煤礦大型固定設(shè)備電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)感知與多功能智能管控系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

王春青

（開(kāi)灤集團(tuán)有限責(zé)任公司，河北唐山，063018）

0 引言

隨著企業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展及生產(chǎn)效率不斷提升的需求，工業(yè)企業(yè)對(duì)電力拖動(dòng)系統(tǒng)自動(dòng)化的要求越來(lái)越高。電動(dòng)機(jī)作為電力拖動(dòng)系統(tǒng)的核心設(shè)備，其運(yùn)行過(guò)程中的控制、保護(hù)、監(jiān)測(cè)等技術(shù)不斷提升，功能日趨完善，為電機(jī)的安全運(yùn)行提供了可靠的保障。然而，電動(dòng)機(jī)退出運(yùn)行后的維護(hù)管理工作因缺乏成熟的自動(dòng)化控制技術(shù)，難以擺脫對(duì)人工檢測(cè)的依賴(lài)，成為制約電動(dòng)機(jī)全時(shí)段自動(dòng)化管理的瓶頸。電動(dòng)機(jī)備用期的維護(hù)保養(yǎng)是一項(xiàng)綜合性管理工作，其中絕緣檢測(cè)是判斷電動(dòng)機(jī)絕緣性能優(yōu)劣最簡(jiǎn)便的手段和行之有效的方法，可直觀反映電動(dòng)機(jī)繞組絕緣狀況。由于電動(dòng)機(jī)絕緣性能受環(huán)境濕度、溫度等多種因素的影響，變化規(guī)律難以掌握，加之目前絕緣檢測(cè)技術(shù)手段的缺失和檢測(cè)方法的落后，致使電動(dòng)機(jī)絕緣檢測(cè)不及時(shí)甚至出現(xiàn)漏檢現(xiàn)象，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)因絕緣下降引起的惡性故障頻繁發(fā)生［1］。

本文設(shè)計(jì)了針對(duì)高壓電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)感知與多功能智能管控管控系統(tǒng)，徹底克服了人為絕緣檢測(cè)工作可靠性差、易疏漏等缺陷，從根本上消除了潮濕環(huán)境電動(dòng)機(jī)因絕緣下降所帶來(lái)的重大事故隱患，確保了電動(dòng)機(jī)在惡劣條件下的安全可靠運(yùn)行，為企業(yè)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)久穩(wěn)定、安全生產(chǎn)、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、減人提效、提高經(jīng)濟(jì)效益等方面起到了顯著作用。

1 現(xiàn)狀分析

目前，廠(chǎng)礦企業(yè)對(duì)電動(dòng)機(jī)絕緣檢測(cè)依然停留在傳統(tǒng)的人工檢測(cè)階段，即由技術(shù)人員或維護(hù)人員到現(xiàn)場(chǎng)將電動(dòng)機(jī)脫離控制，用兆歐表遙測(cè)繞組絕緣。若電動(dòng)機(jī)因潮濕造成絕緣下降，通常采用烘烤或電機(jī)解體的方法進(jìn)行維修，浪費(fèi)大量的人力、物力且耗時(shí)長(zhǎng)，不能滿(mǎn)足現(xiàn)有

自動(dòng)化控制的要求。人工搖測(cè)絕緣對(duì)電動(dòng)機(jī)除濕有極大的不確定性，給電動(dòng)機(jī)的安全管理帶來(lái)較大的隱患，影響整個(gè)廠(chǎng)礦企業(yè)的安全生產(chǎn)。

傳統(tǒng)的絕緣檢測(cè)方法需要依靠人工現(xiàn)場(chǎng)操作，存在以下缺陷:

（1）操作步驟繁瑣且危險(xiǎn)性大

人工搖測(cè)時(shí)需先行停電并確認(rèn)，然后人工驗(yàn)電、放電后方可搖測(cè)絕緣，操作過(guò)程中稍有疏忽即有發(fā)生人員造受電擊的危險(xiǎn)。

（2）檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確

人工搖測(cè)過(guò)程中由于遙測(cè)速度不勻和搖測(cè)時(shí)間不足，極易造成遙測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確(此種情況在大型電機(jī)搖測(cè)中尤為常見(jiàn))。

（3）時(shí)效性差

人工搖測(cè)受人員狀況、工作條件及其他因素影響，易發(fā)生檢測(cè)不及時(shí)或漏檢等情況，對(duì)外部環(huán)境因素的突然變化難以做出及時(shí)響應(yīng)。

2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

本 文中煤礦大型固定設(shè)備電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)感知與多功能智能管控系統(tǒng)主要用于電動(dòng)機(jī)的啟停控制，并監(jiān)測(cè)、保護(hù)電動(dòng)機(jī)安全運(yùn)，在此基礎(chǔ)上，采用獨(dú)特的工藝，集成電動(dòng)機(jī)對(duì)地絕緣測(cè)量、繞組防潮除濕、內(nèi)部通訊等功能，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)功能擴(kuò)展。整個(gè)系統(tǒng)由高壓控制系統(tǒng)、檢測(cè)除濕系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)組成，適合在額定頻率50Hz，額定電壓6KV、10KV的電力拖動(dòng)系統(tǒng)中作為電動(dòng)機(jī)綜合控制開(kāi)關(guān)使用［2］。

本系統(tǒng)作為電動(dòng)機(jī)控制開(kāi)關(guān)能滿(mǎn)足電動(dòng)機(jī)啟停控制要求，同時(shí)具備電動(dòng)機(jī)運(yùn)行監(jiān)測(cè)及保護(hù)功能，在電動(dòng)機(jī)停機(jī)狀態(tài)下可自動(dòng)完成電動(dòng)機(jī)絕緣檢測(cè)，對(duì)因潮濕引起的電動(dòng)機(jī)絕緣性能降低，可自動(dòng)完成電動(dòng)機(jī)的除濕工作，及時(shí)恢復(fù)其絕緣性能具備電動(dòng)機(jī)。要實(shí)現(xiàn)以上功能，須滿(mǎn)足以下技術(shù)要求:

（1）檢測(cè)除濕系統(tǒng)必須與電動(dòng)機(jī)定子繞組可靠連接，方能保證絕緣檢測(cè)功能的順利實(shí)現(xiàn)。

（2）電動(dòng)機(jī)運(yùn)行控制系統(tǒng)和檢測(cè)除濕系統(tǒng)不能同時(shí)段與電動(dòng)機(jī)連接，應(yīng)具備分時(shí)連接、快速轉(zhuǎn)換的功能，同時(shí)滿(mǎn)足安全隔離和互不干擾的要求。

（3）檢測(cè)除濕系統(tǒng)的絕緣檢測(cè)與除濕運(yùn)行具備聯(lián)動(dòng)功能，滿(mǎn)足除濕投入的及時(shí)性要求。

（4）檢測(cè)除濕系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)、運(yùn)行方式應(yīng)具備實(shí)時(shí)調(diào)整功能。

（5）電動(dòng)機(jī)運(yùn)行控制裝置和檢測(cè)除濕裝置采用可移開(kāi)式機(jī)構(gòu)，兩裝置各自獨(dú)立、分時(shí)運(yùn)行、相互閉鎖，在各自的工作時(shí)段接入電動(dòng)機(jī)負(fù)荷母線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)與電動(dòng)機(jī)的連接與分離，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行與檢測(cè)除濕功能的快速轉(zhuǎn)換和兩系統(tǒng)的相互隔離。

（6）絕緣電用測(cè)量裝置在接入電動(dòng)機(jī)負(fù)荷母線(xiàn)后自動(dòng)完成電動(dòng)機(jī)絕緣檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果實(shí)時(shí)上傳并同步顯示。

（7）絕緣檢測(cè)結(jié)果作為判斷電動(dòng)機(jī)是否受潮的依據(jù)控制防潮除濕裝置運(yùn)行和退出，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)與除濕的自動(dòng)控制。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及組成

本文中系統(tǒng)采用組合結(jié)構(gòu)，集成了電動(dòng)機(jī)運(yùn)行控制和檢測(cè)除濕兩個(gè)系統(tǒng)，PLC根據(jù)工作要求控制兩系統(tǒng)完成與電動(dòng)機(jī)的連接與分離，并在各自系統(tǒng)的控制下實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)啟停操作、絕緣狀況檢測(cè)和防潮除濕功能。設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)如下：

（1）電動(dòng)機(jī)啟停控制穩(wěn)定：具備額定頻率50Hz，額定電壓6KV及10KV的交流電動(dòng)機(jī)正常啟動(dòng)和停機(jī)控制功能，能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)就地和遠(yuǎn)程控制。

（2）電動(dòng)機(jī)運(yùn)行保護(hù)完善：具備電動(dòng)機(jī)過(guò)流、過(guò)熱、過(guò)負(fù)荷、差動(dòng)、低電壓、過(guò)電壓及電機(jī)堵轉(zhuǎn)等綜合保護(hù)功能，滿(mǎn)足電動(dòng)機(jī)在故障狀態(tài)下的可靠分?jǐn)?，防止故障擴(kuò)大。

（3）安全防護(hù)功能可靠：滿(mǎn)足高壓開(kāi)關(guān)“五防”功能要求，電動(dòng)機(jī)控制與檢測(cè)除濕裝置具有閉鎖功能，保證電動(dòng)機(jī)運(yùn)行與檢測(cè)除濕分時(shí)工作和安全隔離。

（4）電動(dòng)機(jī)絕緣檢測(cè)穩(wěn)定：絕緣監(jiān)測(cè)裝置適應(yīng)在強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下穩(wěn)定工作，采用循環(huán)檢測(cè)模式，可在程序控制下的自動(dòng)完成絕緣阻值測(cè)量和吸收比計(jì)算。

（5）環(huán)境因素響應(yīng)：當(dāng)電動(dòng)機(jī)周邊環(huán)境濕度發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)可依據(jù)變化幅度，自動(dòng)調(diào)整循環(huán)檢測(cè)周期。

（6）防潮除濕方式：防潮除濕功能由程序控制實(shí)時(shí)投入，通過(guò)對(duì)電動(dòng)機(jī)加熱達(dá)到防潮除濕目的；有定子繞組通電流、控制電機(jī)預(yù)置加熱電阻及外設(shè)加熱裝置等多種加熱方式可供選擇。

（7）防潮除濕參數(shù)的調(diào)整：采用繞組通電流方式對(duì)電動(dòng)機(jī)加熱時(shí)，其電流、電壓等參數(shù)可通過(guò)觸摸屏現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整以及遠(yuǎn)程調(diào)整。

（8）加熱溫度控制：電動(dòng)機(jī)加熱過(guò)程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電動(dòng)機(jī)溫升，當(dāng)達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定溫度上限時(shí)暫停加熱，待溫度降低后恢復(fù)加熱，維持電動(dòng)機(jī)溫度不超出設(shè)定范圍。

（9）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及調(diào)用：內(nèi)設(shè)通訊系統(tǒng)，可通過(guò)有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、調(diào)用，幫助工程技術(shù)人員進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，了解和掌握電機(jī)絕緣變化規(guī)律，超前采取防范措施。

（10）遠(yuǎn)程監(jiān)控： 具有遠(yuǎn)程查看、數(shù)據(jù)推送、系統(tǒng)參數(shù)修改、故障報(bào)警、分析、診斷、處置等功能。

電動(dòng)機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)由真空斷路器、微機(jī)綜合保護(hù)裝置，智能操控裝置、電流互感器、過(guò)電壓保護(hù)器、高壓帶電傳感器、零序電流互感器等元器件組成，具有電動(dòng)機(jī)啟?？刂?、過(guò)程監(jiān)測(cè)和運(yùn)行保護(hù)功能。智能系統(tǒng)利用多傳感器實(shí)時(shí)采集電動(dòng)機(jī)的絕緣性能參數(shù)，包括絕緣電阻值、吸收比、環(huán)境溫度及濕度等數(shù)據(jù)，配合PLC和ModbusRTU通訊協(xié)議，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)測(cè)量和計(jì)算，以保障電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性［3］。項(xiàng)目系統(tǒng)外觀結(jié)構(gòu)及智能操作面板如圖1、圖2所示。

圖1 項(xiàng)目系統(tǒng)外觀結(jié)構(gòu)

圖2 智能操作面板

圖1為本系統(tǒng)采用KYN28系列的外殼，前部由3個(gè)隔室，由上往下分別為儀表室（用于安裝各種儀表及操控系統(tǒng)）、真空斷路器室和檢測(cè)除濕裝置室；裝置后部2個(gè)隔室，上為母線(xiàn)室下為電纜室分別用于電源母線(xiàn)引入及負(fù)荷電纜饋出，外殼防護(hù)等級(jí)IP54，滿(mǎn)足地面后內(nèi)安裝使用。

圖2為開(kāi)關(guān)柜智能操控面板：具有柜內(nèi)溫度/濕度的控制功能，有斷路器近控/遠(yuǎn)控功開(kāi)關(guān)，照明控制開(kāi)關(guān)和斷路器合分閘的控制開(kāi)關(guān)及斷路器位置指示功能。

檢測(cè)除濕系統(tǒng)由絕緣測(cè)試儀、三相調(diào)壓器、可編程控制器、通訊模塊、觸摸屏、檢測(cè)及除濕控制器等組成，可完成電動(dòng)機(jī)絕緣檢測(cè)及加熱除濕。

如圖3所示，運(yùn)行控制系統(tǒng)通過(guò)斷路器的合、分狀態(tài)控制電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和停止，采用集成工藝組成檢測(cè)除濕裝置用于電動(dòng)機(jī)的絕緣檢測(cè)和加熱除濕。

圖3 系統(tǒng)智能控制裝置結(jié)構(gòu)圖

由于檢測(cè)除濕系統(tǒng)采用低壓供電，且工作時(shí)需要接入高壓系統(tǒng)，為此專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了機(jī)械閉鎖裝置，并在控制回路中加入電氣閉鎖，從而確保斷路器與檢測(cè)除濕裝置不能同時(shí)段接入高壓系統(tǒng)，避免因誤操作引發(fā)的惡性事故，確保設(shè)備和人身安全［4］。

4 實(shí)際應(yīng)用與前景

本文項(xiàng)目的應(yīng)用實(shí)施，可大大提高高壓電動(dòng)機(jī)的可靠運(yùn)行，從而提高整個(gè)企業(yè)的安全生產(chǎn)水平，同時(shí)可減少傳統(tǒng)人為管理帶來(lái)麻煩，節(jié)省大量的人力物力，滿(mǎn)足現(xiàn)有自動(dòng)化控制系統(tǒng)的要求，使企業(yè)的生產(chǎn)能力和競(jìng)爭(zhēng)力得以提高。項(xiàng)目所研制的系統(tǒng)，具有多地區(qū)適用的優(yōu)勢(shì)，在完善功能和技術(shù)成熟后形成產(chǎn)品推向社會(huì)，對(duì)促進(jìn)煤炭行業(yè)機(jī)電管理水平的提高有著重要意義。圖4為項(xiàng)目系統(tǒng)在唐山某礦的實(shí)驗(yàn)應(yīng)用圖。

圖4 項(xiàng)目系統(tǒng)在唐山某礦的實(shí)驗(yàn)應(yīng)用

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)廠(chǎng)礦企業(yè)對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)管理存在的問(wèn)題，本文項(xiàng)目將傳統(tǒng)檢測(cè)方式現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，通過(guò)應(yīng)用自動(dòng)化控制技術(shù)與獨(dú)特的工藝，集成開(kāi)發(fā)出用于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)感知、除濕的多功能智能管控系統(tǒng)。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)啟?？刂啤?duì)地絕緣測(cè)量、繞組防潮除濕、內(nèi)部通訊等功能，實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)功能拓展。本文項(xiàng)目的實(shí)施應(yīng)用對(duì)保障廠(chǎng)礦企業(yè)安全生產(chǎn)具有重要意義。