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矿用数字式电动机综合保护器的研究与应用
点击次数:388 发布时间:2018/6/22 13:40:06

矿用数字式电动机综合保护器的研究与应用

 摘 要 本文主要介绍了矿用数字式电动机综合保护器的研究与应用,重点阐述了矿用数字式电动机综合保护器的总体设计方案及实现功能;针对目前鹤煤公司各矿在用的JDB和ABD8系列电动机保护器存在保护性能差、工作可靠性低等缺陷,我们研究采用了SDB-3250矿用数字式电动机综合保护器解决了此类难题,满足了现代煤矿对电磁启动器功能全方位的需求。
  关键词 矿用;电动机;保护器
  中图分类号TM3 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2013)98-0199-02
  0 引言
  据不完全统计,目前鹤煤公司各矿在用电磁启动器的电动机保护器总共约有5000余台,类型大多为JDB和ABD8系列产品,该系列保护装置为分立元件,模拟电路,功能单一,只能分档整定,存在整定不准确、保护功能少、保护性能差、工作可靠性低等缺陷,难以实现对电动机的可靠保护,其自身还常出故障,返修频繁;另外,没有通讯、显示和故障事件记忆功能,因此不能接入矿井网络实现远程遥测和遥控,无法显示电动机运行数据和状态,当发生故障并保护动作后,无从得知故障发生的原因。同时在实际运转中发现,在用的JDB、ABD8等系列电动机保护器常常不能正常使用,有时为了生产,不得不把保护器短接,使电动机在无保护的状态下运转,给生产设备的运转带来了安全隐患。显然,当前在用的电动机保护器存在的问题和所处的现状,已不能满足煤矿安全生产和适应煤矿现代发展的需求,迫切需要一种集采集、显示、控制、保护、通讯等多种功能于一体的保护可靠、动作灵敏的数字式电动机综合保护装置。
  1 总体方案概述
  为解决老式电动机保护装置存在的缺陷,矿用数字式电动机综合保护器将采用现代继电保护电子技术进行设计,将三相交流电流信号进行低通滤波和调理后,直接送入ADC(模拟信号―数字信号转换器)进行交流采样,单片机则将实时交流采样序列先经过数字滤波后采用均方根算法转换为有效值,再经过比较和保护判断,最后将判断结果输出到继电器使其进行相应的动作,实现电动机的综合保护和控制。本项目内容包含硬件设计、软件设计、结构与外形设计三部分:
  1) 硬件部分以高性能的ATMEL ATmega32L单片机为核心,负责全面的管理和计算控制,人机界面采用128×64点阵的LCD液晶显示器,显示信息丰富,显示界面更加人性化;电源部分采用高效的开关电源,在很宽的电源电压波动范围内保证保护器的正常工作;信号调理电路对三相电流信号进行滤波和电平转移,送入ADC进行交流实时采样,避免了采用先整流再滤波方式造成的非线性失真,获得较高的采样和保护精度,保证了本保护器的性能指标;
  2) 软件部分功能采用模块化设计,分为采样中断服务程序、主程序、通讯中断服务程序三个模块。采样中断服务程序模块用于对各种信号进行采样、变换、滤波、比较和判断,实现短路、堵转、长时起动、缺相、三相不平衡、过载、漏电闭锁、过压、欠压等各种保护功能;主程序模块则用于非实时性的处理工作,如菜单处理、按键事件处理、电池充电管理、超温报警判断、LCD显示和LED状态显示等;通讯中断程序模块则负责通讯请求的接收、校验、解析、应答信息的整理、应答处理等;
  3)结构与外形设计。满足兼容性与通用性要求,在外形结构与尺寸上,与老式保护器完全保持一致,并采用通用的接线方式,以获得广泛的适应性。
  2 实现功能
  矿用数字式电动机综合保护器将采用数字电路和单片机技术设计,内置高精度数据处理和先进的保护算法,配合矿用隔爆型电磁启动器,实现对井下隔爆型电动机的短路、堵转、长时起动、过载、缺相、三相不平衡、漏电、过压和欠压等全功能保护;配备多点阵LCD显示屏,中文多层菜单,显示信息齐全丰富;配备MODBUS RTU通讯接口,可方便地组网通讯;内置48条带时间刻度的事件记录功能,可方便地查询和分析;并实现完全兼容JDB和ABD8等老式保护器,可直接换代,方便升级和改造。
  3 经济及安全效益分析
  3.1 经济效益分析
  1)老式JDB系列电动机保护器由于功能单一、可靠性差、保护精度差、故障率较高等弊病,在实际使用过程中造成了很大的浪费。鹤煤各矿在用的JDB系列电动机保护器按5000台计算,JDB保护器的进价约200元,修复的材料费按进价的30%计算,消耗费用达30万元;返修1台按0.5个工时计算,则需要约2500个工时,地面人员的平均日工资为60元,则工资支出15万元;总费用为45万元;
  2)新型SDB-3250矿用数字式电动机综合保护器具有很高的工作稳定性,年返修率可大幅降低到10%以下,修复1台的费用按300元计算,则一年的修复材料费用为15万元;
  3)矿用数字式电动机综合保护器应用后,年维护费可节省30万元。
  3.2 安全效益分析
  1)SDB-3250矿用数字式电动机综合保护器的高可靠性、高稳定性避免了设备漏电的漏报现象,从而基本上杜绝了设备漏电给设备安全运行和人身安全带来的隐患;
  2)全功能的电动机综合保护功能完善解决了电动机的全方位保护,避免了电动机长期处于非正常运行状态而导致的不必要损坏,有效保障了电动机的安全运转。
  4 结论
  作为新型矿用数字式电动机保护装置,该系列保护装置集电动机全功能保护、网络通讯为一体,以其全功能的电动机保护、丰富的显示信息、中文多层菜单操作、MODBUS RTU通讯接口、多条事件记录等亮点,不仅解决了JDB和ABD8等老式保护器存在的诸多问题,而且满足了现代煤矿对电磁启动器功能全方位的需求,为煤矿的数字化、网络化建设提供了设备层的解决方案,为实现全矿井最底层设备实现监控奠定了硬件基础,成为多种矿用真空电磁启动器中老式电动机保护器最为理想的替代品。
  参考文献
  [1]李璇华,黄益庄,唐晓泉,张楠.电动机故障分析和综合保护配置.继电器,2001.
  [2]张池,詹耀辉,许兴广.低压电动机单片机智能保护装置的设计.现代电子技术,2001.

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