DCS機(jī)柜燒保險絲事件的分析和研究

王松　蔡曉濤　田苗

摘要：大型電廠DCS系統(tǒng)配有數(shù)以百臺的過程控制柜，這些機(jī)柜需要保持長期運(yùn)行。機(jī)柜運(yùn)行中會出現(xiàn)各種故障，但短時間機(jī)柜風(fēng)扇集中燒供電保險絲屬于非正?，F(xiàn)象。為了避免發(fā)生該現(xiàn)象，本文對事件進(jìn)行深入分析和研究，通過實(shí)驗(yàn)的方法分析了濾網(wǎng)清潔程度對風(fēng)機(jī)電流的影響，并對直流無刷風(fēng)機(jī)啟動、運(yùn)行等各種工況進(jìn)行了重點(diǎn)研究。經(jīng)過大量分析找出燒保險絲事件的原因，同時給出了最佳解決辦法和預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：DCS機(jī)柜；風(fēng)機(jī)；保險絲

中圖分類號：TM7 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1009-3044（2018）11-0271-02

機(jī)柜風(fēng)扇在DCS（分散控制系統(tǒng)）過程控制機(jī)柜中起到的作用是十分重要的，雖然它本身并不算關(guān)鍵設(shè)備，但如果沒有了散熱風(fēng)扇的保護(hù)，機(jī)柜內(nèi)重要的電子設(shè)備的安全也就沒有了保障，輕則導(dǎo)致電子設(shè)備工作不正常，重則燒毀設(shè)備，甚至還會引起火災(zāi)，造成重大損失。

DCS機(jī)柜風(fēng)扇會隨機(jī)組運(yùn)行長期保持在工作狀態(tài)，因此對風(fēng)扇的選型，供電電路的設(shè)計(jì)尤為重要。同時也應(yīng)做好風(fēng)扇定期檢查和保養(yǎng)工作。

1 機(jī)柜風(fēng)機(jī)組成及供電原理

DCS系統(tǒng)需要大量的過程控制柜，廠家考慮柜內(nèi)設(shè)備散熱一般會在機(jī)柜上方安有風(fēng)扇，風(fēng)扇將柜內(nèi)熱空氣排出來滿足柜內(nèi)設(shè)備正常工作溫度。風(fēng)扇型號是SIGEA TM9805，額定電壓24VDC，額定功率14.4W，輸入電流0.6A。此風(fēng)扇由外罩、濾網(wǎng)、風(fēng)機(jī)主體組成，其安裝示意圖如圖1所示：

從圖中可以看出，24V+通過1/3號保險絲端子為兩個風(fēng)機(jī)供電，24V-接2/4號刀閘端子。

2 保險絲熔斷原因分析

據(jù)統(tǒng)計(jì)，某項(xiàng)目機(jī)組共有113臺機(jī)柜，在運(yùn)行短短三個月時間里發(fā)生21個機(jī)柜風(fēng)扇停轉(zhuǎn)，其中3個為風(fēng)扇故障，18個為風(fēng)扇配電的保險絲熔斷。所燒的保險絲為1/3號端子中的保險絲（見圖2）。

保險絲使用的型號是littelfuse 217系列的1A保險絲，其熔斷曲線如下圖所示：

從設(shè)計(jì)原理上分析，使用1A保險絲完全滿足風(fēng)扇電機(jī)的正常運(yùn)行。經(jīng)過對10臺機(jī)柜風(fēng)機(jī)電流實(shí)測，形成記錄表格如下：

通過表1可以看出，實(shí)測電流已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過風(fēng)機(jī)的額定電流，同時也超過了保險絲的額定電流，所以會造成燒保險絲現(xiàn)象的發(fā)生。

對10個風(fēng)扇進(jìn)行更換濾網(wǎng)處理，同時對各個工況進(jìn)行電流測試，取平均值后形成記錄表格如下：

通過表2分析，風(fēng)扇達(dá)到最大電流時為出風(fēng)口濾網(wǎng)過臟的情況，1.23A已經(jīng)超出了保險絲的正常工作電流。此時查看保險絲熔斷曲線表可知，電流在1.23A時保險絲不會很快熔斷，但持續(xù)一段時間就會造成熱累積導(dǎo)致保險絲熔斷。符合一般規(guī)定要求的保險絲的電流為額定電流的1.3倍時，應(yīng)在一小時以上熔斷；1.6倍時，應(yīng)在一小時內(nèi)熔斷；兩倍時，應(yīng)在30至40秒后熔斷；8至10倍時，應(yīng)瞬間熔斷。

由此可判斷113臺機(jī)柜中的18臺機(jī)柜風(fēng)扇供電保險絲熔斷是由于風(fēng)扇濾網(wǎng)灰塵過多，堵死出風(fēng)口造成的。

通過對各個工況下風(fēng)機(jī)的實(shí)測數(shù)據(jù)分析，風(fēng)機(jī)即使在全新濾網(wǎng)的狀態(tài)下運(yùn)行其輸入電流也已經(jīng)超過了額定電流，濾網(wǎng)已經(jīng)成為風(fēng)機(jī)的一種負(fù)載。隨著濾網(wǎng)灰塵累積，對風(fēng)機(jī)來說其負(fù)載也在逐漸加大，造成風(fēng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

3 風(fēng)扇電機(jī)分析

風(fēng)機(jī)采用直流無刷電機(jī)，其啟動特性曲線圖如下：

正常情況下電機(jī)的起動過程分為三個階段：

第一階段，起動靜止階段，電機(jī)回路開關(guān)閉合，于是電機(jī)被瞬間加上電壓。由于電機(jī)帶有負(fù)載，在負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩和電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)慣性的作用下，電機(jī)并不會立即旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)子還停留在靜止?fàn)顟B(tài)。這時出現(xiàn)在電機(jī)定子繞組中的電流叫做起動沖擊電流，也就是曲線圖中出現(xiàn)急劇上升的階段。

第二階段，轉(zhuǎn)速上升逐漸達(dá)到額定轉(zhuǎn)速階段，電機(jī)轉(zhuǎn)子開始旋轉(zhuǎn)，電機(jī)電流開始回落。在電機(jī)曲線圖中可以看到起動電流下降并趨向平穩(wěn)。

第三階段，運(yùn)行階段。運(yùn)行階段電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速已經(jīng)到達(dá)額定值，電機(jī)電流也回落到額定值。

電機(jī)堵轉(zhuǎn)和啟動的現(xiàn)象是一樣的，所以有時候也有將啟動電流叫作堵轉(zhuǎn)電流。不同的是堵轉(zhuǎn)就意味著電機(jī)不能轉(zhuǎn)動，需要保護(hù)電路來防止電機(jī)燒毀。一般來說起動和堵轉(zhuǎn)電流約等于額定電流的4～6倍。只有運(yùn)行階段電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到額定值時，電機(jī)電流才是額定電流。

電機(jī)堵轉(zhuǎn)后定子繞組電流最大會超出6倍的額定電流，使得定子快速發(fā)熱，燒毀繞組。項(xiàng)目中的3個風(fēng)扇故障有可能就是長時間電流過大燒毀的。

解決堵轉(zhuǎn)的常規(guī)手段：首先要確定正常工作時的電流究竟是多少，這個要實(shí)際值，不是理論的，其次最好不要讓電機(jī)出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)的情況。那么如何避免堵轉(zhuǎn)，最簡單的辦法是在電路中加入保險絲，保險值為1.5-2倍正常電流值。最有效的方式是在負(fù)載中串入一個采樣電阻，用MCU來采集回路電流，當(dāng)達(dá)到需要保護(hù)的電流值后關(guān)斷電機(jī)。但由于負(fù)載電流是隨時變化的，“加電阻”時電阻的電壓降也是變化的，那么負(fù)載電壓就會不穩(wěn)定，影響電機(jī)的功率輸出。由于負(fù)載電流是比較大的，電阻上的功率消耗也比較大，會造成電能的損失，還會增加發(fā)熱量，很不實(shí)用。因此防止電機(jī)堵轉(zhuǎn)燒毀，最好的辦法是在電路中加入保險絲。

4 應(yīng)對措施和方法

對于濾網(wǎng)灰塵過多導(dǎo)致保險絲熔斷事件我們應(yīng)該采取積極應(yīng)對措施，首先需要保持機(jī)柜房間衛(wèi)生，關(guān)好門窗，盡量減少空氣中的浮沉量；其次要制定定期檢查濾網(wǎng)制度，如發(fā)現(xiàn)濾網(wǎng)灰塵較多需及時清理；最后在《運(yùn)行維護(hù)手冊》中需加入定期清理濾網(wǎng)灰塵的要求，有條件的現(xiàn)場最好定期更換濾網(wǎng)。

5 結(jié)束語

通過對案例的分析，風(fēng)機(jī)供電電路中的保險絲選型很重要，如盲目的增加保險絲容量有可能造成更多風(fēng)機(jī)的燒毀，選擇適當(dāng)?shù)谋ｋU絲才能起到應(yīng)有的保護(hù)作用。而風(fēng)機(jī)濾網(wǎng)的清潔更應(yīng)變?yōu)橹饕P(guān)注因素，維護(hù)人員應(yīng)需采取有效的防護(hù)措施。

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