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浅谈智能数字式热继电器在选煤厂集控中的应用
【摘 要】通过对智能数字式热继电器的基本原理及应用的介绍，使广大工程技术人员对该型数字式热继电器有一个比较全面的认识和了解。
【关键词】传感器；智能化；数字式；热继电器；网络通讯
1 引言
在现代大工业生产中，电动机作为所有机械传动的动力源，它的使用效果直接影响到企业的生产，与企业的经济效益有很大的关系。而其工作效率由数字式热继电器来检测，由生产集中控制来调节。
数字式热继电器是近二十年来逐渐发展起来的智能化电子式综合保护装置，随着自动化技术的不断发展，它也经历了电流继电器式、模拟电子式、数字电子式、微处理器式等几个阶段，其功能也有早期的单一过流保护，发展到具有过（欠）电压、过载、缺相、堵转、漏电、接地及三相电流不平衡等多功能保护装置，同时具有设定精度高、动作灵敏可靠等优点，是传统热继电器式的理想替代产品。
2 基本工作原理
数字式热继电器通常由电流（电压）传感器采样电路、信号比较电路、故障分析判断电路、信号输出放大电路、故障动作报警电路及远距离信号传输电路等几部分组成，其基本原理及工作过程如下图所示。
图1 智能化数字式热继电器
传感器将电动机电流（压）信号线性地反映至保护器的采样端口，经整流、滤波、放大后转换成直流电压信号，与设定好参数的电压信号进行比较，经微处理器分析判断，得出故障类型，最后由驱动电路带动继电器动作并发出报警信号，并通过rs485通讯功能向监控微机传输信息。
3 系统功能
3.1 保护功能
（1）短路保护：当电机或线路绝缘遭到损坏、负载短路、接线错误等时将产生短路现象。短路时产生的瞬时故障电流可达额定电流的十几倍到几十倍，使电气设备或配电线路因过流而产生电动力而损坏，甚至引起火灾。一般情况下我们整定时，电机线路电流超过其额定电流10倍以上时保护器进行短路保护，短路保护的时间应越短越好，但不能小于保护器上级断路器的动作时间。
（2）过流保护：不正确的起动和负载转矩过大，也常常引起电机出现很大的过电流。由此引起的过电流，一般比短路电流小，不超过6倍其额定电流，在过流情况下，电机并不是马上损坏，只要在达到最大允许温升之前，电流值能恢复正常，还是允许的。一般情况下我们整定时，当电机线路电流在其额定电流1.5～6倍之间时，保护器进行反时限过流保护，过流保护时间一般为几秒钟。
（3）断相保护：电机在正常运行中，由于电网故障或一相熔断器熔断引起对称三相电源缺少一相，电机将在缺相电源中低速运转或堵转，定子电流很大，是造成电机绝缘及绕组烧损的常见故障之一。断相时，保护器能根据三相电流的差值自动检测出来，并进行断相动作保护。
（4）三相电流不平衡保护：当电网电源的三相电压不相等时，会造成电机三相电流也不相等，这样电机定子中会有一相绕组因长期过流过热而造成损坏。当电机三相电流之间的最大差值超过其额定电流的5%以上时保护器进行不平衡保护。
（5）过载保护：过载也是指电机的运行电流大于其额定电流，但超过额定电流的倍数更小些，通常在1.5倍以内，引起电机过载的原因很多，如负载的突然增加，电网电压降低等。过载动作时间一般很长，可达几十分钟，过载时过载热积累值会自动增加，相反不过载时过载热积累值会自动减少到0。
（6）欠电压保护：电机在有些应用场合下，当电网电压降到额定电压以下，如60%～80%时就要求能自动切除电源而停止工作，这种保护成为欠电压保护。
（7）堵转保护：电机在其正常起动时间内的电流一般为其额定电流的8倍以下，并且随时间增加而逐渐降至其额定电流以下，如果不是这样，则称为电机堵转。堵转保护是一种综合保护，无需用户单独整定。
（8）漏电、接地保护：对于中性点绝缘或小电流接地系统，当零序电抗器检测到的零序电流超过整定值时漏电保护动作。对于中性点接地系统，当零序电抗器检测到的零序电流超过整定值时接地保护动作。
3.2 在线监测功能
当电动机工作时，具有通讯功能的保护器实时地将采集到的信号通过can总线传至后台微机，当故障发生后，通过canbus网络向集中控制室发出各种报警信号。控制人员可在后台微机上，完成所有保护器的各种整定数据的调阅、修改和整定。同时，在线检测电机的运行负载和供电电源的质量，为及早发现过载和接地故障等，创造条件。
3.3 信息网络功能
具备rs-485或profibus dp通讯接口的数字式热继电器可与全厂集中控制组成controlnet或工业以太网。通过网络把电动机的工作电流和电压实时地传到计算机信息网络上。计算机强大的信息管理功能，可有效地记录各台电机的型号、运行方式和历史负荷记录，为保证工艺系统的安全生产，减少事故停车，提供分析数据。
4 选用原则
数字式热继电器按结构形式划分，一般分为一体式和分体式两种：
前者是独立的整体，故适合固定柜安装，如老式开关柜和xmp1柜改造，可将保护器直接固定在安装面板上，通过馈出电缆穿芯即可。后者由于互感器部分与显示部分分为两体，可在一定范围内任意安置，故非常适合于新型的xmp3系列抽屉式开关柜的安装。
在90万吨以上选煤厂工程的设计上，由于装置的自动化控制程度比较高，所以我们提出了对电机保护器的通讯要求，为电气操作及控制人员通过微机在线浏览生产设备的负荷情况，及时调整入洗原煤量，做到预先防治。
5 部分工程应用
下面介绍一下上海硕吉电器有限公司生产的wdb电机保护器在开滦矿务局钱家营选煤厂的工程应用情况。
wdb系列微机监控电机保护器采用单片机、e2prom存储等国际上先进技术，并配有rs485串行接口，可实现计算机通讯、检测、控制等功能，是目前低压电动机保护的理想装置。新产品wdb-s系列微机监控增安型电机保护器，已通过国家防爆中心检测，是国内唯一专用于增安型电机的保护器。
（1）wdb型一体式电机保护器在160kw 鼓风机固定式开关柜中的应用：由于电机电流较大，故通过300/5的ct转换，将二次电流通过保护器穿芯来实现，若保护器动作则故障报警或使接触器跳闸， 同时保护器自保持并显示故障状态，同时通过modbus.rtu口向集控室传输故障信号。
（2）wdb可通讯的分体式保护器在30kw泵抽屉式配电回路中的应用：保护器互感器部分与本体之间通过rs485通讯线相连，本体的rs-485通讯接口通过两芯屏蔽双绞线汇总到电气控制室后台计算机的专用通讯接口卡，实现远程监控，若保护器动作则故障报警或使接触器跳闸，同时保护器自保持并显示故障状态，同时通过rs-485口向集控室传输故障信号，直到检修人员排除故障后，在计算机或电机保护器的面板上按复位按钮后，保护器的状态才可以复位，为下一次开车做好准备。
此外，在工程上推广的智能化电动机保护器还有美国rockwellab公司生产的bulletin825型和美国西屋公司生产的iq500型。bulletin825型智能化电动机控制器是一种可通信、可编程的电子过载保护器，其保护特性包括热过载、断相、堵转、短路故障等。控制功能包括紧急起动、热起动、起动次数限制、双速起动、和星-三角形起动，这种控制器可通过profibus现场总线与pc机通信。iq500电动机智能化多功能保护器通过modbus现场总线与pc机通信。
作者简介：
魏钟康（1968-），男，河南省平顶山市人，工学学士，工程师，1992年毕业于焦作矿业学院工业电气自动化专业，现在平顶山中选自控系统有限公司从事选煤厂控制设计工作。
