淺談電機保護器在電控改造中的應用

殷愛蓮

1 改造前的電氣系統(tǒng)

大同煤礦集團公司晉華宮礦原煤車間低壓電力系統(tǒng)由4 個電力室構成，分別為1# 站、2# 站、3# 站、4# 站。其中1# 站為動力配電站，不參與改造，電壓等級660 V。參與本次改造的電力室分別為2# 站、3# 站、4# 站。1# 站動力變壓器型號為SC10-1600/6/0.69 kV，低壓系統(tǒng)為小電流接地系統(tǒng)。

2 現(xiàn)有設備概況及電機拖動方式

晉華宮礦原煤儲運生產(chǎn)線含膠帶輸送機17 部，振動篩2 部，破碎機3 部，風機、水泵、照明變等輔助設備若干。

現(xiàn)有設備電機拖動方式為：斷路器-接觸器-熱繼電器-電機負載。

低壓斷路器多采用自動空氣開關，用來接通和切斷負載電路，也可用來控制不頻繁啟動的電動機，功能相當于閘刀開關、過電流繼電器、失壓繼電器、熱繼電器及漏電保護器等全部功能的總和，是低壓配電網(wǎng)中一種重要的保護電器。

接觸器動作的動力源于交流電通過帶鐵芯線圈產(chǎn)生的磁場[1]，使動鐵芯和靜鐵芯相互吸引控制觸點吸合。為了使磁力穩(wěn)定，鐵芯的吸合面加了短路環(huán)。交流接觸器失電后靠彈簧復位。接觸器屬于通過小電流控制大電流的開關類器件，便于實現(xiàn)遠程操作。

熱繼電器主要用來對電動機進行過載保護，工作原理是過載電流通過熱元件后，使雙金屬片加熱彎曲推動動作機構帶動觸點動作，從而將電動機控制回路斷開實現(xiàn)電動機斷電停車，起到過載保護的作用[2]。鑒于雙金屬片受熱彎曲過程中，熱量的傳遞需要較長時間，因此熱繼電器不能用作短路保護而只能用作過載保護。

以上設備的供配電及控制盤柜已經(jīng)使用20 年以上，設備已老化，存在安全隱患，在每年的設備運行統(tǒng)計中，設備發(fā)生故障的情況較多。為了實現(xiàn)設備安全穩(wěn)定運行，提高生產(chǎn)效率，對2#站、3#站、4# 站的供配電及控制盤柜進行改造。

3 原煤生產(chǎn)線供配電及控制盤柜存在的問題

①盤柜內部回路較多，采用繼電器保護的控制線路接線復雜，發(fā)生故障時檢查線路費時費力。

②設備的保護措施不到位，僅有短路和過載兩種保護，且斷路器和熱繼電器能提供的保護參數(shù)整定誤差較大，不容易達到保護精度。特別是經(jīng)過大電流沖擊之后，由于開關自身受到損傷[3]，其保護值的精度更會大打折扣，經(jīng)常出現(xiàn)誤保護、導致設備停車，或者保護不到位、造成設備損壞。

③老式盤柜笨重且內部空間小，使電力室空間沒得到合理利用。老式斷路器、接觸器等體積龐大，穩(wěn)定性差，即使定期維護保養(yǎng)也無法保證運行的穩(wěn)定。

4 改造方案

4.1 柜體

柜體選用GGD 型交流低壓配電柜，按照現(xiàn)代化工業(yè)產(chǎn)品造型設計的要求，前后均可開門操作維護。每個開關柜均配隔離開關，便于分柜維護及檢修。柜門用轉軸式活動鉸鏈與框架相連、柜門加裝密封條，安裝、拆卸方便，同時提高了整柜的IP 防護等級。

4.2 斷路器

選用SIMENS 原裝進口3VL 系列塑殼斷路器。該系列斷路器有技術先進、節(jié)省空間和易于操作等特點，最高額定電流可達1 600 A，有熱磁式和電子式兩種型號的脫扣器可供選擇，應用于不同的場合[4]。3VL 系列斷路器能夠經(jīng)受多種氣候的考驗，可以安全地使用在有灰塵、腐蝕性煙霧、破壞性氣體等環(huán)境下，對于原煤生產(chǎn)車間的高粉塵行業(yè)非常合適。

4.3 接觸器

3TF 系列交流接觸器為交流50 Hz 或60 Hz，額定絕緣電壓為690 V～1 000 V，在AC-3 使用類別下額定工作電壓為380 V 時的額定工作電流為9 A～400 A，主要供遠距離接通及分斷電路之用，適用于控制交流電動機的啟動、停止及反轉，符合IEC947，VDE0660，GB 14048 等標準。優(yōu)點是安全性能好，導電部件不外露；體積小、重量輕，滅弧罩材料采用不飽和樹脂，耐弧性好，不會碎裂；滅弧室呈封閉型，飛弧距離小，可縮小電氣箱體尺寸；主觸頭系統(tǒng)結構獨特，觸頭磨損小，壽命相當長，維護率低，可靠性高；裝置寬度小，節(jié)約安裝空間，并排安裝無需降容溫度可達60°C；全球認證、測試，具有UL，CSA 認證優(yōu)化設計，安全、可靠。

4.4 電機保護器

選擇國內優(yōu)質品牌斯菲爾智能電機保護器WDH-31 系列產(chǎn)品，具有過流、過熱、漏電、堵轉、過壓、失壓、缺相等保護功能，適用于額定頻率50 Hz、額定電壓690 V 以下的電動機控制，實現(xiàn)實時測量、保護、電動機啟?？刂?，以及遠程通訊功能；顯示界面語言為漢語，操作簡便，很容易實現(xiàn)人機交互，提高了對負載及整個電氣系統(tǒng)的安全性。

4.5 供配電及電機控制設計

2# 站、3# 站、4# 站的電源均來自1# 站，為保證供電安全，每個站采用雙電源進線設計。每個站并柜排列，采用銅母排匯流。根據(jù)設備功能的不同，電機控制主要有以下方案。

4.5.1 電機單向連續(xù)運行

電機拖動方式：斷路器-接觸器-電機保護器-電機（見圖1）。

圖1 電機單向連續(xù)運行改造原理

控制方式：采用切換開關，實現(xiàn)本地/遠方兩地啟動、停止功能。電機啟動之后，由接觸器輔助觸點與啟動按鈕并聯(lián)實現(xiàn)自鎖，確保電動機持續(xù)運轉。電機保護器的一組常閉觸點串聯(lián)在接觸器線圈所在的控制回路中，一旦電機保護器檢測到電機故障，常閉觸點立即斷開，接觸器分斷、實現(xiàn)對電機的保護功能，并將故障狀態(tài)顯示在電機保護器的操作界面上。

4.5.2 電機正反雙向連續(xù)運行

電機拖動方式：斷路器-兩臺接觸器-電機保護器-電機（見圖2）。

圖2 電機正反雙向連續(xù)運行改造原理

控制方式：采用切換開關，實現(xiàn)本地/遠方兩地啟動、停止功能。電機分為正轉和反轉，分別由正轉接觸器和反轉接觸器的輔助觸點與正轉、反轉啟動按鈕并聯(lián)實現(xiàn)自鎖，確保電動機持續(xù)運轉。電機保護器的一組常閉觸點串聯(lián)在接觸器線圈所在的控制回路中，一旦電機保護器檢測到電機故障，常閉觸點立即斷開，接觸器分斷、實現(xiàn)對電機的保護功能，并將故障狀態(tài)顯示在電機保護器的操作界面上。

4.5.3 雙電機單向運行延時啟動

這種延時的控制方法適用于大功率雙電機拖動的設備。先啟動其中一臺電機，延時一段時間再啟動另外一臺，這樣避免了兩臺電機同時啟動對電網(wǎng)造成的沖擊，有效減小變壓器的負荷。

電機拖動方式：斷路器-雙接觸器-雙電機保護器-雙電機（見圖3）。

圖3 雙電機單向運行延時啟動改造原理

控制方式：采用切換開關，實現(xiàn)本地/遠方兩地啟動、停止功能。一臺電機啟動之后，由接觸器輔助觸點與啟動按鈕并聯(lián)實現(xiàn)自鎖，確保電動機持續(xù)運轉。延時一段時間之后，另外一臺自動啟動，兩臺電機保護器的常閉觸點均串聯(lián)在接觸器線圈所在的控制回路中，任意一臺電機保護器檢測到電機故障，常閉觸點立即斷開，控制回路被切斷，接觸器斷開、實現(xiàn)對電機的保護功能，并將故障狀態(tài)顯示在電機保護器的操作界面上。

5 結論

改造后的電控盤投入運行1 年來，運行狀況良好，未發(fā)生事故。由于電機保護器的使用，杜絕了由于電機保護不到位造成的電機損壞，有效保障了整個煤流系統(tǒng)供配電的安全和穩(wěn)定，設備維修率大幅下降，員工的勞動強度得到降低，提高了生產(chǎn)效率。

[1]龍子俊.電機與托動基礎[M].北京：航空工業(yè)出版社，1992.

[2]周德澤.電氣傳動系統(tǒng)的設計[M].北京：機械工業(yè)出版社，1985.

[3]顧繩谷.電機及拖動基礎[M].北京：機械工業(yè)出版社，1980.

[4]陳伯時.電氣傳動控制[M].北京：中央廣播電視大學出版社，1983.