综合保护装置

综合保护装置（精选十篇）

综合保护装置 篇1

随着选煤厂自动化水平逐步提高，较之胶带输送机，刮板输送机具有过电流、速断、断相、温度等电气保护功能，但针对刮板机本身的安全保护却很少，无法满足生产实际需求。神华集团哈尔乌素露天矿选煤厂采用四套重介浅槽洗选工艺，末煤不分选，年设计洗选原煤规模为2000万t，由原煤分配入洗、产品脱水脱介、介质净化回收等流程组成。选煤厂产品仓承接配仓任务的两台边双链重型刮板输送机(秦皇岛市强宇机械设备制造有限公司产，型号SGB1400、SGB1600，选煤流程编号705、706)在使用过程中，现场环境恶劣、条件复杂，经常出现刮板机错牙、落辙、断链、卷链等一系列故障。2009年生产系统试产时，配仓刮板输送机发生一次断链、卷链事故，恢复工作时间约72h，严重影响两套浅槽生产系统正常运转。而且检修量大、劳动强度高，设备有不同程度损伤，给设备以后运行带来安全隐患。为此，经过不断探索、试验，研制出了刮板输送机综合监测保护装置(图1)。

二、监测保护装置构成与应用

1. 主要功能

两组保护装置安装在刮板输送机靠近头轮和尾轮处(图2)，刮板输送机正常启动运行后，每根刮板沿刮板运行方向运行一个周期内，都要与受重力自然下垂的摆杆1和摆杆2在同一时间接触，每接触一次电感传感器1～4产生的电信号通过PLC传输到生产集中控制系统进行信号处理，辨别刮板机运行和故障状态。

(1）欠速、断链保护功能。

在刮板输送机重载正常运行情况下，若某入料溜槽处瞬间堆料过大或铁器入内卡死，运行速度低于85%的额定速度，底链出槽、液力耦合器缺油导致的速度变缓，单纯单面断链或双面异位断链，错牙导致的跳链、掉链等机械故障时，通过电感传感器检测刮板机是否发生欠速、断链故障，且能够在1.5s内使刮板输送机停止运行并发出报警信号。

(2）板斜、链松保护功能。

刮板输送机在运转中出现刮板跑斜(超过一个链环长度)，刮板弯曲变形大于35mm，圆链环伸长变形不同步性超过15mm，检修维护不到位造成的两条链松紧不一等情况时，通过同一装置两个电感传感器在同一时间内(750ms)所检测到信号数目是否一致，判断刮板是否出现板斜、链松故障，且能够在1s内使刮板输送机停止运行并发出报警信号。

(3）异步保护功能。

同一台刮板输送机电感传感器1～4在机身纵向产生两组电信号，每组电信号在同一时间内(800ms)检测到刮板数量的脉冲信号是否一致，判断刮板机在机头段与机尾段发生异步故障或刮板缺失，且能够在2s内使刮板输送机停止运行并发出报警信号。

2. 程序介绍

哈尔乌素洗选系统集中控制系统采用罗克韦尔ControlLogix系统，RSLogix5000编程软件、RSLinxl连接软件、RSNetWorx组态软件的技术支持环境，1756-L62控制器模块、1756-DNB通信模块和采集现场信息的I/O模块组成硬件系统，控制刮板输送机运行，实时监测其故障状态。监测保护装置主要功能(1)～(3)的梯形图程序分别见图3、图4、图5。

(1) EN_DH705是刮板输送机的电机在真空交流接触器主触头闭合、液体黏性软启动装置投入运行正常后的常开输入指令。

(2)机头传感器1 DH-A是刮板输送机机头处传感器在刮板机运行正常时瞬间产生的输入指令。

(3) TON是非保持型通延时计时器指令，利用自身状态位(DN)作级条件，令其自动复位，计时器周而复始产生传感器1定时工作脉冲，通过传感器1、2检测到的刮板数目是否一致，判断刮板机是否正常运行和欠速、断链故障状态。

(4) RE-AS是705刮板输送机在该选煤生产工艺系统中，参与联锁集中控制时所在4个系统中的选择位。

程序设计使主控CPU能自动诊断所选系统运行条件、各设备输入状态及保护接点是否满足启车条件，若出现异常情况PLC向上位监控计算机发出相应报警信息。

3. 注意事项

(1)要根据刮板机的具体尺寸制作综合监测保护装置，固定摆杆1、2的两根托辊的中心线要重合，转动灵活无阻力。

(2)制作摆杆1、2的连接压板要统一尺寸，特别与胶带固定的孔距、孔径尺寸也要一致，确保和刮板接触后动作一致性，便于更换胶带。

(3)电感传感器的固定板与检测板的间隙要留有一定调节空间，固定板与转动托辊的焊接位置一致。

(4)装置整体与刮板机的槽体固定时，要使两根托辊中心线与刮板机中心线垂直安装，摆杆1、2垂直下垂后与刮板下边缘的距离保持在90～110mm，确保检测信号可靠发送、传输。

三、使用效果

刮板输送机监测保护装置在哈尔乌素选煤厂产品仓配仓705、707刮板机输送机安装使用后，多次避免了因刮板拉紧装置张紧不一、连环伸长导致板斜，飘链、断链等事故发生。刮板输送机监测保护装置维护简单，提高了选煤厂集中控制的自动化程度，增加了企业效益。

参考文献

[1]程开, 杜秀峰.刮板输送机断链保护装置的研究与应用.选煤技术, 2008, (6)

综合保护装置 篇2

一、带式输送机综合保护安装标准

（一）防滑保护

1、防滑保护的作用

防滑保护装置的作用是当驱动滚筒与输送带打滑摩擦时，使带式输送机自动停机。我矿使用的防滑保护主要是速度传感器配合磁钢完成的。

2、防滑保护的安装位置

⑴速度传感器式防滑保护装置：将磁铁安装在改向滚筒的侧面，速度传感器安装在与磁铁相对应的皮带架上，速度传感器探头的中心应对准磁钢的中心，两者皆要用螺丝固定牢固，间距5-10mm，动作灵敏可靠为止。

⑵滚轮式防滑保护装置：应将速度传感器安装在下胶带上表面，并使胶带与滚轮保持足够的驱动摩擦力，要求固定牢固，偏离皮带中心线不超过±100mm。

3、防滑保护的试验方法

⑴传感器式防滑保护装置试验方法是使传感器远离磁钢，胶带输送机延时5秒钟应能自动停机。

⑵滚轮式防滑保护装置试验方法是将滚轮提起使其脱离皮带表面，胶带输送机延时5秒钟应能自动停机。

4、防滑保护的试验周期

防滑保护应每天在检修期间试验一次，并填写试验记录。

（二）堆煤保护

1、堆煤保护的作用

堆煤保护装置的作用是当皮带输送机机头发生堆煤时，使带式输送机自动停机。

2、堆煤保护的安装位置

（1）两部带式输送机转载搭接时，堆煤保护传感器在卸载滚筒前方吊挂，传感器触头水平位置应在落煤点的正上方，距下部胶带上带面最高点距离不大于500mm，且吊挂高度不高于卸载滚筒下沿，安装时要考虑到洒水装置状况，防止堆煤保护误动作。

（2）胶带与煤仓直接搭接时，分别在煤仓满仓位置及溜煤槽落煤点上方500mm处各安装一个堆煤保护传感器，两处堆煤保护传感器都必须灵敏可靠。

（3）堆煤保护控制线应自巷道顶板垂直引下，传感器触头垂直吊挂，并可靠固定，严禁随风流摆动，以免引起保护误动作。

（4）带式输送机机头安装有除铁器或其它设施，影响堆煤保护传感器安装时，应加工专用托架安装，确保传感器固定牢固。

3、堆煤保护的试验方法

胶带输送机正常运行时，人为的推动堆煤保护传感器触头，使保护动作，胶带输送机延时1～3秒钟应能自动停机。

4、堆煤保护试验周期

应每天在检修期间试验一次，并填写试验记录。

（四）防跑偏保护

1、防跑偏保护装置的作用

防跑偏保护装置的作用是在输送带发生跑偏时，能使输送机延时自动停机。

2、防跑偏保护装置的安装位置

⑴在带式输送机机头、机尾各安装一组跑偏保护传感器，当胶带运输机的胶带发生跑偏时，胶带推动滚动导杆，当跑偏传感器的导杆偏离中心线15°±5°时，跑偏开关动作，保护器主机开始报警，但不造成停机；保护器主机经过延时5～15秒后，如胶带仍处于跑偏状态，保护器主机将自动切断电源，实现停车。

⑵ 防跑偏装置应垂直安装在皮带机头架两侧槽钢上，离机头卸载滚筒约5米处。安装要牢固，以不妨碍传感器的导杆动作为宜。

3、防跑偏保护装置的试验方法

跑偏保护试验方法是在带式输送机正常运行时，人为的推动跑偏传感器的滚动导杆，使限位开关动作，延时5～15秒后能自动停机为正常。

4、防跑偏保护装置的试验周期

防跑偏保护传感器应每天在检修期间试验一次，并填写试验记录。

（五）温度保护

1、温度保护的作用

温度保护的作用是当输送带在驱动滚筒上打滑，使输送带与驱动滚筒产生摩擦，当驱动滚筒处轴承温度升高到60℃时，保护器动作使皮带机停车。

2、温度保护装置的安装位置

热电偶感应式超温洒水保护传感器应固定在主传动滚筒瓦座（轴承座）上；采用红外线传感器时，传感器发射孔应正对主传动滚筒轴承端盖（瓦座）处进行检测，传感器与主传动滚筒距离为300～500mm。

3、温度保护装置的试验方法及周期

温度保护传感器应每天检查并模拟试验一次，每月更换一次，换下的传感器要在地面试验台用热水做模拟现场试验，动作不灵敏的要及时修复，以作备用。认真填写试验记录。

（六）烟雾保护

1、烟雾保护的作用

烟雾保护装置的作用是当带式输送机的皮带因摩擦等原因引起的火灾及周围有烟雾生成，并达到一定浓度时，保护器自动发出声光报警，并自动切断皮带机电源，实现烟雾保护。

2、烟雾保护传感器的安装位置

烟雾保护传感器应安装在皮带机头下风侧5m～15m处的上皮带正上方，距离顶板不大于300mm。

3、烟雾保护装置的试验方法及周期

烟雾保护应每天检查并模拟试验一次，换下的传感器要在地面试验台用烟雾做模拟现场试验，动作不灵敏的要及时修复，以作备用。认真填写试验记录。

（七）超温自动洒水装置

1、超温自动洒水装置的作用

自动洒水装置的作用是当输送带在驱动滚筒上打滑，使输送带与驱动滚筒摩擦，温度升高到60℃时，温度保护动作，断开皮带机电源，实现自动停机。同时指令电磁阀打开，实现对驱动胶带和驱动滚筒同时洒水灭火降温。

2、超温自动洒水装置的安装位置

自动洒水电磁阀应固定在输送机驱动滚筒一侧皮带架上，喷头位于主驱动滚筒上方，保证安装牢固，洒水时能起到对驱动胶带和驱动滚筒同时灭火降温的效果。电磁阀两侧管路必须安装到位。

3、超温自动洒水装置的试验方法

超温自动洒水装置的电磁阀每月更换一次，换下的电磁阀要在地面试验台通电做模拟现场试验，动作不灵敏的要及时修复，以作备用。并认真填写检测试验记录。

（八）急停拉线开关

1、急停拉线开关的作用

急停拉线开关的作用是当运行中的胶带输送机在某种特殊的情况下，工作人员能够就地进行对胶带输送机进行操作，使运行的胶带输送机能够立即停止运行。

2、急停拉线开关的安装位置

急停拉线开关安装在胶带输送机架的行人侧，以便于操作和观察，从胶带输送机头到胶带输送机尾每隔50米安装一台，所有的拉线开关要用钢丝绳进行连接，拉绳要松紧适度，垂度一致。

3、急停拉线开关的试验方法

急停拉线开关的试验方法是在胶带输送机正常运行时，人为拉紧钢丝绳后，胶带输送机能够停止运行，并且闭锁胶带输送机开关为正常。

4、急停拉线开关的试验周期

急停拉线开关应每天在检修期间试验一次，并填写试验记录。

（九）防撕裂保护

1、防撕裂保护的作用

当皮带撕裂时，有物料（煤）落入传感器，阻挡了光电开关的红外线传输，撕裂保护装置动作，皮带机断电停车。

2、防撕裂保护装置的安装位置

撕裂传感器安装在皮带机头后部皮带架上，位于上下皮带之间，保持与皮带平行，与上胶带间距为100mm，固定要牢固。

3、防撕裂保护的试验方法

撕裂保护的试验方法是在胶带输送机正常运行时，人为用障碍物挡住光电开关红外线输出端或接受端，胶带输送机能够停止运行为正常。

4、防撕裂保护的试验周期

浅论煤矿掘进机专用综合保护装置 篇3

【关键词】煤矿；掘进机；综合保护装置

我国是煤炭大国，煤炭产量居全球之首。在数十年的大力发展科学新技术的号召之下，我国的煤炭机械行业获得了长远的又快又好发展，科学完整的煤炭开采的机械装备的制造体系也初步完成，整个开采施工专业化程度得到了明显的提升。但是由于煤矿所在的环境限制，使得掘进机在开采过程中存在很多的安全隐患。在煤矿掘进机作业时对各个安全隐患进行检测、预防是极为重要的，煤矿掘进机的专用综合保护装置主要工作就是对电机进行保护，对安全隐患进行排查，一旦出现危险事故能够及时做出预警和做出相应的应急措施。

1、煤矿掘进机专用综合保护装置的主要保护形式

掘进机的电动机是煤矿掘进机中的专用综合保护装置的主要保护对象。大多数的煤矿掘进机的电动机都是选择矿井专用的隔爆型三相异步电动机，该三相异步电动机和液压传动系统相互配合操作，能够非常流畅地完成掘进机在煤矿中采煤时所需要的各种生产作业。其作用等同于人类的心脏的三相异步电动机在掘进过程中的实际运转情况和掘进机的工作性能有着极为密切的联系，所以，综合保护装置会针对电动机而给予非常特别的保护。在确保电动机正常运转的同时，综合保护装置还有很多根据掘进机实际工作情况而制定的重要保护形式。

1.1粘连保护装置：煤矿掘进机专用的综合保护装置可以在掘进机开机启动之前和关机之后对真空接触器主触点进行检测，以此来保证在停机时机内一定无电流。

1.2漏电闭锁装置：在煤矿掘进机的电气系统中，如果保护装置中的漏电闭锁装置检测到主电路单相发生对地绝缘现象，保护措施就会立刻启动，使得整个电气系统中的电阻值都低于规定值，确保电机无法启动，而不会造成生命财产安全损失，同时也确保了掘进机的安全。

1.3漏电保护装置：当AC220V、AC24V、AC120V这三条低压线路被检测到其相对于地面的绝缘能力均低于正常运行所规定的最小值的时候，漏电保护装置就会执行保护措施，显示漏电信号。

1.4电动机温度保护装置：一旦出现油泵或者截割电动机的绕组所安装的温度冷却系统出现故障或者是由于周围的环境温度过高使得电动机绕组周围的温度持续上升直到155℃从而触发了电动机绕组中的温度继电器发出报警信号从而调动终端的计算机中存储的程序来使油泵或者截割电机停止运行。直到电动机冷却，系统自动启动程序。

1.5门闭锁保护装置：确保只有在门被关严实的情况下才可以进行电能输送，使得电动机开机从而正常运行，进而有效避免了有些工人由于过于粗心或者其他原因在井下违规作业。

1.6联锁保护装置：由于有了连锁保护装置，整个煤矿掘进机的各个系统的电动机启动均有严格的流程。为了确保整个保护装置的保护系统正常运行，只有在油泵的电动机启动之后，才能够将其他电机启动。

1.7瓦斯闭锁保护装置：当使用检测仪检测到矿井中的瓦斯含量达到1%时，根据系统内设置的应用程序进行调动从而发出报警信号；如果在报警之后，仍然没有采取任何措施，从而使得瓦斯含量超过1.5%时，系统程序就会自动切换至将前级电源切断的命令。

1.8对称故障保护装置：对称故障主要有对称过载、对称稳态短路、堵转等，一旦发生对称故障，电动机中的电流就会急剧增加，从而使得电机的负荷加大直到电动机的绕组发热甚至烧毁。故而在发生对称故障时，必须要及时采取相应措施确保电动机的绕组不被烧坏。

1.9不对称故障保护装置：断相、不平衡运行、匝间短路、相短路、接地短路等被称为电动机的不对称故障。不对称故障导致的电流急剧增大增使得电机发热，以及产生的负序效应也会对电动机的使用带来极为严重的安全隐患。故采用不对称故障保护装置对于电机的安全使用时极大的保障。

2、掘进机专用综合保护装置的硬件设计

煤矿掘进机专业综合保护装置的硬件设计要求在确保运行可靠的情况下尽量简单。在实际设计中使用模块化的设计思想，将整个设计的程序分为不同的模块来进行编写，将极为重要的控制程序读写到C8051F020单片机中，使用独立模块将外围电路和控制核心连接起来，使其实现各自所对应的功能。并选用8051来分担CPU的负担，该单片机进行负责执行整个键盘的扫描程序、人和电脑进行对话的对话框的程序、LCD显示及和负责核心控制的C8051F020单片机进行通信等对执行程序没有较高的实时性的部分程序。例如，电动机的三相线电流、电压分别使用电流互感器和电压互感器来进行实时监控；对于内部的真空接触器，必须要严防其漏电，一旦漏电，后果不堪设想，在实际的施工作业中，通常采用粘着漏电检测电路来进行实时监控。在整个漏电检测电路中，不止有粘着漏电检测电路，还有低压漏电检测电路，它通常是用于检测电铃和照明灯等用电器的漏电情况。使用燃气表和功率传感器对煤矿内的甲烷气体浓度进行检测等等，在实际生产作业中，一旦发生故障，C8051F020单片机就会立即发出相应的报警信号，并跳转至计算机中所设置的相应中断程序，来保障生产安全；如果没有发生任何故障，就说明挖掘机处于安全作业状态之下，则将此时的信号进行采集、显示和存储，以便于研究分析。

3、煤矿掘进机专用综合保护装置的软件设计

煤矿掘进机专用综合保护装置的软件设计包括保护软件设计和人机接口软件设计两大组成部分。保护软件使用C51语言写在C8051F020的芯片上，人机接口软件则使用A51语言选用8051单片机。将各个程序分模块的输入到响应的芯片中，使其执行其相对应的功能。例如：中断程序会自动完成对电压、电流信号的采集，并通过电流和电压的采样值计算温升与电阻值，获得电动机的温度检测和绝缘检测情况。最后，再计算通过各种保护程序采集的各通道的数据，进行故障判断；如果发生故障，则响应中断，执行单片机中所设置的保护程序，如果没有发生故障，则就不会产生中断响应，程序正常运行。

4、小结

由于在煤矿的掘进机中，其电气系统复杂，且受到极为复杂的电磁环境干扰，是整个掘进机中最易产生故障的系统。故而，煤矿掘进机专用综合保护装置最终主要是保护煤矿掘进机的电气系统。为了保证装置能在在煤矿中作业时能够运行可靠，在对该系统进行设计时，首要考虑的就是掘进机的电气系统的具体情况，并将其和工程实际相结合，使其功能更加完善。故在进行保护装置的硬件和软件设计中，必须对各项因素进行综合考虑，让掘进机专用综合保护装置受到周围环境的干扰影响达到最小状态。

参考文献

[1]高俊岭，欧阳名三，朱成杰.新型掘进机电气控制系统设计[J]，煤炭科学技术，2011（10）.

[2]王俊红，王金花，S100掘进机电控系统存在问题分析及改进对策[J].矿业快报，2006（10）.

综合保护装置 篇4

为了确保空气压缩机能稳定、高效的工作, 笔者从空气压缩机安全保护功能入手, 提出了包括有毒有害气体超标、在线振动监测全新理念在内的空压机综合保护功能, 并对其实现原理进行论述。

1空气压缩机运转故障原因及危害

(1) 空气压缩机特别是井下用空气压缩机较难维护, 保养不及时、没有定期更换润滑油、润滑油使用杂乱、长时间超负荷运行以及各级排气温度较高等均是导致空气压缩机着火的主要原因。而井下空气灰尘大, 空气压缩机积炭严重又是空气压缩机着火后引起爆炸的主要原因。

(2) 在空气压缩机运转时, 原用油经多次沉积成为高度氧化物, 越积越稠, 最后形成半固体残留物。这类残留物与新油混在一起工作, 导致空气压缩机分解碳氢化合物, 进而引起爆炸或产生有毒有害气体。另外, 操作不当也易造成空气压缩机排出有毒有害气体, 导致事故发生。

(3) 空气压缩机振动过大也是其主要危害之一。空气压缩机由于吸排气过程具有间歇性, 管道内气流的压力和速度呈脉动性和周期性变化。这种脉动气流经过管道的弯管、阀门或异径管时, 会产生激振力, 引起管路振动, 脉动压力的不均匀程度越大, 振动也越大;泵送压力越高、管道直径越大, 激振力也越大;脉动气流引起管路振动的频率, 若与管道构造系统的固有频率相同或相近, 会引起管道机械共振, 即便激振力不大, 管道振动也会特别激烈。管道振动的结果是使管与管之间或管与风包、阀门、冷却器之间的连续部位经受重复的振动应力, 使管路系统受到附加疲倦载荷, 呈现松动、开裂, 轻则产生泄漏, 重则引起爆炸, 酿成事故。

2综合保护装置检测内容

空气压缩机综合保护装置检测内容包括:①采样检测润滑油闪点及燃点;②现场检查空气滤清器污染程度;③活塞式空气压缩机要求安装超温保护, 并对超温保护探头进行检验;④在空气压缩机正常运行时, 用采样点温度计或红外测温仪以及水银测温仪对空气压缩机各级排气温度、润滑油温度、冷却水温度、风包温度、排气管路温度进行测量, 严格控制各部位温度及温升;⑤采样空气压缩机排出的CO、CO2、O2等气体含量;⑥空气压缩机各部件及管道的振动情况。

3综合保护装置功能设计

通过以上分析可知, 空气压缩机综合安全保护装置应实现以下功能。

(1) 超温度报警。

超温报警功能模块包括一级排气温度、二级排气温度、电机温度、风包温度超温报警。当测定的温度超过设定值时, 超温指示灯闪烁, 声光报警, 继电器控制主机停机。将“温度设置”开关打到设定位置, 可进行上限设置。装置掉电后, 自动恢复出厂设定温度[1]。

(2) 超风压保护功能。

超压保护模块检测排气压力, 当压力超过设定值时, “超压”指示灯闪烁, 声光报警, 继电器控制主机停机。

(3) 断油保护功能。

断油保护模块通过对断油时间进行计算, 当空气压缩机持续20 s无油压时, “油欠压”指示灯闪烁, 声光报警, 继电器控制主机停机[2]。

(4) 超油压保护功能。

当润滑油压超过设定值时, “油超压”指示灯闪烁, 声光报警, 继电器控制主机停机。

(5) 断水保护功能。

装置共设3路断水信号, 当有开机信号5 s后, 其中任何一路断水, “断水”指示灯闪烁, 声光报警, 继电器控制主机停机[3]。

(6) 有毒有害气体检测功能。

气体检测系统可检测CO、CO2、O2等气体的含量, 该系统分为信号采集和信号处理2部分。①由传感器和信号变送电路组装在一个壳体内 (俗称探头) , 安装在风包或排气管道。②包括数据处理、二次显示、报警控制和电源部分, 安装在主机中。这两部分共同完成气体检测和处理的全过程。

CO、CO2检测采用金属氧化物半导体式传感器 (由于金属氧化物半导体式传感器反应十分灵敏, 目前广泛使用于测量气体的微漏现象) , 该传感器利用被测气体的吸附作用, 改变半导体的电导率, 通过电流变化的比较, 激发电路报警。O2检测采用隔膜迦伐尼电池式氧气传感器结构:在塑料容器的一面装有对氧气透过性良好的、厚10～30 μm的聚四氟乙烯透气膜, 在其容器内侧紧粘有贵金属阴电极, 在容器的另一侧内或容器的空余部分形成阳极。O2在通过电解质时在阴阳极发生氧化还原反应, 使阳极金属离子化, 释放出电子, 电流的大小与氧气的多少成正比, 从而检测出O2含量。油气检测采用红外式传感器, 该传感器利用各种元素对某个特定波长的吸收原理, 具有抗中毒性好、反应灵敏、对大多数碳氢化合物均有反应的特点。

(7) 振动超标监测功能。

振动超标监测系统由震动传感器、适调放大器、触发器、电源4部分组成, 先收集振动的机械量, 通过系统处理将机械量转化为电量后进行识别。该模块会对系统接收的电量进行判断, 当电量超过一定范围时, 振动监测器就会发出警报。速度传感器具有较高的速度灵敏度 (10～100 mV/ (mm·s) ) 和较低的输出阻抗 (1～4 kΩ) , 能输出较强的信号功率, 频率范围一般在0.008～1.000 kHz, 实现空气压缩机的轴承、机壳、基础等非转动部件的稳态振动监测。

一般说来, 振幅是表示机组振动严重程度的指标, 通常用位移、速度或加速度表示。常用惯性式速度传感器测量轴承的振幅。振幅一般用微米 (μm) 峰—峰值或密耳 (mil) 表示 (1 mil=25.4 μm) , 也可以用峰值或平均值表示;在现场也有以丝为单位的 (1丝=10 μm) 。振幅可以用来回答 “机器运行是否平稳”这类问题。机壳的振动幅度是可以得到的、标志振动强度不可缺少的参量。对于电机、空气压缩机轴的振动, 可较多地传到轴承壳上, 因而可用速度传感器去测量, 但应特别注意传感器安装方法, 使转子振动有足够大小传递到传感器上。对轴承部位振动监测如图1所示。

4综合保护装置系统构成

空气压缩机综合安全保护装置由信号采集装置、A/D转换模块、中央处理模块以及输出报警显示等部分组成。其系统组成如图2所示。

信号采集模块分为有毒有害气体采集 (CO、CO2、O2等) 、温度检测 (一级排气温度、二级排气温度、电机温度、风包温度) 、断水检测、断油检测、超压检测和振动超标监测等。各检测模块将采集到的数据通过A/D转换器传输到中央处理器中, 中央处理器通过对数据进行分析与运算, 输出显示到指定的面板上, 并且针对超标信号进行报警。同时, 空气压缩机操作人员也可以通过操作面板和上位机对中央处理器进行访问与设置[4,5]。

5结语

(1) 空气压缩机综合安全保护装置通过对有毒有害气体、温度、断水、断油、超压进行检测, 能够确保空气压缩机稳定和高效运转, 防止非煤矿山火灾、爆炸等事故的发生。

(2) 空气压缩机综合安全保护装置能多点同时采集数据, 经中央数据处理器自动运算, 结果直接通过面板显示并报警, 反应敏捷而准确, 提高了应急反应速度。

摘要：分析了金属非金属矿山空气压缩机在实际运行中发生火灾、产生有毒有害气体、爆炸等危害的原因, 结合空气压缩机综合保护方案检测的内容, 对其自动保护控制系统进行探讨, 提出一种集超温、超压、断油、断水、有毒有害气体超标、振动超标于一体的全新控制系统概念, 并对该系统的组成部分和工作原理进行了分析, 为空气压缩机保护功能及控制系统的改进提供新的思路与途径。

关键词：空气压缩机,综合保护,控制系统

参考文献

[1]国家安全生产监督管理总局.AQ1013—2005煤矿在用空气压缩机安全检测检验规范[S].北京:煤炭工业出版社, 2005.

[2]孙西斌.空气压缩机断水和超温综合保护装置[J].煤矿机电, 1999 (5) :36-37.

[3]焦贵利.空气压缩机断水保护装置的研制及应用[J].现代制造技术与装备, 2007 (2) :18.

[4]张建生, 叶佳卓.空气压缩机综合保护及控制系统研制[J].煤矿机械, 2003 (9) :37-39.

微机继电保护装置的发展趋势 篇5

摘要：介绍微机继电保护发展历史与发展趋势，数字信号处理器DSP应用于微机继电保护，促使变电站综合自动化水平的进一步提高。

1.微机继电保护发展历史与现状

电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求,电子技术、计算机技术与通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断注入了新的活力,因此继电保护技术的发展得天独厚。在我国,微机继电保护的发展大体上经历了三个阶段。第一阶段以单CPU的硬件结构为主,硬件及软件的设计符合我国高压线路保护装置的“四统一”的设计标准;第二阶段为以多个单片机并行工作的硬件结构为主, CPU之间以通讯交换信息，总线不引出插件,利用多CPU的特点做到了后备容错，风险分散，强化了自检和互检功能,使硬件故障可定位到插件。对保护的跳闸出口回路具有完善的抗干扰措施及防止拒动和误动的措施。第三阶段以高性能的16位单片机构成的硬件结构为主,具有总线不出芯片,电路简单及较先进的网络通信结构,抗干扰能力进一步加强,完善了通信功能,为变电站综合自动化系统的实现提供了强有力的环境,使得我**机保护的硬件结构进一步提高。第一代微机保护装置:1984年华北电力学院研制的MDP-1，特点是:采用单CPU结构及多路转换的ADC模数变换模式。第二代微机保护装置，它是由华北电力学院北京研究生部首先研制的。第一套“11”型微机保护装置于1990年5月投入了试运行。特点是:采用多单片机并行工作，总线不引出插件，数模变换采用VFC方式。第三代产品是CS系列，特点是:采用不扩展的单片机，总线不引出芯片及较先进的网络通信结构技术。

2.微机继电保护装置发展趋势

继电保护技术的发展趋势是向计算机化，网络化，智能化,保护、控制、测量和数据通信一体化发展。2.1计算机化。

随着计算机硬件的迅猛发展,微机保护硬件也在不断进步。现在以32位数字信号处理器(DSP)为基础的保护、控制、测量一体化微机装置已经研制成功并投入使用。采用32位微机芯片不仅仅在精度上有很大的提高,更重要的是32位微机芯片具有很高的集成度,很高的工作频率和计算速度,很大的寻址空间,丰富的指令系统和较多的输入输出接口。信息和数据的长期存放空间,快速的数据处理能力,强大的通信功能,与其它保护、控制装置和调度联网以共享全系统数据、信息和网络资源的能力, 这就要求微机保护装置具有相当于一台PC机的功能。现在,同微机保护装置大小相似的工控机在功能、速度、存储容量和可靠性等方面已得到了巨大的发展, 成本大大降低,因此用成套工控机来做继电保护硬件装置的时机己经成熟,这将是微机保护未来的发展方向之一。

2.2网络化。

计算机网络作为信息和数据通信工具己成为信息时代的技术支柱,它深刻影响着各个工业领域,也为各个工业领域提供了强有力的通信手段。传统的继电保护专业性很强,并以“事先整定,实时动作,定期检验”为其特征,很少触及到装置或系统的经常自检,远方监控,信息共享,动态修改定值等问题。国外早就提出过系统保护的概念,这在当时主要是指安全自动装置, 但是对于继电保护同样适用。继电保护的作用应不只限于切除故障元件和限制事故影响范围(这当然是其主要任务),还要保证全系统的安全稳定运行。这就要求每个保护单元都能共享全系统的正常运行和故障时的信息,并在此基础上进行大量的计算和分析,作出正确的判断使全系统协调动作。对于一般的非系统保护, 实现保护装置的网络化也有很大的好处,继电保护装置能够得到与系统有关的信息越多,对故障性质,故障位置和故障距离的判断就越准确,动作的灵敏性、选择性和可靠性就越高。由此可知,微机保护装置的网络化可大大提高继电保护的性能,这是微机保护发展的必然趋势。2.3保护、控制、测量、数据通信一体化。

80年代末90年代初,数字信号处理(单片机)技术的应用,导致变送器RTU 的问世,现在随着继电保护的计算机化和网络化,保护装置实际上就是一台高性能、多功能的计算机,它可以通过网络获取系统正常运行和故障时的所有信息和数据,也可以在它获得的被保护元件的信息和数据的基础上进行计算和判断, 并将结果通过网络上传给控制中心或任一终端,因此,每个微机保护装置不但可以完成传统的继电保护功能,而且在系统正常运行情况下还可完成测量、控制、数据通信等功能,亦即实现了装置的保护、控制、测量、数据通信的一体化。2.4智能化。

近年来,人工智能如神经网络、遗传算法、进化规划、模糊逻辑等在电力系统各个领域都得到了应用,在继电保护领域应用的研究也已经开始。这些算法都有其独特的求解复杂问题的能力,如果将这些人工智能的方法适当的结合起来可使求解的速度更快。可以预见,人工智能技术在继电保护领域必将会得到越来越广泛的应用,以解决用常规方法难以解决的问题。电力工业的发展和继电保护相关科学技术的进步都给微机继电保护装置的研制提出了前所未有的机遇与挑战。微机继电保护装置结构上不断优化,功能上不断增强,应用上更为灵活,继电保护装置的功能有了较大的延拓。世界上知名自动化系统供应商不断推陈出新,研发了许多优秀的微机继电保护装置平台。随着单片机技术的发展，特别是数字信号处理器DSP技术的出现，使得继电保护硬件平台更加先进。数字信号处理器DSP与目前通用的CPU不同，是一种为了达到快速数学运算而具有特殊结构的微处理器。DSP的突出特点是:运算能力强、精度高、总线速度快、吞吐量大，尤其是采用专用硬件实现定点和浮点加乘（矩阵）运算，速度非常快。将数字信号处理器DSP应用于微机继电保护，极大地缩短了数字滤波、滤序和傅里叶变换算法的计算时间，不但可以完成数据采集、信号处理的功能，还可以完成以往主要由CPU完成的运算功能，甚至完成独立的继电保护功能。鉴于此，国内外已研制出以数字信号处理器DSP为硬件平台的新型微机继电保护装置，促使变电站综合自动化水平的进一步提高。

参考文献

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综合保护装置 篇6

【摘要】保护装置、安全自动装置面板显示异常的情况是比较常见的，浅析装置面板插件损坏的原因、部分及处理意见，有助于遇到类似问题时进行判断分析，减少保护装置、安全自动装置退出时间。

【关键词】装置面板；异常浅析

引言

近期，出现多起保护装置、安全自动装置面板显示异常的情况，装置面板显示异常，是常见的装置故障，不利于装置运行，但并不是所有装置面板显示异常都是相同的现象、影响、原因。下面根据以下4起装置面板插件显示异常情况，浅析装置面板插件损坏的原因、部分及处理意见。

1、案例分析

①2013年3月5日，110kV QY站1号主变35kV侧后备保护PST-1261装置液晶屏信号"MMI driver V5.0 2000.08"，面板按键不能进行操作，"运行"灯灭，其他告警灯不亮，檢查后台监控机无任何告警信息。生产厂家：国电南京自动化股份有限公司，2010年12月投运。判断为装置面板插件损坏，其他保护功能正常。在保护人员对设备检查处理期间，未更换面板插件时，对装置进行保护功能逻辑检查、功能测试，发现保护功能正常，后台监控机软报文正确，只是不能从装置指示灯、液晶面板上显示故障信号灯及故障信息；更换新的面板插件并设置好通讯参数等装置恢复正常，装置采样、功能校验合格，后台通讯正常。

②2013年6月13日12：30左右，220kV TC站1号主变第一套变压器保护RCS-978E装置面板显示异常，装置面板显示“面板无有效程序运行，请求下载面板程序…”，装置运行指示灯长亮，告警灯、跳闸灯不亮，监控后台无对应硬接点、软报文信号。该套RCS-978装置为南京南瑞继保工程技术有限公司产品，2005年6月投产。因一次设备未能停电，保护人员采用退出该套保护更换面板插件的方式，更换新的面板插件并设置好通讯参数等装置恢复正常。

③2013年6月27日，220kV JM站1号主变第一套变压器保护装置PST-1200频繁初始化，平均3分钟初始化1次。生产厂家：国电南京自动化股份有限公司，2006年9月投运。因一次设备未能停电，保护人员采用退出该套保护更换面板插件的方式，更换新的面板插件并设置好通讯参数等装置恢复正常。

④2013年6月24日09：00左右，110kV TD站110kV备自投装置WBT-851面板显示时花时黑，花屏时尚能使用人家对话按钮查看装置采样、定值、装置自检信息、动作报告，装置运行指示灯长亮，告警灯、跳闸灯不亮，监控后台无对应硬接点、软报文信号。该套WBT-851装置为许继电气股份有限公司产品，2008年9月投产。在保护人员对设备检查处理期间，未更换面板插件时，对装置进行保护功能逻辑检查、功能测试，发现备自投功能正常，后台监控机软报文正确，更换新的面板插件后并未恢复正常，不更换面板插件、仅更换装置电源插件后所有功能均恢复正常。

2、问题分析

以上4个装置面板显示异常的情况各有不同，综合分析缺陷现象，经联系厂家技术人员，根据大部分装置运行灯亮、面板插件不能显示正常界面、后台监控机无告警报文的现象，判断故障原因非装置CPU板引起，而是由于装置面板插件（人机对话插件）损坏引起，故需要更换装置故障面板插件进行消缺。

假设为通讯插件故障，应有装置通讯中断报文；假设为装置CPU插件故障，应有装置闭锁信号，可能还有“程序出错”、“定值出错”、“RAM错误”等软报文信号。所以，可以较明显的区分面板插件故障与通讯插件故障、CPU插件故障。

按照装置硬件结构，根据面板插件、通讯插件的作用，将面板插件、通讯插件各功能归纳如下：

从该联系图中，可以看出装置面板插件具有abcde功能，对应功能损坏后对装置的产生不同的影响：功能a，与装置通讯插件进行通讯，与装置交换信息，若该部分损坏，则装置不能正常显示装置信息；功能b，通过液晶面板，显示装置采样、开入量、定值、版本号、跳闸报告、告警信息等，若该部分损坏，则装置不能在液晶屏正常显示装置信息；功能c，通过“运行”、“告警”等指示灯，显示装置当前运行情况，若该部分损坏，则装置可能出现指示灯全亮或全灭的情况，此种情况也不能正常显示装置运行情况；功能d，通过按键，查看装置采样、开入量、定值、版本号等，并通过按键进行定值整定，若该部分损坏，则装置不能进行人机对话；功能e，接收电源插件提供的液晶面板电源、人机对话按钮电源，大部分厂家的液晶面板电源、人机对话按钮电源是分别供给的，若该部分损坏，则装置面板插件功能中的液晶面板显示或人机对话按钮功能异常。

结合所列出的4个案例，判断TC站的RCS-978装置，为功能b缺失，功能a、功能c正常，由于功能b缺失也导致功能d缺失；判断JM站的PST-1200装置、QY站的PST-1261装置，为功能a异常，造成功能b、功能c、功能d异常；判断TD站的WBT-851装置，为功能e缺失，功能a、功能c正常，由于功能e缺失也导致功能b、功能d异常。

虽然功能缺失、异常的情况不全相同，但都是面板插件功能的缺失或异常，不影响保护逻辑、安全自动装置逻辑，不影响保护功能、安全自动装置的功能投入，不影响装置硬接点输出，不影响装置与后台监控的通讯，不需要退出该套保护、安全自动装置，但需尽快更换面板插件消缺。

3、结语

皮带机综合保护预警装置集成与应用 篇7

冶金、煤炭及电力等工业固体物料在传输过程中主要靠皮带运输机, 在运输过程中易出现皮带漏斗糊堵、皮带跑偏、划伤、撕裂、断裂等一系列问题, 不仅给岗位工作带来压力, 还大大影响了生产效率。因此, 如何解决皮带机在运转过程中出现的这些问题, 是目前企业提高生产效率的迫切要求。

本课题以莱芜钢铁炼铁厂银前原料区域皮带机为主要研究及实验对象。该区域现有皮带机八十余条, 担负着1台265㎡烧结机的受卸及供混任务。从目前皮带机运行及使用情况来看, 皮带机受自身性能的影响, 设备故障率高, 皮带机经常出现跑偏、撒料、堵漏斗等现象, 影响安全稳定生产。因此, 在岗位人员减少生产量不减少的情况下必须提高皮带机运行的可靠性, 消除皮带机在运行中的不稳定因素, 更好地提高生产效率。

1.存在的问题

通过对皮带机实际运行中存在的问题进行研究与分析, 发现影响皮带机运行可靠性的主要因素有以下几点:

1.1漏斗糊堵、皮带撒料现象频繁发生

在生产过程中皮带机由于受物料特性和漏斗本身设计的影响, 在某一转运站经常出现漏斗糊堵、皮带撒料等现象, 因而频繁造成其他皮带机空转、停机等现象, 严重影响皮带机的正常运转, 导致生产效率降低。

1.2皮带跑偏、划伤、撕裂、断裂现象严重

在生产过程中, 皮带机由于受到物料条件和本身性能的影响, 经常出现皮带跑偏、划伤、撕裂、断裂现象, 不仅给生产运行造成巨大压力, 而且由于皮带跑偏、划伤、撕裂、断裂现象造成的皮带使用成本大幅增加。

1.3设备性能受制约

通过长时间的生产运行来看, 以前的很多设计规范都不符合现有的技术作业的要求, 设备的性能无法发挥, 在设备的维护和保养上难度比较大, 特别是在人员紧张、生产任务重的情况下, 光靠岗位人员是无法及时看护好皮带机的。

2.原因分析

2.1漏斗糊堵、皮带撒料原因分析

根据漏斗结构以及实际工作情况分析, 总结漏斗糊堵、皮带撒料的主要原因有以下几点:

(1) 雨季, 原料水分大, 粘度相应增大, 造成物料在落料点积少成多, 是漏斗堵糊堵的主要原因。

(2) 漏斗口径小, 设计不够合理, 造成物料经下料口进入皮带传送时, 没在皮带中心线上, 皮带重心偏移, 造成皮带跑偏, 是引发皮带撒料的直接原因。

2.2皮带跑偏原因分析

通过对皮带机实际运行情况分析发现, 引发皮带跑偏的主要原因如下:

(1) 皮带纠偏装置作用不明显, 造成皮带跑偏, 无法自动调节。

(2) 转载点处落料位置不正造成的皮带跑偏。

皮带机传输系统转运站较多, 一般在转运站物料下料点不正, 皮带调整困难, 造成皮带跑偏。转载点处物料的落料位置对皮带的跑偏有非常大的影响, 尤其是上条皮带机与本条皮带机在水平面的投影成垂直时影响更大。

(3) 承载托辊组的安装位置与皮带机中心线的垂直度误差较大, 导致皮带跑偏。

(4) 滚筒轴线与输送机中心线不垂直。

皮带运行过程中, 如果滚筒偏斜, 皮带在滚筒两侧的松紧度不一致, 沿宽度方向上所受的牵引力也就不一致, 成递增或递减趋势, 这样就会使皮带附加一个向递减方向的移动力, 导致皮带向松侧跑偏, 即所谓的“跑松不跑紧”。

(5) 皮带机的张紧装置的影响。

如果皮带机的张紧装置张紧力不够, 皮带空载时或少量载荷时不跑偏, 当载荷稍大时就会出现跑偏现象。张紧装置是保证皮带始终保持足够的张紧力的有效装置, 张紧力不够, 皮带的稳定性就很差, 受外力干扰的影响就越大, 严重时还会产生皮带打滑现象。

2.3皮带划伤、撕裂、断带原因分析

(1) 运输物料中夹带的铁杂物无法及时拣出造成皮带划伤、撕裂、断带。

(2) 物料在转运站积料过多, 造成压皮带 (滚筒转, 皮带不动) 现象, 如果岗位工无法及时发现, 经过一段时间的不正常运行, 皮带磨损严重, 甚至直接磨断, 造成断带事故。

3.实施措施

3.1自主设计漏斗糊堵自动报警装置

皮带漏斗堵料检测器形式较多, 常用的有侧压型、探棒型、漏损型和螺旋桨型。目前, 通用的皮带漏斗堵塞报警仪都是由各种类型的料位检测仪与报警保护线路组装而成, 受价位高、有辐射危害等因素影响, 仅自动化程度较高的个别企业普及安装, 实际应用范围较小。

目前通用漏斗堵塞报警仪成本较高、存在辐射危害等不足, 该课题组采用一种组合式皮带漏斗堵塞报警仪, 能迅速检测出漏斗堵塞并及时采取报警、保护措施。

该皮带漏斗堵塞报警仪装置利用散状物料介于固态与液态之间的分散特性, 通过弹簧有效变形系数实现了机械空间位移向电路闭合开关的转换, 用低廉的成本克服了粉尘、辐射、振动等环境困难, 一旦发生漏斗堵塞立即采取报警、保护措施。

皮带漏斗堵塞报警仪装置工作原理是:在皮带机正常运行时, 漏斗内散状物料料流受惯性力和重力作用呈抛物线状态, 存在一定落料盲点区;发生漏斗堵塞时, 落料盲点区内会迅速出现异常性物料堆积。实际分析漏斗落料盲点区, 在盲点区安装组合式皮带漏斗堵塞报警仪。采用压缩式弹簧堵塞报警仪装置 (如图1、图2、图3所示) , 一旦发生漏斗堵塞, 漏斗内异常堆积物料迅速上升, 当升至组合式皮带漏斗堵塞报警仪的传感小盒上边缘线后, 盒上堆积物料压迫传感小盒, 通过固定连杆压迫位移传感器, 致使转换开关离开正常线路转至报警 (警铃或警灯) 、保护线路 (紧急停机) , 进而起到报警和保护作用。

此装置的工作原理示意图如图3所示 (图3) 。

3.2皮带跑偏、撕裂、断带综合防护预警装置的集中应用

冶金企业采用皮带输送机输送的散状物料掺杂 (铁杂物、石块等) 较多, 导致皮带撕裂事故频繁发生。部分企业采用加装除铁器的方法进行皮带防撕裂改进, 但因尖锐石块等非铁磁性杂物的存在皮带撕裂事故仍时有发生, 尚无完善的皮带防撕裂装置。理论界有利用皮带纵向撕裂后张紧受力不同原理通过系列传感采取断路保护的先进皮带撕裂检测装置介绍, 但工艺线路复杂且所需投资 (系列传感) 较大。

此皮带防撕裂装置是一种能够在皮带被异物撕裂的第一时间段——轻微撒料时就及时检测皮带撕裂事故的发生并采取断路保护的皮带跑偏、撕裂、断带综合防护装置。此皮带机跑偏、撕裂、断带综合防护装置包括检测支架、受料槽、反应回路3部分 (如图4、图5所示) 。检测支架由检测导板连接而成。检测导板为长方形管道, 采用轻质超薄铁皮制成, 通过钢筋连杆焊接固定在相邻皮带支架支撑上。受料槽采用轻质超薄铁皮制成, 槽长≥左右弹簧距离、槽宽≤带宽×2/3、高100mm, 总重不超过0.4kg, 四角分别吊挂在吊挂弹簧下端。

根据皮带实际长度确定所需检测导板组数, 检测导板之间的上下层导线通过软胶管汇总缠绕固定在相邻皮带支架支撑上 (中间软管连接可以适应各类别皮带支架、托辊) 。

反应回路检测支架上下层穿过预留空间安装导线, 在下层每个开孔处安装一个断路开关, 在机头电机电路系统开口加装开闭按钮, 反应回路在机头处通过开闭按钮串入皮带主动系统。

无论异物横向、纵向撕裂皮带, 只要有轻微撒料, 受料槽受料超出1.2kg, 会立即下拉并断开皮带主动电机驱动系统。本装置检测支架长度可调, 成本低廉, 更换、维修方便;结构简单, 适用于各类环境, 可随时根据需要开启或关闭。

4.效果检查

(1) 采用自行设计的漏斗防堵塞装置, 皮带机跑偏、撒料、撕裂、断带综合防护装置, 不仅有效减少了由于设备自身原因造成的皮带机跑偏、撒料、撕裂、划伤、断带等问题的发生, 皮带空转、非故障停机现象也几乎不再发生, 而且大幅地降低了职工劳动强度, 提高了设备使用效率。

(2) 该项目采用自主研发的新型装置, 造价低廉, 维护方便, 降低了成本, 为企业降本增效有巨大现实意义。

(3) 该项目实施后, 皮带机运行可靠性大幅提高, 故障停机率降低了90%。

结论

采用皮带机漏斗防堵塞、跑偏、撒料、撕裂、断带综合防护预警装置的集成应用, 基本解决了原料生产中出现的物料糊、堵、撒、漏及皮带跑偏、划伤、撕裂、断带等现象。综合防护装置, 结构简单, 成本低廉, 操作、维护方便, 应用效果明显。降低了工艺故障停机率, 提高了皮带机运行的可靠性, 延长了皮带使用寿命, 改善了职工作业环境, 降低了职工劳动强度, 保证了生产稳定、高效运行, 对企业节能降耗的实施与开展有重要的现实意义。

摘要：皮带输送机是煤炭、冶金及电力等工业运输固体物料的主要设备, 由于受皮带机自身性能的影响, 在生产中易出现不同程度的故障而影响正常生产。针对影响皮带机可靠性运行中存在的皮带机漏斗糊堵、跑偏、划伤、撕裂、断裂等问题, 采取自动报警保护装置及时及早发现隐患, 降低损失, 提高皮带机运行可靠性。皮带机综合保护预警装置的集成与应用效果明显, 企业降本增效意义巨大, 有较高的推广应用价值。

关键词：皮带机,可靠性,保护装置,自动报警

参考文献

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一种高压电动机综合保护装置的研究 篇8

在大型铜矿企业生产中, 大量采用6 kV供电的高压电动机。由于作业环境恶劣, 在运行过程中经常出现绝缘老化、机械损伤及其他不能防范的故障, 使电动机长期带“病”作业, 严重时会造成电动机烧毁, 不但给企业带来很大的经济损失, 也打乱了矿山生产的正常秩序, 直接影响到矿山生产任务的完成。目前, 高压电动机多采用以常规继电器和熔断器构成的保护装置。此类保护装置的缺点是:只能反映过电流为特征的故障量, 无法考虑到异步电动机中负序电流产生的特殊效应, 因此, 其动作特征只能不精确地模拟电动机的热特征。基于常规继电保护装置的缺陷, 将单片机引入到高压电机的综合保护中, 使其达到继电保护所要求的“四性” (选择性、速动性、可靠性、灵敏性) 并在经济性上达到一个新的水平。

1高压电动机的故障特征分析

高压电动机的常见故障可分为对称和不对称两大类。对称故障有对称过载、堵转、三相短路等, 这类故障最明显的特征是电流幅值显著变化, 对电动机的损害主要是热效应。因此, 可以通过检测过流程度来反映这类故障;不对称故障有断相、逆相、匝间短路、单相接地和两相接地等。此类故障多数不出现明显的电流幅值变化, 因此, 常常不能及时鉴别。而不对称故障对电动机的损害不仅仅是电流增加引起的发热, 更重要的是不对称引起的负序电流, 产生负序电流磁场, 使集肤效应显著增加, 转子电阻增加, 电机损耗增大, 电动机发热变得严重, 造成电机严重损坏。因此, 以零序和负序电流分量作为鉴别不对称故障的判断, 有较高的灵敏度和可靠性[1,2]。

2硬件设计

硬件装置总的结构框图如图1所示。

主机采用准16位单片机8098, 主要包括以下几个模块[3,4]:

(1) 输入通道。采用8098内部的10位A/D转换器, 在12 MHz晶振时完成一次转换只需22 μs, 3个输入通道分别引入正序、负序、零序分量。

(2) 键盘/显示器与8279的接口电路。保护装置整定采用键盘整定、LED显示。键盘/显示器专用接口芯片8279采用全部译码方式, 最多可扩展8个LED和32位键盘, 所以能满足保护设计要求。

(3) 出口电路。通过8098的高速输出HSO接光隔离和驱动电路到执行机构, 使用2个出口, 1个用于负荷报警, 另1个用于跳闸切断电源。

(4) 面板。装置面板使用4×8键盘, 8个LED, 1个7位DZP开关, 8个发光二极管, 复位开关。

4×8键盘中0～9位键为数字键, A为小数点, B～F为功能键, 控制五项整定项的输入, 包括:电动机发热时间常数、起动时间、起动电流倍数、额定功率、负序效应系数、最大电容电流、最小短路电流和负序分量。

LED显示从键盘输入的值。

DZP开关用于控制整定、保护功能选择及过负荷保护曲线选择。

8只发光二极管指示电动机运行状态及故障类型, 分别指示:电动机正常运行, 过负荷, 相间短路, 严重的不平衡, 接地故障, 启动时间过长, E2PROM故障, 整定值出错。

3软件设计及保护措施

图2为主程序框图。

程序采用模块化设计, 各功能程序以子程序形式出现。程序采用了抗干扰措施, 如使用16位的程序监视寄存器 (WATCH.DOG) 作看门狗;设置软件陷阱, 当单片机内部出现意外事件, 程序将自动转移到一个特定的程序中去处理;在程序中设置防脉冲干扰数字滤波程序, 其能有效地消除信号的随机干扰和脉冲干扰;整定数据采用多处贮存防冲毁的保护方法[5,6]。

程序的设计, 使其具有以下保护功能:电动机启动时间过长保护, 相间短路/运行中的堵转保护, 过流及过负荷保护, 不平衡保护 (三相电源电压严重不对称、断相、反相) , 接地故障保护[7,8]。

3.1 启动时间过长保护

该程序是通过模拟电动机的启动过程来实现电动机启动完毕判断, 实现启动时间过长保护。

3.2 过流及过负荷保护

过流及过负荷保护是以热模拟方程作为动作议程的, 电动机的等效电流undefined, 考虑了异步电动机的集肤效应引起的正、负序电流对电动机发热的不同影响, 式中K为负序电流发热等效系数, 取3～6;I1为正序电流分量, I2为负序电流分量。保护分为三段:

(1) Ig/Ie>5, 保护特性为速断, 针对的是短路故障;

(2) Ig/Ie=3～5, 保护特性为定时速断, 针对的是机械堵转故障;

(3) Ig/Ie=1.15～3, 保护特性为反时限过流, 针对的是过负荷故障。

3.3 不平衡保护

异步电动机的常规继电保护, 基本上不反应负序电流的不平衡保护, 发生不平衡故障时, 电流倍数不很大, 但负序电流的发热变得严重, 若过流保护不能快速动作, 电动机很容易烧毁。

新保护装置采用两段式定时限负序电流保护, 作为不平衡故障的主保护。当负序电流I2≥0.8Is (Is为系统最小运行方式下电动机机端端两相短路时, 最小的短路电流负序分量) 时, 保护短延时速断, 延时时间为0.5 s, 主要保护断相和反相故障;当Is在 (0.05～0.08) Is之间时, 保护反时限动作, 主要保护电机局部匝间短路及三相电源电压严重不对称之类的轻微故障, 对电机故障的早期诊断具有很大益处。

3.4 接地故障保护

当零序电流3I0大于系统的电容电流时, 经短延时t保护出口动作, 发出接地信号或跳闸。对6 kV电网中变压器中性点不接地或经消弧线圈接地的系统, 保护通常只需发接地信号, 不跳闸。保护的短延时整定为0.5 s;对6 kV电网中变压器中性点经高阻接地的电网, 保护动作于跳闸, 其动作电流应躲过电动机的启动过程中由于三相电流不完全对称而出现的3倍不平衡零序电流, 延时整定为1 s。

4硬件抗干扰措施

应用控制系统的工作环境恶劣, 周围有各种各样的干扰。针对不同干扰采用以下抑制措施:

(1) 在电源出线加隔离变压器、稳压器、低通滤波器或直接使用开关电源供电;

(2) 采用光电隔离技术, 隔断各个通道与单片机之间的耦合, 防止传输线引入干扰;

(3) 在接地上, 采用数字“地”与模拟“地”分开, 并最后与电源端地线相连。

5结语

综合保护装置整定简单, 抗干扰能力强, 基本覆盖了电动机常见故障类型, 具有理想的保护性能和智能化的故障诊断功能, 克服了常见继电保护的缺点, 具有良好的应用前景。

参考文献

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[7]龚世缨.对称分量法用于异步电动机参数测试[J].电气传动, 2009 (4) :17-19.

[8]乔和.一种新型异步电动机综合保护的研究[J].微计算机信息, 2006, 22 (22) :129-130.

[9]王伟平.高压异步电动机实现综合保护的研究[J].电机与控制应用, 2006 (5) :52-55.

综合保护装置 篇9

矿用综合保护装置(以下简称综保)是为井下供电设备(高压配电装置、移动变电站、低压馈电开关)和井下用电设备(电动机电磁启动器、煤电钻、照明及信号装置、掘进机与采煤机电控箱)等各种电气设备配备的继电保护装置,综合了先前由多种分立元件分别实现的多种保护功能。综保一般插接安装在电气设备内,现场常称之为插件。

综保既是煤矿机电设备的重要组成部分,也是煤矿安全生产的重要保证[1],具有过负荷保护、短路保护、过压/欠压保护、三相不平衡(断相)保护、漏电保护、漏电闭锁保护、绝缘监视、风电和瓦斯电闭锁保护、电压互感器PT断线保护等功能,对煤矿井下电气设备的安全可靠运行、故障检测和保护等至关重要[2,3,4]。由参考文献[5,6]可知,综保在实际使用中的可靠性不高。基于安全生产的目的,国家煤矿安全监察局规定综保需要定期进行在用检测检验[7,8]。

1 综保在用检测面临的困难

(1) 检测依据标准可操作性差。

根据检测主体和检测目的,综保检测可分为综保(设计)制造商检测(型式检测和出厂检测)、综保使用中的在用检测和安全监督、管理服务机构的第三方检测(包括国家监督抽查检验、行业统检、生产许可证检验、矿用产品安全标志检验、新产品检验、仲裁检验、委托检验等[6])。制造商检测根据相应的国家标准、行业标准进行,第三方检测可参照制造商检测标准进行。

综保用户在用检测无全国(行业)标准。各省级煤炭行政管理部门颁布了《煤矿在用设备及作业场所安全生产检测检验指导目录》或类似规定,这些规定的最终检测依据仍然是相应的国家标准、行业标准。目前由于煤矿实验条件有限,不具有专门的检测机构和制造商的检测装备、专业检测人员等条件,很难严格按照相应标准执行,造成检测结果不确定性大,检测结果可靠性低。

(2) 综保种类和型号多且更新快。

不同功能的电气设备往往配用不同型号的综保。另外,由于综保设计、制造没有实现标准化,即使功能相同的电气设备配用的综保,不同厂家生产的型号也不相同,或型号相同而功能、接口、引脚有差别,甚至同一厂家不同批次的同一型号综保之间也存在差别。这其中既有改进设计的情况,也有市场排他竞争的原因。中型以上煤矿一般有10种以上综保[9],且型号不断更新。这种情况使综保检测装备不能统一开发,必须结合煤矿综保的具体使用情况进行定制开发。

2 综保在用检测装备发展现状

2.1 发展历程

20世纪80、90年代综合机械化采煤在中国得到推广与迅速发展,煤矿生产机械化、电气化水平得到大幅度提升,综保作为井下电气设备配件随之在煤矿得到大量应用[6,10]。综保应用初期并没有专用的综保检测装备。

综保自身带有一些功能检测按钮,根据参考文献[5,11],这种检测是不完全的,只是相对于井下特殊工作环境的一种初步检查。为了使检查更加全面,应进行进一步检测。由于缺乏检测专用装备,最初综保在用检测或是利用调压器、电压表、电流表、秒表等传统设备仪表,采用人工操作、目测读数方法进行简单的测试;或是将各种规格的综保分别安装于所属设备内部,逐台测试综保的保护性能。这种检测设备和手段复杂繁琐,且检测精度低,检测项目也不全面[12]。

20世纪90年代末期,随着国家和社会对煤矿安全生产关注程度的提高,综保在用检测技术与装备越来越受到重视,煤炭企业对综保检测专用装备的需求越来越强烈。21世纪初,国内一些研究机构相继开发出综保在用检测专用装备。前煤炭科学研究总院上海分院电气设备厂和上海科发煤炭机电有限公司共同研制了综保功能定性检测设备,主要依靠人工操作方式;原淮南矿业学院将计算机技术应用到综保检测中,开发出以单片机为控制器的检测设备,该设备不仅能定性测试,而且能定量测试,但受单片机软硬件资源的限制,检测项目不全,检测精度不高[9,13,14];原华北工学院开发出基于PC机的检测设备,解决了检测项目不全、检测精度低的问题,并进行了检测信号分析[15,16,17];参考文献[11]采用组态软件进行检测软件开发,提高了检测软件开发效率;参考文献[12]针对综保及其检测系统既有交流量等连续信号又有开断等离散信号的特点,利用混杂 Petri 网在混杂系统建模方面的优势,对综保检测系统的硬件部分进行了建模研究;参考文献[18]在综保检测的基础上,对故障综保采用故障树方法进行故障诊断,能够大体确定故障部位及方向;参考文献[12,18,19]利用综保检测系统资源,扩展了对矿用接触器和电动机的性能测试,提高了检测资源利用率。

综保检测装备可分为2类:一类是只能检测特定型号(特定厂家)综保的专用检测设备;另一类是可以检测不同型号(不同厂家)综保的通用检测设备。专用检测设备一般由特定型号综保生产厂家提供,其设计、制造目的主要是综保生产厂家用于出厂检测。煤矿大量使用某型号综保后,会购买该专用检测设备用于检测。专用检测设备的缺点是不能检测其他型号(其他厂家)的综保,不具有通用性,使用率低,如QC,EC,GC型测试设备只能分别检测QC83/QBZ型或电动机、高压开关类综保。通用检测设备可以对不同型号(不同厂家)综保进行检测,且一般对新型号综保具有检测开发的可扩展性,使用率高。

2.2 通用检测设备特点

目前广泛使用的是通用检测设备。综合各种文献报道并调研部分煤矿实际使用情况,按参考文献[20]的自动测试系统分类方法,发现现有综保通用检测设备属于二代自动检测系统,均为离线式检测方式,并具有以下特点:

(1) 检测原理为暗箱理论,即被测综保是一个“暗箱”,在不允许打开“暗箱”的情况下要了解其中的奥秘,只能通过其激励与响应信号关系来完成检测。检测设备模拟综保所配用的电气设备(系统)正常工作及各种故障情况下的激励信号,测量综保对应的响应信号,通过考察激励与响应的关系来判断综保的性能。

(2) 检测功能具有可扩展性。硬件系统构成一般包括通用部分(激励信号产生部分、信号测量部分、信号路由部分、检测系统控制器)和专用部门(与具体型号综保匹配的接口部分)。软件部分和硬件系统的专用部分采用模块化结构,易于扩展开发对新型号综保的检测功能。

(3) 采用微机控制,大大提高了检测自动化程度与操作效率。除激励信号需要手动调节外,检测信号采集、信号路由控制由检测系统自动进行;检测报告自动生成,避免了检测报告人为修改情况,并可打印。

(4) 系统软硬件资源丰富,检测项目全面。通过检测设备可对过负荷保护、短路保护、过压/欠压保护、三相不平衡(断相)保护、漏电保护、漏电闭锁保护、绝缘监视、风电和瓦斯电闭锁保护、PT断线保护等功能进行检测,并可进行远方控制及通信功能检测。

3 综保在用检测装备发展展望

(1) 提高检测精度。由于煤矿实验条件限制,在测试电源、实验环境、电磁兼容等方面不能达到相应标准、规范要求,导致检测可靠性低。部分参考文献虽然提及检测精度问题,但只限于讨论测量模块的精度,检测装备整体检测精度问题未见相关文献讨论。对检测装备进行全面的误差分析,提高检测精度,是综保在用检测技术与装备面临的首要问题。

(2) 提高检测自动化程度。目前检测装备中的激励信号仍需手动调节,检测自动化程度有待进一步提高。参考文献[15]提出一种基于SPWM的交流电子变压器技术实现激励信号程控调节的方案,但仅进行了原理设计,并未搭建实际测试系统进行验证,也未具体分析交流测试信号波形能否满足要求,该方案在实际中未得到应用;参考文献[19]提出采用负反馈控制的可逆电动机拖动调压器进行信号调节方案,但信号调节不够精确。调研煤矿实际使用情况,亦未见检测信号程控输出的综保全自动检测装置投入使用。开发检测信号可程控输出的综保全自动检测装置,进一步提高检测的自动化程度和检测效率,是综保检测的一个重要发展方向。

(3) 具有更强的综保故障分析功能。根据参考文献[5,21],综保在使用过程中易损坏,一般综保平均寿命不到本体寿命的一半。据参考文献[15]统计,一个煤矿每年因此而浪费的综保价值在10多万元。参考文献[19]介绍的故障分析方法仅能将故障定位到一组元件。智能故障方法可将故障定位于最小可更换单元,对提高综保的维修效率与可靠性有现实意义。

(4) 更具有环保性。在当前社会,检测技术和装备将不能再以能量的消耗和实物的匹配为发展之路。短路保护检测需要消耗大量电能,用“低碳”的投入获得“高碳”的效果,需要采用先进技术和方法,“等效寿命”试验方法是一种途径[6]。

(5) 计算机和检测系统更紧密地结合,融合成一体。在目前的检测系统中,计算机主要是承担系统控制及一些数据的计算和处理工作,检测工作基本上还是对人工检测的模拟,计算机并没有充分发挥作用。可以进一步提升计算机技术在检测系统中的作用,用软件取代常规仪器中的各类硬件功能,如电压、电流、功率测量,利用计算机的运算功能取消相应测量模块,简化检测装置结构,在提高可靠性的同时大大降低检测难度。直接采用计算机产生激励信号并完成检测功能,是综保检测装备发展的一个新方向[20]。

(6) 综保及其配套电气设备自身检测功能进一步提高,是综保测试的另一个重要发展方向。智能BIT(Built-in Test,机内测试)技术在综保及其配套电气设备中的研究与应用为综保内部提供了故障检测和隔离的自动检测能力。国内外研究表明,BIT技术是提高装备检测性能和实用效能最为有效的技术途径之一[6]。

(7) 提高综保的标准化程度。随着综保设计、制造标准化工作的推进,使相同功能电气设备配用的综保具有统一的型号、统一的功能、统一的外形、统一的接口、统一的引脚,将大大简化综保检测装备的结构,减少检测开发工作量,并降低综保检测装备的价格。

在用检测的根本目的是及时发现综保故障,确保综保工作正常。从发现故障时效性方面来说,能随时发现故障的在线检测方式是发展方向。但在线检测受运行限制而不能做故障出口测试,同时受检测条件限制,导致检测项目不全面(如无法做电压波动试验)、不规范(如电源实际运行电压可能偏离检测电压规定值)。由于这些不足,为保证检测结果的科学性、客观性和管理部门对在用综保煤矿自检工作的监察工作具有可操作性,离线式检测是不可或缺的检测方式。

4 结语

综合保护装置 篇10

关键词：照明综保,大容量,长距离,智能

1 概述

随着煤矿开采技术的提高和矿井年产量的增加, 大型、超大型矿井日益增多, 矿井中的巷道越来越长, 井下需要的照明距离也相应加长。《国家煤矿安全规程》相关规定指出:使用机车的主要运输巷道、兼作人行道的集中带式输送机巷道、升降人员的绞车道以及升降物料和人行交替使用的绞车道, 其照明灯的间距不得大于30m综合机械化采煤工作面, 照明大门间距不得大于15m[1]。而且一些先进矿井实施亮化工程, 要求灯具间距做到不大于10m, 因此所需照明设备的数量也随之增多, 供电距离也不断加长。目前, 我国矿用隔爆型真空照明信号综合保护装置电源变压器额定容量一般为2.5k VA、4.0k VA, 难以满足我国现有大型矿井的发展需求, 为此, 研发矿用隔爆兼本质安全型10.0k VA真空智能照明信号综合保护装置 (以下简称“照明综保”) , 为127V照明及信号负载提供可靠的供电、控制和保护。其主要特点具有容量大、保护距离长, 保护功能全面、动作安全可靠等优点。

2 整体结构

外壳机构采用方形壳体结构, 具有快开门门盖结构, 门盖与壳身之间具有机械闭锁结构, 当隔离开关处于合闸状态下门盖无法打开。壳身上方设有接线腔, 用于接入来自电源及其照明、信号负载和控制线的连线;壳身内部装有10.0k VA电源变压器、隔离开关、接触器等组件;门盖上装有智能保护器、显示屏、控制按钮等。通过门盖上的控制按钮操作人员可以对照明综保进行分闸、合闸及其参数的整定。

3 电源变压器

本照明综保电源变压器采用10k VA大容量变压器, 一次电压为1140V/660V, 二次侧电压为133V。煤矿井下照明用防爆灯功率按60w计算, 2.5k VA的照明综保可以带41盏防爆灯, 4.0k VA的照明综保可以带66盏防爆灯, 而10.0k VA的照明综保可以带166盏防爆灯;井下照明设备间隔按10m计算, 即2.5k VA的照明综保可以提供的照明长度为410m, 4.0k VA的照明综保可以提供的照明长度为为660m, 而10.0k VA的照明综保可以提供的照明长度可达到1660m。由此可见, 大容量的照明综保可以满足更加远距离、更加亮化的照明供电需求。

4 显示功能

照明综保配有液晶显示屏, 可实时显示当前系统状态、三相系统电压、三相系统电流、漏电阻值、工作频率及其当前时间。与门盖上的整定按钮配合使用可实现对照明综保的参数进行整定。

5 保护功能及其原理

5.1 短路保护

照明综保短路保护通过对线路的电流取样, 采用鉴幅式特性进行保护。上文中通过10k VA电源变压器容量计算所能提供的照明长度可达到1660m, 但实际保护距离并不一定可以达到, 在井下127V供电系统中, 照明综保短路保护电流整定值根据《煤矿井下低压电网短路保护装置整定细则》中供电电网中两相最小短路电流整定值必须选用额定电流的1.2~1.5倍的规定[2]。照明综保二次侧额定电压取其标称电压133V, 则计算的10k VA电源变压器二次侧额定电流为43.4A, 其两相最小短路电流取其下限1.2倍, 两相最小短路电流计算:Id=43.4×1.2=52.08A, 所以短路电流整定值确定为52A。

当照明综保的二次侧两相最小短路电流整定值选定后, 还要通过照明综保的电源变压器和所配用的电缆参数才能计算出最远短路保护距离。本照明综保二次侧额定电流为43.4A, 从电缆载流量方面考虑按配用电缆按6mm2计算。短路计算公式为:

10k VA电源变压器线圈电阻值取R1=0.0495Ω, 电抗值取X1=0.05Ω;6mm2电缆的电阻值取R2=3.13Ω/km, 电抗值取X2=0.095Ω/km。带入公式 (1) 得:

计算结果L=0.4km (理论计算值) 。

即:照明综保当选用6电缆且短路电流整定值为52A时最大短路保护距离的理论值为400m。利用同样的方法信号短路整定值按5A、选用2.5mm2计算可得保护距离为1100m (理论计算值) 。当线路中的电缆使用其他截面积时, 根据公式 (1) 带入计算即可;如果实际要求短路保护距离大于上述计算值时, 且所带负载没有达到满负荷时可适当的减小短路电流整定值或采用截面积更大一些的电缆来实现。

5.2 其他保护功能及原理

照明综保还具有以下保护功能:a.漏电和漏电闭锁保护:采用附加直流的方法对线路绝缘电阻进行实时监测, 实现保护;b.电压保护:采用鉴幅式的方法对线路电压取样实现过电压、欠电压保护;c.风电闭锁和瓦斯电闭锁保护:保护器上有两组输入点, 可接入瓦斯探测仪和风机开关连锁点, 实现对停风和瓦斯超标的报警功能。

6 本质安全型通讯

随着我国科学技术的发展, 数字化矿山成为我国煤炭行业的发展趋势, 实现煤矿井下变电所无人值班的自动化控制, 可使煤炭生产更加高效、安全。本照明综保具有上位通讯功能采用本质安全型通讯方式, 在智能保护器内部添加了光耦隔离件使上位通讯更加安全可靠, 采用标准的Rs_485通讯接口, Modbus通讯协议, 可实现煤炭生产自动化控制的“四遥”功能。

7 结束语

本产品的成功研制, 满足了大型矿井大负荷照明供电的需要, 可以减少矿井设备的投资, 采用智能保护器各项保护功能达到国内先进水平, 对煤炭生产有较大的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]国家煤矿安全规程[M].北京:煤炭工业出版社, 2011.