淺談電機(jī)保護(hù)器在電控改造中的應(yīng)用

殷愛蓮

1 改造前的電氣系統(tǒng)

大同煤礦集團(tuán)公司晉華宮礦原煤車間低壓電力系統(tǒng)由4 個(gè)電力室構(gòu)成，分別為1# 站、2# 站、3# 站、4# 站。其中1# 站為動(dòng)力配電站，不參與改造，電壓等級660 V。參與本次改造的電力室分別為2# 站、3# 站、4# 站。1# 站動(dòng)力變壓器型號為SC10-1600/6/0.69 kV，低壓系統(tǒng)為小電流接地系統(tǒng)。

2 現(xiàn)有設(shè)備概況及電機(jī)拖動(dòng)方式

晉華宮礦原煤儲運(yùn)生產(chǎn)線含膠帶輸送機(jī)17 部，振動(dòng)篩2 部，破碎機(jī)3 部，風(fēng)機(jī)、水泵、照明變等輔助設(shè)備若干。

現(xiàn)有設(shè)備電機(jī)拖動(dòng)方式為：斷路器-接觸器-熱繼電器-電機(jī)負(fù)載。

低壓斷路器多采用自動(dòng)空氣開關(guān)，用來接通和切斷負(fù)載電路，也可用來控制不頻繁啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，功能相當(dāng)于閘刀開關(guān)、過電流繼電器、失壓繼電器、熱繼電器及漏電保護(hù)器等全部功能的總和，是低壓配電網(wǎng)中一種重要的保護(hù)電器。

接觸器動(dòng)作的動(dòng)力源于交流電通過帶鐵芯線圈產(chǎn)生的磁場[1]，使動(dòng)鐵芯和靜鐵芯相互吸引控制觸點(diǎn)吸合。為了使磁力穩(wěn)定，鐵芯的吸合面加了短路環(huán)。交流接觸器失電后靠彈簧復(fù)位。接觸器屬于通過小電流控制大電流的開關(guān)類器件，便于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作。

熱繼電器主要用來對電動(dòng)機(jī)進(jìn)行過載保護(hù)，工作原理是過載電流通過熱元件后，使雙金屬片加熱彎曲推動(dòng)動(dòng)作機(jī)構(gòu)帶動(dòng)觸點(diǎn)動(dòng)作，從而將電動(dòng)機(jī)控制回路斷開實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)斷電停車，起到過載保護(hù)的作用[2]。鑒于雙金屬片受熱彎曲過程中，熱量的傳遞需要較長時(shí)間，因此熱繼電器不能用作短路保護(hù)而只能用作過載保護(hù)。

以上設(shè)備的供配電及控制盤柜已經(jīng)使用20 年以上，設(shè)備已老化，存在安全隱患，在每年的設(shè)備運(yùn)行統(tǒng)計(jì)中，設(shè)備發(fā)生故障的情況較多。為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高生產(chǎn)效率，對2#站、3#站、4# 站的供配電及控制盤柜進(jìn)行改造。

3 原煤生產(chǎn)線供配電及控制盤柜存在的問題

①盤柜內(nèi)部回路較多，采用繼電器保護(hù)的控制線路接線復(fù)雜，發(fā)生故障時(shí)檢查線路費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

②設(shè)備的保護(hù)措施不到位，僅有短路和過載兩種保護(hù)，且斷路器和熱繼電器能提供的保護(hù)參數(shù)整定誤差較大，不容易達(dá)到保護(hù)精度。特別是經(jīng)過大電流沖擊之后，由于開關(guān)自身受到損傷[3]，其保護(hù)值的精度更會大打折扣，經(jīng)常出現(xiàn)誤保護(hù)、導(dǎo)致設(shè)備停車，或者保護(hù)不到位、造成設(shè)備損壞。

③老式盤柜笨重且內(nèi)部空間小，使電力室空間沒得到合理利用。老式斷路器、接觸器等體積龐大，穩(wěn)定性差，即使定期維護(hù)保養(yǎng)也無法保證運(yùn)行的穩(wěn)定。

4 改造方案

4.1 柜體

柜體選用GGD 型交流低壓配電柜，按照現(xiàn)代化工業(yè)產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)的要求，前后均可開門操作維護(hù)。每個(gè)開關(guān)柜均配隔離開關(guān)，便于分柜維護(hù)及檢修。柜門用轉(zhuǎn)軸式活動(dòng)鉸鏈與框架相連、柜門加裝密封條，安裝、拆卸方便，同時(shí)提高了整柜的IP 防護(hù)等級。

4.2 斷路器

選用SIMENS 原裝進(jìn)口3VL 系列塑殼斷路器。該系列斷路器有技術(shù)先進(jìn)、節(jié)省空間和易于操作等特點(diǎn)，最高額定電流可達(dá)1 600 A，有熱磁式和電子式兩種型號的脫扣器可供選擇，應(yīng)用于不同的場合[4]。3VL 系列斷路器能夠經(jīng)受多種氣候的考驗(yàn)，可以安全地使用在有灰塵、腐蝕性煙霧、破壞性氣體等環(huán)境下，對于原煤生產(chǎn)車間的高粉塵行業(yè)非常合適。

4.3 接觸器

3TF 系列交流接觸器為交流50 Hz 或60 Hz，額定絕緣電壓為690 V～1 000 V，在AC-3 使用類別下額定工作電壓為380 V 時(shí)的額定工作電流為9 A～400 A，主要供遠(yuǎn)距離接通及分?jǐn)嚯娐分茫m用于控制交流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止及反轉(zhuǎn)，符合IEC947，VDE0660，GB 14048 等標(biāo)準(zhǔn)。優(yōu)點(diǎn)是安全性能好，導(dǎo)電部件不外露；體積小、重量輕，滅弧罩材料采用不飽和樹脂，耐弧性好，不會碎裂；滅弧室呈封閉型，飛弧距離小，可縮小電氣箱體尺寸；主觸頭系統(tǒng)結(jié)構(gòu)獨(dú)特，觸頭磨損小，壽命相當(dāng)長，維護(hù)率低，可靠性高；裝置寬度小，節(jié)約安裝空間，并排安裝無需降容溫度可達(dá)60°C；全球認(rèn)證、測試，具有UL，CSA 認(rèn)證優(yōu)化設(shè)計(jì)，安全、可靠。

4.4 電機(jī)保護(hù)器

選擇國內(nèi)優(yōu)質(zhì)品牌斯菲爾智能電機(jī)保護(hù)器WDH-31 系列產(chǎn)品，具有過流、過熱、漏電、堵轉(zhuǎn)、過壓、失壓、缺相等保護(hù)功能，適用于額定頻率50 Hz、額定電壓690 V 以下的電動(dòng)機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測量、保護(hù)、電動(dòng)機(jī)啟停控制，以及遠(yuǎn)程通訊功能；顯示界面語言為漢語，操作簡便，很容易實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，提高了對負(fù)載及整個(gè)電氣系統(tǒng)的安全性。

4.5 供配電及電機(jī)控制設(shè)計(jì)

2# 站、3# 站、4# 站的電源均來自1# 站，為保證供電安全，每個(gè)站采用雙電源進(jìn)線設(shè)計(jì)。每個(gè)站并柜排列，采用銅母排匯流。根據(jù)設(shè)備功能的不同，電機(jī)控制主要有以下方案。

4.5.1 電機(jī)單向連續(xù)運(yùn)行

電機(jī)拖動(dòng)方式：斷路器-接觸器-電機(jī)保護(hù)器-電機(jī)（見圖1）。

圖1 電機(jī)單向連續(xù)運(yùn)行改造原理

控制方式：采用切換開關(guān)，實(shí)現(xiàn)本地/遠(yuǎn)方兩地啟動(dòng)、停止功能。電機(jī)啟動(dòng)之后，由接觸器輔助觸點(diǎn)與啟動(dòng)按鈕并聯(lián)實(shí)現(xiàn)自鎖，確保電動(dòng)機(jī)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。電機(jī)保護(hù)器的一組常閉觸點(diǎn)串聯(lián)在接觸器線圈所在的控制回路中，一旦電機(jī)保護(hù)器檢測到電機(jī)故障，常閉觸點(diǎn)立即斷開，接觸器分?jǐn)唷?shí)現(xiàn)對電機(jī)的保護(hù)功能，并將故障狀態(tài)顯示在電機(jī)保護(hù)器的操作界面上。

4.5.2 電機(jī)正反雙向連續(xù)運(yùn)行

電機(jī)拖動(dòng)方式：斷路器-兩臺接觸器-電機(jī)保護(hù)器-電機(jī)（見圖2）。

圖2 電機(jī)正反雙向連續(xù)運(yùn)行改造原理

控制方式：采用切換開關(guān)，實(shí)現(xiàn)本地/遠(yuǎn)方兩地啟動(dòng)、停止功能。電機(jī)分為正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，分別由正轉(zhuǎn)接觸器和反轉(zhuǎn)接觸器的輔助觸點(diǎn)與正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕并聯(lián)實(shí)現(xiàn)自鎖，確保電動(dòng)機(jī)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。電機(jī)保護(hù)器的一組常閉觸點(diǎn)串聯(lián)在接觸器線圈所在的控制回路中，一旦電機(jī)保護(hù)器檢測到電機(jī)故障，常閉觸點(diǎn)立即斷開，接觸器分?jǐn)唷?shí)現(xiàn)對電機(jī)的保護(hù)功能，并將故障狀態(tài)顯示在電機(jī)保護(hù)器的操作界面上。

4.5.3 雙電機(jī)單向運(yùn)行延時(shí)啟動(dòng)

這種延時(shí)的控制方法適用于大功率雙電機(jī)拖動(dòng)的設(shè)備。先啟動(dòng)其中一臺電機(jī)，延時(shí)一段時(shí)間再啟動(dòng)另外一臺，這樣避免了兩臺電機(jī)同時(shí)啟動(dòng)對電網(wǎng)造成的沖擊，有效減小變壓器的負(fù)荷。

電機(jī)拖動(dòng)方式：斷路器-雙接觸器-雙電機(jī)保護(hù)器-雙電機(jī)（見圖3）。

圖3 雙電機(jī)單向運(yùn)行延時(shí)啟動(dòng)改造原理

控制方式：采用切換開關(guān)，實(shí)現(xiàn)本地/遠(yuǎn)方兩地啟動(dòng)、停止功能。一臺電機(jī)啟動(dòng)之后，由接觸器輔助觸點(diǎn)與啟動(dòng)按鈕并聯(lián)實(shí)現(xiàn)自鎖，確保電動(dòng)機(jī)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。延時(shí)一段時(shí)間之后，另外一臺自動(dòng)啟動(dòng)，兩臺電機(jī)保護(hù)器的常閉觸點(diǎn)均串聯(lián)在接觸器線圈所在的控制回路中，任意一臺電機(jī)保護(hù)器檢測到電機(jī)故障，常閉觸點(diǎn)立即斷開，控制回路被切斷，接觸器斷開、實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的保護(hù)功能，并將故障狀態(tài)顯示在電機(jī)保護(hù)器的操作界面上。

5 結(jié)論

改造后的電控盤投入運(yùn)行1 年來，運(yùn)行狀況良好，未發(fā)生事故。由于電機(jī)保護(hù)器的使用，杜絕了由于電機(jī)保護(hù)不到位造成的電機(jī)損壞，有效保障了整個(gè)煤流系統(tǒng)供配電的安全和穩(wěn)定，設(shè)備維修率大幅下降，員工的勞動(dòng)強(qiáng)度得到降低，提高了生產(chǎn)效率。

[1]龍子俊.電機(jī)與托動(dòng)基礎(chǔ)[M].北京：航空工業(yè)出版社，1992.

[2]周德澤.電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1985.

[3]顧繩谷.電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1980.

[4]陳伯時(shí).電氣傳動(dòng)控制[M].北京：中央廣播電視大學(xué)出版社，1983.