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?、電壓性擊穿或?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/?！?。

■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