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淺談智能數字式熱繼電器在選煤廠集控中的應用
【摘 要】通過對智能數字式熱繼電器的基本原理及應用的介紹，使廣大工程技術人員對該型數字式熱繼電器有一個比較全面的認識和了解。
【關鍵詞】傳感器；智能化；數字式；熱繼電器；網絡通訊
1 引言
在現代大工業生產中，電動機作為所有機械傳動的動力源，它的使用效果直接影響到企業的生產，與企業的經濟效益有很大的關系。而其工作效率由數字式熱繼電器來檢測，由生產集中控制來調節。
數字式熱繼電器是近二十年來逐漸發展起來的智能化電子式綜合保護裝置，隨著自動化技術的不斷發展，它也經歷了電流繼電器式、模擬電子式、數字電子式、微處理器式等幾個階段，其功能也有早期的單一過流保護，發展到具有過（欠）電壓、過載、缺相、堵轉、漏電、接地及三相電流不平衡等多功能保護裝置，同時具有設定精度高、動作靈敏可靠等優點，是傳統熱繼電器式的理想替代產品。
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程如下圖所示。
圖1 智能化數字式熱繼電器
傳感器將電動機電流（壓）信號線性地反映至保護器的采樣端口，經整流、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行比較，經微處理器分析判斷，得出故障類型，最后由驅動電路帶動繼電器動作并發出報警信號，并通過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
（1）短路保護：當電機或線路絕緣遭到損壞、負載短路、接線錯誤等時將產生短路現象。短路時產生的瞬時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路因過流而產生電動力而損壞，甚至引起火災。一般情況下我們整定時，電機線路電流超過其額定電流10倍以上時保護器進行短路保護，短路保護的時間應越短越好，但不能小于保護器上級斷路器的動作時間。
（2）過流保護：不正確的起動和負載轉矩過大，也常常引起電機出現很大的過電流。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，當電機線路電流在其額定電流1.5～6倍之間時，保護器進行反時限過流保護，過流保護時間一般為幾秒鐘。
（3）斷相保護：電機在正常運行中，由于電網故障或一相熔斷器熔斷引起對稱三相電源缺少一相，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故障之一。斷相時，保護器能根據三相電流的差值自動檢測出來，并進行斷相動作保護。
（4）三相電流不平衡保護：當電網電源的三相電壓不相等時，會造成電機三相電流也不相等，這樣電機定子中會有一相繞組因長期過流過熱而造成損壞。當電機三相電流之間的最大差值超過其額定電流的5%以上時保護器進行不平衡保護。
（5）過載保護：過載也是指電機的運行電流大于其額定電流，但超過額定電流的倍數更小些，通常在1.5倍以內，引起電機過載的原因很多，如負載的突然增加，電網電壓降低等。過載動作時間一般很長，可達幾十分鐘，過載時過載熱積累值會自動增加，相反不過載時過載熱積累值會自動減少到0。
（6）欠電壓保護：電機在有些應用場合下，當電網電壓降到額定電壓以下，如60%～80%時就要求能自動切除電源而停止工作，這種保護成為欠電壓保護。
（7）堵轉保護：電機在其正常起動時間內的電流一般為其額定電流的8倍以下，并且隨時間增加而逐漸降至其額定電流以下，如果不是這樣，則稱為電機堵轉。堵轉保護是一種綜合保護，無需用戶單獨整定。
（8）漏電、接地保護：對于中性點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整定值時漏電保護動作。對于中性點接地系統，當零序電抗器檢測到的零序電流超過整定值時接地保護動作。
3.2 在線監測功能
當電動機工作時，具有通訊功能的保護器實時地將采集到的信號通過CAN總線傳至后臺微機，當故障發生后，通過CANBUS網絡向集中控制室發出各種報警信號。控制人員可在后臺微機上，完成所有保護器的各種整定數據的調閱、修改和整定。同時，在線檢測電機的運行負載和供電電源的質量，為及早發現過載和接地故障等，創造條件。
3.3 信息網絡功能
具備RS-485或PROFIBUS DP通訊接口的數字式熱繼電器可與全廠集中控制組成CONTROLNET或工業以太網。通過網絡把電動機的工作電流和電壓實時地傳到計算機信息網絡上。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，減少事故停車，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，如老式開關柜和XMP1柜改造，可將保護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，可在一定范圍內任意安置，故非常適合于新型的XMP3系列抽屜式開關柜的安裝。
在90萬噸以上選煤廠工程的設計上，由于裝置的自動化控制程度比較高，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微機在線瀏覽生產設備的負荷情況，及時調整入洗原煤量，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的WDB電機保護器在開灤礦務局錢家營選煤廠的工程應用情況。
WDB系列微機監控電機保護器采用單片機、E2PROM存儲等國際上先進技術，并配有RS485串行接口，可實現計算機通訊、檢測、控制等功能，是目前低壓電動機保護的理想裝置。新產品WDB-S系列微機監控增安型電機保護器，已通過國家防爆中心檢測，是國內唯一專用于增安型電機的保護器。
（1）WDB型一體式電機保護器在160KW 鼓風機固定式開關柜中的應用：由于電機電流較大，故通過300/5的CT轉換，將二次電流通過保護器穿芯來實現，若保護器動作則故障報警或使接觸器跳閘， 同時保護器自保持并顯示故障狀態，同時通過modbus.rtu口向集控室傳輸故障信號。
（2）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計算機的專用通訊接口卡，實現遠程監控，若保護器動作則故障報警或使接觸器跳閘，同時保護器自保持并顯示故障狀態，同時通過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，保護器的狀態才可以復位，為下一次開車做好準備。
此外，在工程上推廣的智能化電動機保護器還有美國RockwellAB公司生產的Bulletin825型和美國西屋公司生產的IQ500型。Bulletin825型智能化電動機控制器是一種可通信、可編程的電子過載保護器，其保護特性包括熱過載、斷相、堵轉、短路故障等。控制功能包括緊急起動、熱起動、起動次數限制、雙速起動、和星-三角形起動，這種控制器可通過PROFIBUS現場總線與PC機通信。IQ500電動機智能化多功能保護器通過MODBUS現場總線與PC機通信。
作者簡介：
魏鐘康（1968-），男，河南省平頂山市人，工學學士，工程師，1992年畢業于焦作礦業學院工業電氣自動化專業，現在平頂山中選自控系統有限公司從事選煤廠控制設計工作。
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