某電爐循環(huán)泵站信號及報警系統(tǒng)設(shè)計

董桂華　李學(xué)文　傅　博

（昆明有色冶金設(shè)計研究院股份公司，昆明　650051）

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某電爐循環(huán)泵站信號及報警系統(tǒng)設(shè)計

董桂華李學(xué)文傅博

（昆明有色冶金設(shè)計研究院股份公司，昆明650051）

本文分析了利用信號系統(tǒng)實現(xiàn)某電爐循環(huán)泵站電氣設(shè)備故障信號指示及報警，以及工藝參數(shù)異常指示及報警，給出了其信號系統(tǒng)的組成、實現(xiàn)方式和運行調(diào)試分析。

循環(huán)泵站；信號系統(tǒng)；故障報警；運行調(diào)試

某工業(yè)硅電爐車間循環(huán)泵站為電爐生產(chǎn)提供循環(huán)冷卻水，該循環(huán)冷卻水系統(tǒng)由電爐變壓器循環(huán)水系統(tǒng)、電爐循環(huán)水系統(tǒng)和電爐煙道循環(huán)水系統(tǒng)，以及冷卻塔構(gòu)成。循環(huán)泵站內(nèi)的用電負荷中，大部分為一級或二級負荷，為保證循環(huán)泵站內(nèi)設(shè)備安全平穩(wěn)運行，除了提供雙電源或雙回路供電系統(tǒng)外，有必要設(shè)置相應(yīng)的信號系統(tǒng)。

對于信號及報警系統(tǒng)，通常是在PLC控制系統(tǒng)上進行相應(yīng)的硬件配置和程序開發(fā)，很容易實現(xiàn)該功能。鑒于本車間目前沒有設(shè)置相應(yīng)PLC系統(tǒng)，如果配置該PLC系統(tǒng)，則受到投資成本大和運行維護能力不足等因素制約。本設(shè)計采用在電氣接線上留出相應(yīng)的電氣接點，通過在控制室或值班室內(nèi)安裝一組信號箱的方式，實現(xiàn)信號及報警系統(tǒng)，以滿足正常生產(chǎn)運行的要求。

1　功能分析

本電爐車間循環(huán)泵站中，需要對運行狀態(tài)進行集中監(jiān)視的對象及設(shè)備主要有：進行備用切換的泵組狀態(tài)顯示，30余臺循環(huán)水泵、冷卻塔風機設(shè)備運行狀態(tài)以及4座水池液位情況。本設(shè)計中為滿足上述功能，根據(jù)功能的不同和設(shè)備的位置分布對監(jiān)視的對象進行系統(tǒng)的劃分，對應(yīng)的信號及報警系統(tǒng)劃分成以下3個部分內(nèi)容：備用切換信號系統(tǒng)、電氣設(shè)備運行信號系統(tǒng)和冷卻水池的液位信號系統(tǒng)。

1）備用切換信號系統(tǒng)

為滿足工藝要求，各組循環(huán)冷卻水泵均采用 2 用1備型式，均為熱備用，當某臺運行設(shè)備停止運行時，通過備用切換保證正常生產(chǎn)要求，該信號系統(tǒng)顯示備用狀態(tài)。

2）電氣設(shè)備運行信號系統(tǒng)

電氣設(shè)備主要是電動機設(shè)備，電氣設(shè)備運行時的各種故障信息，通過信號系統(tǒng)進行集中的指示及故障報警。

3）冷卻水池液位信號系統(tǒng)

根據(jù)生產(chǎn)過程安全性要求，各水池液位設(shè)高低位和溢流報警水位顯示及報警。

2　信號選取

信號選取作為信號報警系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，本次信號系統(tǒng)設(shè)計中，對信號的選取從以下幾點內(nèi)容進行綜合考慮：

1）選取的信號能反映出的設(shè)備運行狀態(tài)，需有準確性和穩(wěn)定性。

2）選取的信號宜為無源接點，信號高電平由信號箱通過信號線統(tǒng)一配出。

3）選取的信號能夠遠傳到信號箱。

備用切換信號系統(tǒng)中，需要采集的信號包括投入運行的設(shè)備指示和備用設(shè)備指示，利用轉(zhuǎn)換開關(guān)選擇備用設(shè)備時，接觸點接通斷開，并通過中間繼電器進行判斷，輸出信號。

電氣設(shè)備運行信號系統(tǒng)中，需要采集的信號包括電源信號、運行信號和故障信號。通常設(shè)備配電在低壓配電室的低壓屏上，設(shè)備控制在現(xiàn)場控制箱上，在低壓屏上顯示設(shè)備運行和故障信號，在現(xiàn)場控制箱上顯示電源信號。

電氣設(shè)備運行信號通常取其配電回路接觸器輔助觸點，電源信號通常取其配電回路斷路器輔助觸點，故障信號有兩類：①電源故障，指斷路器跳閘；②設(shè)備故障，對于電動機而言，通常取配電回路熱繼電器輔助觸點，對于成套設(shè)備而言，通常有專門的輸出觸點對應(yīng)不同故障類型。

液位信號系統(tǒng)中，各類液位信號通過設(shè)置在水池中的液位傳感開關(guān)的輸出接點接入信號系統(tǒng)的方式實現(xiàn)。

通過以上分析，本信號及報警系統(tǒng)中所需信號統(tǒng)計結(jié)果見表1。

表1　信號清單

3　系統(tǒng)設(shè)計

3.1整體結(jié)構(gòu)

整個循環(huán)泵站信號及報警系統(tǒng)如圖1所示。整個系統(tǒng)設(shè)1臺信號箱對6臺低壓屏（或動力箱）、8臺現(xiàn)場控制箱以及現(xiàn)場中的各種狀態(tài)信息進行集中顯示和報警。信號箱有2個功能，首先是為各子系統(tǒng)信號回路統(tǒng)一提供電源，然后是接收各子系統(tǒng)傳來的電氣信號，并完成顯示和報警。信號箱設(shè)在值班控制室，低壓屏設(shè)在配電，其余設(shè)備在車間現(xiàn)場，各類信號通過信號電纜進行傳遞。

圖1　循環(huán)泵站信號及報警系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

3.2設(shè)計實現(xiàn)

1）備用切換信號

本系統(tǒng)中備用切換的3組設(shè)備，每組在現(xiàn)場控制箱內(nèi)通過轉(zhuǎn)換開關(guān)SA，選擇出備用設(shè)備的編號。對于兩用一備方式，對應(yīng)的切換檔位為 4檔（“1#備用”、“2#備用”、“3#備用”以及“檢修”），各個檔位上對應(yīng)接通觸點，其中一路連通控制回路，一路至信號系統(tǒng)。現(xiàn)場箱和信號箱相應(yīng)的信號系統(tǒng)接線示意圖如圖2（a）所示，虛線內(nèi)為控制接線，SA選擇“1#備用”后，由1kA發(fā)出信號至信號箱AX。

圖2　信號系統(tǒng)接線示意圖

2）電氣設(shè)備運行信號

信號箱中通過指示燈顯示設(shè)備運行故障和電源故障，并進行電鈴報警，相應(yīng)接線示意圖如圖2（b）所示。以1#電爐循環(huán)水泵為例，運行信號取接觸器輔助觸點1KM，接觸器線圈失電后輔助觸點動作，通過4KA發(fā)出信號。設(shè)備故障信號取熱繼電器輔助觸點1KH，電機過熱動作后，通過6KA發(fā)出信號。運行時斷路器故障跳閘后，通過5KA發(fā)出信號，在信號箱顯示狀態(tài)同時，通過5KA1觸點閉合，接通電鈴回路。

3）液位信號系統(tǒng)

液位信號采用 UQX-2型浮球懸掛式液位信號器，其原理是浮球內(nèi)有干簧觸點，液位變化時導(dǎo)致浮球發(fā)生翻轉(zhuǎn)變化，使干簧觸點動作最終發(fā)出信號。接線和安裝方式如圖3所示。每個水池有3個浮球，分別在水池達到溢流液位，高液位和低液位3種狀態(tài)時，干簧觸點的接通或閉合狀態(tài)發(fā)生改變。例如在1#水池中，當液位低于報警低水位時，浮球1SW2觸點1-S3由常閉變?yōu)槌ｉ_；當液位超過報警高水位時，浮球1SW1觸點1-S2由常開變成常閉。

圖3　液位信號系統(tǒng)接線及安裝示意圖

4　運行調(diào)試

在運行調(diào)試期間時，大多數(shù)信號都能按照設(shè)計要求進行顯示和報警。運行調(diào)試中發(fā)現(xiàn)一些問題，進行了相應(yīng)改進，完善該信號系統(tǒng)的各項設(shè)計功能。

在液位信號系統(tǒng)的最初接線中，1S3和1S1，1S2接法一致，浮球觸點直接串聯(lián)1HL3和1KA3，在1HL3串聯(lián) 1KA3常閉觸點，正常情況觸點不接通1HL3，1KA3線圈失電后，希望該觸點接通1HL3。當液位下降至低水位時，未輸出報警。通過分析接線發(fā)現(xiàn)，當達到低水位時，1S3觸點常閉變常開狀態(tài)，1KA3線圈和指示燈均斷開，指示燈未接通。通過將低水位指示燈1HL3和1KA3常閉觸點構(gòu)成的指示回路移至電源處，即可實現(xiàn)報警 1HL3的報警指示功能。

在整個信號箱系統(tǒng)中的任何故障信息，都接通電鈴回路，值班人員結(jié)合聲光報警發(fā)現(xiàn)故障設(shè)備。但是在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)具體的故障點，但未排除故障前，電鈴一直接通，造成不必要的警報。通過接入轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1，設(shè)置“投入報警”和“解除報警”檔位，在發(fā)現(xiàn)故障位置后，解除報警，在處理完故障后投入報警。

由于液位信號器在水池內(nèi)外，屬于潮濕型特殊環(huán)境，在檢修時為保證人員安全，可采取的方式有兩種：①在原信號箱液位信號系統(tǒng)的電源側(cè)加裝剩余電流保護器；②該回路采用特低壓供電，加裝 1 臺 220V/12V變壓器。如果采用特低壓供電，該回路容量太低，選用變壓器方式不太適合。本次設(shè)計采用加裝剩余電流保護器方式，剩余電流值不大于30mA，設(shè)備發(fā)生單相接地故障時，能夠切斷電源，保證運行的安全性。

5　結(jié)論

在電爐車間循環(huán)泵站利用信號及報警系統(tǒng)信號箱，使不同類型信號進行了集中采集顯示和報警。本次設(shè)計在某些控制要求簡單的場合，作為PLC控制的替代，利用電氣控制技術(shù)進行了實踐和嘗試，節(jié)省了項目成本，取得了較為滿意的效果。

［1］ 中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計研究院組. 工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊［M］. 3版. 北京︰中國電力出版社，2005.

［2］ 五洲工程設(shè)計研究院組. 工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊［M］. 2版. 北京︰中國電力出版社，1997.

［3］ GB 50052—2009. 供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范［S］.

［4］ 王厚余. 建筑物電氣裝置 600問［M］. 北京︰中國電力出版社，2013.

［5］ 倪遠平. 現(xiàn)代低壓電器及其控制技術(shù)［M］. 重慶︰重慶大學(xué)出版社，2003.

Design on Signal and Alarm System of Circulating Pump Station in Electric Furnace Shop

Dong GuihuaLi XuewenFu Bo
（Kunming Engineering & Research Institute of Nonferrous Metallurgy Co.，Ltd，Kunming650051）

The paper analyzes the realization of fault indicator and alarm system of electrical equipment and process parameters in circulating pump station of electric furnace shop. The corresponding composition，realization of the signal system and the analysis of operate commissioning are listed.

circulating pump station； signal system； fault alarm； operate commissioning

董桂華（1984-），男，重慶豐都人，注冊電氣工程師. 主要研究方向為電氣自動化技術(shù)。