控制與CPS結(jié)構(gòu)特性分析及在電氣工程中的實施要點分析

方燕

【摘要】隨著對電氣工程要求的提高，需進一步改革，CPS開關(guān)的應用能起到較好效果，受到廣泛關(guān)注。首先介紹了CPS的分類，以及在電氣工程中的優(yōu)勢和作用，然后對其在電氣工程中的實際應用進行了分析。

【關(guān)鍵詞】CPS開關(guān);電氣工程;控制系統(tǒng);節(jié)能降耗

引言

電動機為各類生產(chǎn)提供原動力，具有重大意義，其性能和質(zhì)量直接關(guān)乎能否順利開工和實際工作效率。然而實際中常會出現(xiàn)設(shè)備質(zhì)量缺陷、元件選擇錯誤、壓力過小、保護參數(shù)不合理等狀況，進而損壞元件甚至使電機受損。對多臺電動機進行集中控制時，元件數(shù)量較多給柜體布置帶來諸多不便，控制效果也不理想。為此可采用一種新設(shè)備，即控制與保護開關(guān)電器，簡稱CPS，集斷路器、熱繼電器、隔離開關(guān)等多類元件的功能于一體。上世紀90年代，我國開始自主研制CPS，并注冊為KBO，經(jīng)不斷發(fā)展改進，已能和國外優(yōu)秀產(chǎn)品相媲美。

1.CPS的分類

從保護單元的結(jié)構(gòu)和特性的角度，可將CPS分為兩類：一是電子式，KBO-R、KBO-T系列產(chǎn)品在當前較為常見。與熱磁式控制保護開關(guān)電器相比，采用了高精度電流互感器，多于三遙系統(tǒng)相配合，并有微處理器對電流進行數(shù)字化處理。然后利用相關(guān)軟件對電機電流狀況加以分析，以保護電機的穩(wěn)定安全，避免有過流、過載、阻塞、斷相等故障發(fā)生;二是熱磁式。當電流經(jīng)過斷相保護和過載保護時，系統(tǒng)會實現(xiàn)電熱能到機械能之間的轉(zhuǎn)換，進行反時限超載保護。此類CPS 使用壽命較長，動作穩(wěn)定，而且適應性強，在酸堿、潮濕等惡劣環(huán)境中都有應用。在電流較大時，能夠在最短時間內(nèi)發(fā)揮出短路保護作用。

2.CPS在電氣工程中的優(yōu)勢和作用

2.1 保護功能十分強大，可提高控制系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性

CPS的組成部分主要有隔離刀、保護脫扣器、接觸組，以及相關(guān)的傳動和操作系統(tǒng)。帶負荷拉合開關(guān)故障危害極大，所以CPS在接觸器和隔離刀中間設(shè)置了電氣聯(lián)鎖和機械閉鎖設(shè)施，十分可靠，保證了二者之間的分合次序。另外接通電源后，隔離刀閘對開關(guān)進行控制，因與控制電源相連，可將主電路及控制電路同時與電源隔離，以便安全地檢修。其保護脫扣器可在短路時瞬間將短路電流切斷，也具有定時限過電流的功能。若是分離元件，在分斷短路電流試驗后，使用壽命會有所削減，但CPS仍有較長的使用壽命。加上數(shù)字化、自動化產(chǎn)品的新功能，使得控制系統(tǒng)更加穩(wěn)定。

2.2 有利于促進控制系統(tǒng)連續(xù)運行，減少了運行中斷的危害

CPS采用U型結(jié)構(gòu)的靜觸頭，電源和負載兩側(cè)則使用雙斷點雙滅弧室，短路分斷能力較強。在分斷時，電弧以斥力作為電動力，加上磁和熱氣體的壓力，可使電弧迅速進入滅弧柵，提高滅弧效率。其限流能力也較強，可減輕短路電流的危害，加上使用壽命長，可保證系統(tǒng)連續(xù)運行。接觸器的分斷能力有限制，若超過此值，電動斥力過大，則拉弧過程中極易引發(fā)短路故障，致使開關(guān)電器損壞，進而威脅到人身安全。CPS采用密閉式雙滅弧室結(jié)構(gòu)，飛弧距離較短，不會產(chǎn)生對外飛弧，有利保障了系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠。電壓波動較為明顯，引起接觸器抖動，強烈的電弧極有可能燒壞接觸器。CPS接觸組內(nèi)則采用分離設(shè)計方式，觸頭的超程和壓力由內(nèi)部彈簧儲能提供，從而有效避免了觸頭抖動現(xiàn)象。

2.3 應急能力較強，且具有節(jié)能降耗的優(yōu)勢

CPS采用的是模塊化結(jié)構(gòu)，集多種元件的功能于一體，功能模塊的連接方式為插拔式，安裝拆卸快捷簡單，為維護檢修提供了方便。當接觸器或短路保護發(fā)生故障時，10min內(nèi)可完成接觸組的更換工作;發(fā)生過負荷保護器故障時，3min內(nèi)可完成熱磁模塊的更換。元件和整機更換時間短，排除故障的速度快，因此在應用中很受青睞。此外，CPS使用的螺絲、導線、銅排等材料數(shù)量較少，減少了電流通過時熱能的消耗，起到了節(jié)材、節(jié)能降耗的良好作用。

3.CPS在電氣工程中的實際應用分析

3.1 在工廠中的應用

工廠生產(chǎn)中多采用流水作業(yè)，設(shè)置有生產(chǎn)作業(yè)線，需要滿足生產(chǎn)需求，盡量不要中斷，且整個過程要穩(wěn)定進行。某化工反應釜生產(chǎn)公司為提高生產(chǎn)效率，需對電力控制柜加以改進，提前對反應釜的溫度、壓力氣體含量等指標做了精確測量;將測量值送入PLC，系統(tǒng)程序識別許可后，將控制信號傳至控制柜，通過對CPS產(chǎn)品的操作控制反應釜，開啟停止、正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)等動作皆可在其控制下完成。每個控制柜安裝20-40個CPS開關(guān)，以便能夠順利完成反應釜的系列動作。該公司一共使用了320個CPS開關(guān)，從2010年安裝使用到2013年底，只在年終進行整體清掃檢查，沒有發(fā)現(xiàn)一處損壞。CPS的應用使得生產(chǎn)任務能夠穩(wěn)定開展，為公司帶來了不少經(jīng)濟效益。

3.2 在機床領(lǐng)域的應用

機床在工業(yè)生產(chǎn)、機械制造等領(lǐng)域都有著廣泛應用，動力設(shè)備主要有主電機、冷卻泵、退刀快速電機等。電源開關(guān)、斷路器、繼電器、熔斷器等組成了其電氣系統(tǒng)，CPS開關(guān)則具備其所有性能，兩者的總造價大抵相當。某機械制造廠為保證生產(chǎn)任務能按時完成，每隔兩個月就要對接觸器進行打磨修正，且熱繼電器還要定期試驗整定，夏季溫度較高容易失靈，經(jīng)常因此發(fā)生各種故障。今對其加以改造，使用CPS作為系統(tǒng)的電器元件，配電箱的體積有所縮小，節(jié)約了空間，而且運行更加穩(wěn)定。不但減少了板材使用量，還為該廠帶來了很大經(jīng)濟效益。

3.3 在泵站控制工程中的應用

某高層建筑的負載消防泵柜，采用雙電源一用一備控制線路。將具有限流功能的CPS裝在有限流功能的雙電源下級，其分斷能力會因上級開關(guān)的限流特性而大大提高。為求善妥要采用源自限流技術(shù)的級聯(lián)技術(shù)，按工程計算法算出下級開關(guān)出口處短路的最大預期短路電流。查其限流曲線，將其真正通過的短路電流找出來。再查CPS和上級雙電源的能量脫扣曲線而定出在這一實際的短路電流通過時上下兩級開關(guān)的脫扣時間，確保不越級跳閘。嚴防在泵機堵死或電機短路時，因上下級開關(guān)配合不當，上級雙電源越級跳閘并帶短路負載進行電源轉(zhuǎn)換使之承受二次短路電流沖擊的惡性后果，由此可見，上下開關(guān)容量配合和必要的短路電流的工程計算非常重要。

3.4 在三遙系統(tǒng)中的應用

隨著科學技術(shù)的進步，CPS有了進一步發(fā)展，尤其是智能型電子式產(chǎn)品的問世，拓寬了CPS的應用范圍。采用微處理器對電機進行精確的全能性保護，對配電電路負載可接通、承載和分斷正常條件下運行過載電流，也能夠接通、承載和分斷非正常條件下的短路電流，具有遠控和就地自控功能。通過控制器的嵌入式軟件分析計算，發(fā)出啟停處理指令，并轉(zhuǎn)至上位機，這樣就省去三遙終端一些執(zhí)行部件，簡化三遙結(jié)構(gòu)，以提高速率和可靠性。

4.結(jié)束語

CPS在國內(nèi)已有十余年的發(fā)展歷史，在電氣工程中發(fā)揮著重大作用，逐步取代了傳統(tǒng)電機控制的方法，有利于推動電氣工程進步。隨著應用范圍的擴大，以及越來越高的要求限制，在今后還需對CPS不斷完善。

參考文獻

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