相電壓不相等時(shí)，會(huì )造成電機三相電流也不相等，這樣電機定子中會(huì )有一相繞組因長(cháng)期過(guò)流過(guò)熱而造成損壞。當電機三相電流之間的最大差值超過(guò)其額定電流的5%以上時(shí)保護器進(jìn)行不平衡保護。
　?。?）過(guò)載保護：過(guò)載也是指電機的運行電流大于其額定電流，但超過(guò)額定電流的倍數更小些，通常在1.5倍以?xún)?，引起電機過(guò)載的原因很多，如負載的突然增加，電網(wǎng)電壓降低等。過(guò)載動(dòng)作時(shí)間一般很長(cháng)，可達幾十分鐘，過(guò)載時(shí)過(guò)載熱積累值會(huì )自動(dòng)增加，相反不過(guò)載時(shí)過(guò)載熱積累值會(huì )自動(dòng)減少到0。
　?。?）欠電壓保護：電機在有些應用場(chǎng)合下，當電網(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，這種保護成為欠電壓保護。
　?。?）堵轉保護：電機在其正常起動(dòng)時(shí)間內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(chēng)為電機堵轉。堵轉保護是一種綜合保護，無(wú)需用戶(hù)單獨整定。
　?。?）漏電、接地保護：對于中性點(diǎn)絕緣或小電流接地系統，當零序電抗器檢測到的零序電流超過(guò)整定值時(shí)漏電保護動(dòng)作。對于中性點(diǎn)接地系統，當零序電抗器檢測到的零序電流超過(guò)整定值時(shí)接地保護動(dòng)作。
　　3.2 在線(xiàn)監測功能
　　當電動(dòng)機工作時(shí)，具有通訊功能的保護器實(shí)時(shí)地將采集到的信號通過(guò)CAN總線(xiàn)傳至后臺微機，當故障發(fā)生后，通過(guò)CANBUS網(wǎng)絡(luò )向集中控制室發(fā)出各種報警信號?？刂迫藛T可在后臺微機上，完成所有保護器的各種整定數據的調閱、修改和整定。同時(shí)，在線(xiàn)檢測電機的運行負載和供電電源的質(zhì)量，為及早發(fā)現過(guò)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通訊接口的數字式熱繼電器可與全廠(chǎng)集中控制組成CONTROLNET或工業(yè)以太網(wǎng)。通過(guò)網(wǎng)絡(luò )把電動(dòng)機的工作電流和電壓實(shí)時(shí)地傳到計算機信息網(wǎng)絡(luò )上。計算機強大的信息管理功能，可有效地記錄各臺電機的型號、運行方式和歷史負荷記錄，為保證工藝系統的安全生產(chǎn)，減少事故停車(chē)，提供分析數據。
　　4 選用原則
　　數字式熱繼電器按結構形式劃分，一般分為一體式和分體式兩種：
　　前者是獨立的整體，故適合固定柜安裝，如老式開(kāi)關(guān)柜和XMP1柜改造，可將保護器直接固定在安裝面板上，通過(guò)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，可在一定范圍內任意安置，故非常適合于新型的XMP3系列抽屜式開(kāi)關(guān)柜的安裝。
　　在90萬(wàn)噸以上選煤廠(chǎng)工程的設計上，由于裝置的自動(dòng)化控制程度比較高，所以我們提出了對電機保護器的通訊要求，為電氣操作及控制人員通過(guò)微機在線(xiàn)瀏覽生產(chǎn)設備的負荷情況，及時(shí)調整入洗原煤量，做到預先防治。
　　5 部分工程應用
　　下面介紹一下上海碩吉電器有限公司生產(chǎn)的WDB電機保護器在開(kāi)灤礦務(wù)局錢(qián)家營(yíng)選煤廠(chǎng)的工程應用情況。
　　WDB系列微機監控電機保護器采用單片機、E2PROM存儲等國際上先進(jìn)技術(shù)，并配有RS485串行接口，可實(shí)現計算機通訊、檢測、控制等功能，是目前低壓電動(dòng)機保護的理想裝置。新產(chǎn)品WDB-S系列微機監控增安型電機保護器，已通過(guò)國家防爆中心檢測，是國內唯一專(zhuān)用于增安型電機的保護器。
　?。?）WDB型一體式電機保護器在160KW 鼓風(fēng)機固定式開(kāi)關(guān)柜中的應用：由于電機電流較大，故通過(guò)300/5的CT轉換，將二次電流通過(guò)保護器穿芯來(lái)實(shí)現，若保護器動(dòng)作則故障報警或使接觸器跳閘， 同時(shí)保護器自保持并顯示故障狀態(tài)，同時(shí)通過(guò)modbus.rtu口向集控室傳輸故障信號。
　?。?）WDB可通訊的分體式保護器在30KW泵抽屜式配電回路中的應用：保護器互感器部分與本體之間通過(guò)RS485通訊線(xiàn)相連，本體的RS-485通訊接口通過(guò)兩芯屏蔽雙絞線(xiàn)匯總到電氣控制室后臺計算機的專(zhuān)用通訊接口卡，實(shí)現遠程監控，若保護器動(dòng)作則故障報警或使接觸器跳閘，同時(shí)保護器自保持并顯示故障狀態(tài)，同時(shí)通過(guò)RS-485口向集控室傳輸故障信號，直到檢修人員排除故障后，在計算機或電機保護器的面板上按復位按鈕后，保護器的狀態(tài)才可以復位，為下一次開(kāi)車(chē)做好準備。
　　此外，在工程上推廣的智能化電動(dòng)機保護器還有美國RockwellAB公司生產(chǎn)的Bulletin825型和美國西屋公司生產(chǎn)的IQ500型。Bulletin825型智能化電動(dòng)機控制器是一種可通信、可編程的電子過(guò)載保護器，其保護特性包括熱過(guò)載、斷相、堵轉、短路故障等?？刂乒δ馨ňo急起動(dòng)、熱起動(dòng)、起動(dòng)次數限制、雙速起動(dòng)、和星-三角形起動(dòng)，這種控制器可通過(guò)PROFIBUS現場(chǎng)總線(xiàn)與PC機通信。IQ500電動(dòng)機智能化多功能保護器通過(guò)MODBUS現場(chǎng)總線(xiàn)與PC機通信。
　　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(zhuān)業(yè)，現在平頂山中選自控系統有限公司從事選煤廠(chǎng)控制設計工作。