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礦用數字式電動機綜合保護器的研究與應用
摘 要 本文主要介紹了礦用數字式電動機綜合保護器的研究與應用，重點闡述了礦用數字式電動機綜合保護器的總體設計方案及實現功能；針對目前鶴煤公司各礦在用的JDB和ABD8系列電動機保護器存在保護性能差、工作可靠性低等缺陷，我們研究采用了SDB-3250礦用數字式電動機綜合保護器解決了此類難題，滿足了現代煤礦對電磁啟動器功能全方位的需求。
關鍵詞 礦用；電動機；保護器
中圖分類號TM3 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2013）98-0199-02
0 引言
據不完全統計，目前鶴煤公司各礦在用電磁啟動器的電動機保護器總共約有5000余臺，類型大多為JDB和ABD8系列產品，該系列保護裝置為分立元件，模擬電路，功能單一，只能分檔整定，存在整定不準確、保護功能少、保護性能差、工作可靠性低等缺陷，難以實現對電動機的可靠保護，其自身還常出故障，返修頻繁；另外，沒有通訊、顯示和故障事件記憶功能，因此不能接入礦井網絡實現遠程遙測和遙控，無法顯示電動機運行數據和狀態，當發生故障并保護動作后，無從得知故障發生的原因。同時在實際運轉中發現，在用的JDB、ABD8等系列電動機保護器常常不能正常使用，有時為了生產，不得不把保護器短接，使電動機在無保護的狀態下運轉，給生產設備的運轉帶來了安全隱患。顯然，當前在用的電動機保護器存在的問題和所處的現狀，已不能滿足煤礦安全生產和適應煤礦現代發展的需求，迫切需要一種集采集、顯示、控制、保護、通訊等多種功能于一體的保護可靠、動作靈敏的數字式電動機綜合保護裝置。
1 總體方案概述
為解決老式電動機保護裝置存在的缺陷，礦用數字式電動機綜合保護器將采用現代繼電保護電子技術進行設計，將三相交流電流信號進行低通濾波和調理后，直接送入ADC（模擬信號―數字信號轉換器）進行交流采樣，單片機則將實時交流采樣序列先經過數字濾波后采用均方根算法轉換為有效值，再經過比較和保護判斷，最后將判斷結果輸出到繼電器使其進行相應的動作，實現電動機的綜合保護和控制。本項目內容包含硬件設計、軟件設計、結構與外形設計三部分：
1） 硬件部分以高性能的ATMEL ATmega32L單片機為核心，負責全面的管理和計算控制，人機界面采用128×64點陣的LCD液晶顯示器，顯示信息豐富，顯示界面更加人性化；電源部分采用高效的開關電源，在很寬的電源電壓波動范圍內保證保護器的正常工作；信號調理電路對三相電流信號進行濾波和電平轉移，送入ADC進行交流實時采樣，避免了采用先整流再濾波方式造成的非線性失真，獲得較高的采樣和保護精度，保證了本保護器的性能指標；
2） 軟件部分功能采用模塊化設計，分為采樣中斷服務程序、主程序、通訊中斷服務程序三個模塊。采樣中斷服務程序模塊用于對各種信號進行采樣、變換、濾波、比較和判斷，實現短路、堵轉、長時起動、缺相、三相不平衡、過載、漏電閉鎖、過壓、欠壓等各種保護功能；主程序模塊則用于非實時性的處理工作，如菜單處理、按鍵事件處理、電池充電管理、超溫報警判斷、LCD顯示和LED狀態顯示等；通訊中斷程序模塊則負責通訊請求的接收、校驗、解析、應答信息的整理、應答處理等；
3）結構與外形設計。滿足兼容性與通用性要求，在外形結構與尺寸上，與老式保護器完全保持一致，并采用通用的接線方式，以獲得廣泛的適應性。
2 實現功能
礦用數字式電動機綜合保護器將采用數字電路和單片機技術設計，內置高精度數據處理和先進的保護算法，配合礦用隔爆型電磁啟動器，實現對井下隔爆型電動機的短路、堵轉、長時起動、過載、缺相、三相不平衡、漏電、過壓和欠壓等全功能保護；配備多點陣LCD顯示屏，中文多層菜單，顯示信息齊全豐富；配備MODBUS RTU通訊接口，可方便地組網通訊；內置48條帶時間刻度的事件記錄功能，可方便地查詢和分析；并實現完全兼容JDB和ABD8等老式保護器，可直接換代，方便升級和改造。
3 經濟及安全效益分析
3.1 經濟效益分析
1）老式JDB系列電動機保護器由于功能單一、可靠性差、保護精度差、故障率較高等弊病，在實際使用過程中造成了很大的浪費。鶴煤各礦在用的JDB系列電動機保護器按5000臺計算，JDB保護器的進價約200元，修復的材料費按進價的30%計算，消耗費用達30萬元；返修1臺按0.5個工時計算，則需要約2500個工時，地面人員的平均日工資為60元，則工資支出15萬元；總費用為45萬元；
2）新型SDB-3250礦用數字式電動機綜合保護器具有很高的工作穩定性，年返修率可大幅降低到10%以下，修復1臺的費用按300元計算，則一年的修復材料費用為15萬元；
3）礦用數字式電動機綜合保護器應用后，年維護費可節省30萬元。
3.2 安全效益分析
1）SDB-3250礦用數字式電動機綜合保護器的高可靠性、高穩定性避免了設備漏電的漏報現象，從而基本上杜絕了設備漏電給設備安全運行和人身安全帶來的隱患；
2）全功能的電動機綜合保護功能完善解決了電動機的全方位保護，避免了電動機長期處于非正常運行狀態而導致的不必要損壞，有效保障了電動機的安全運轉。
4 結論
作為新型礦用數字式電動機保護裝置，該系列保護裝置集電動機全功能保護、網絡通訊為一體，以其全功能的電動機保護、豐富的顯示信息、中文多層菜單操作、MODBUS RTU通訊接口、多條事件記錄等亮點，不僅解決了JDB和ABD8等老式保護器存在的諸多問題，而且滿足了現代煤礦對電磁啟動器功能全方位的需求，為煤礦的數字化、網絡化建設提供了設備層的解決方案，為實現全礦井最底層設備實現監控奠定了硬件基礎，成為多種礦用真空電磁啟動器中老式電動機保護器最為理想的替代品。
參考文獻
[1]李璇華，黃益莊，唐曉泉，張楠.電動機故障分析和綜合保護配置.繼電器，2001.
[2]張池，詹耀輝，許興廣.低壓電動機單片機智能保護裝置的設計.現代電子技術，2001.
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