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礦用數字式電動(dòng)機綜合保護器的研究與應用

　摘 要 本文主要介紹了礦用數字式電動(dòng)機綜合保護器的研究與應用，重點(diǎn)闡述了礦用數字式電動(dòng)機綜合保護器的總體設計方案及實(shí)現功能；針對目前鶴煤公司各礦在用的JDB和ABD8系列電動(dòng)機保護器存在保護性能差、工作可靠性低等缺陷，我們研究采用了SDB-3250礦用數字式電動(dòng)機綜合保護器解決了此類(lèi)難題，滿(mǎn)足了現代煤礦對電磁啟動(dòng)器功能全方位的需求。
　　關(guān)鍵詞 礦用；電動(dòng)機；保護器
　　中圖分類(lèi)號TM3 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2013）98-0199-02
　　0 引言
　　據不完全統計，目前鶴煤公司各礦在用電磁啟動(dòng)器的電動(dòng)機保護器總共約有5000余臺，類(lèi)型大多為JDB和ABD8系列產(chǎn)品，該系列保護裝置為分立元件，模擬電路，功能單一，只能分檔整定，存在整定不準確、保護功能少、保護性能差、工作可靠性低等缺陷，難以實(shí)現對電動(dòng)機的可靠保護，其自身還常出故障，返修頻繁；另外，沒(méi)有通訊、顯示和故障事件記憶功能，因此不能接入礦井網(wǎng)絡(luò )實(shí)現遠程遙測和遙控，無(wú)法顯示電動(dòng)機運行數據和狀態(tài)，當發(fā)生故障并保護動(dòng)作后，無(wú)從得知故障發(fā)生的原因。同時(shí)在實(shí)際運轉中發(fā)現，在用的JDB、ABD8等系列電動(dòng)機保護器常常不能正常使用，有時(shí)為了生產(chǎn)，不得不把保護器短接，使電動(dòng)機在無(wú)保護的狀態(tài)下運轉，給生產(chǎn)設備的運轉帶來(lái)了安全隱患。顯然，當前在用的電動(dòng)機保護器存在的問(wèn)題和所處的現狀，已不能滿(mǎn)足煤礦安全生產(chǎn)和適應煤礦現代發(fā)展的需求，迫切需要一種集采集、顯示、控制、保護、通訊等多種功能于一體的保護可靠、動(dòng)作靈敏的數字式電動(dòng)機綜合保護裝置。
　　1 總體方案概述
　　為解決老式電動(dòng)機保護裝置存在的缺陷，礦用數字式電動(dòng)機綜合保護器將采用現代繼電保護電子技術(shù)進(jìn)行設計，將三相交流電流信號進(jìn)行低通濾波和調理后，直接送入ADC（模擬信號―數字信號轉換器）進(jìn)行交流采樣，單片機則將實(shí)時(shí)交流采樣序列先經(jīng)過(guò)數字濾波后采用均方根算法轉換為有效值，再經(jīng)過(guò)比較和保護判斷，最后將判斷結果輸出到繼電器使其進(jìn)行相應的動(dòng)作，實(shí)現電動(dòng)機的綜合保護和控制。本項目?jì)热莅布O計、軟件設計、結構與外形設計三部分：
　　1） 硬件部分以高性能的ATMEL ATmega32L單片機為核心，負責全面的管理和計算控制，人機界面采用128×64點(diǎn)陣的LCD液晶顯示器，顯示信息豐富，顯示界面更加人性化；電源部分采用高效的開(kāi)關(guān)電源，在很寬的電源電壓波動(dòng)范圍內保證保護器的正常工作；信號調理電路對三相電流信號進(jìn)行濾波和電平轉移，送入ADC進(jìn)行交流實(shí)時(shí)采樣，避免了采用先整流再濾波方式造成的非線(xiàn)性失真，獲得較高的采樣和保護精度，保證了本保護器的性能指標；
　　2） 軟件部分功能采用模塊化設計，分為采樣中斷服務(wù)程序、主程序、通訊中斷服務(wù)程序三個(gè)模塊。采樣中斷服務(wù)程序模塊用于對各種信號進(jìn)行采樣、變換、濾波、比較和判斷，實(shí)現短路、堵轉、長(cháng)時(shí)起動(dòng)、缺相、三相不平衡、過(guò)載、漏電閉鎖、過(guò)壓、欠壓等各種保護功能；主程序模塊則用于非實(shí)時(shí)性的處理工作，如菜單處理、按鍵事件處理、電池充電管理、超溫報警判斷、LCD顯示和LED狀態(tài)顯示等；通訊中斷程序模塊則負責通訊請求的接收、校驗、解析、應答信息的整理、應答處理等；
　　3）結構與外形設計。滿(mǎn)足兼容性與通用性要求，在外形結構與尺寸上，與老式保護器完全保持一致，并采用通用的接線(xiàn)方式，以獲得廣泛的適應性。
　　2 實(shí)現功能
　　礦用數字式電動(dòng)機綜合保護器將采用數字電路和單片機技術(shù)設計，內置高精度數據處理和先進(jìn)的保護算法，配合礦用隔爆型電磁啟動(dòng)器，實(shí)現對井下隔爆型電動(dòng)機的短路、堵轉、長(cháng)時(shí)起動(dòng)、過(guò)載、缺相、三相不平衡、漏電、過(guò)壓和欠壓等全功能保護；配備多點(diǎn)陣LCD顯示屏，中文多層菜單，顯示信息齊全豐富；配備MODBUS RTU通訊接口，可方便地組網(wǎng)通訊；內置48條帶時(shí)間刻度的事件記錄功能，可方便地查詢(xún)和分析；并實(shí)現完全兼容JDB和ABD8等老式保護器，可直接換代，方便升級和改造。
　　3 經(jīng)濟及安全效益分析
　　3.1 經(jīng)濟效益分析
　　1）老式JDB系列電動(dòng)機保護器由于功能單一、可靠性差、保護精度差、故障率較高等弊病，在實(shí)際使用過(guò)程中造成了很大的浪費。鶴煤各礦在用的JDB系列電動(dòng)機保護器按5000臺計算，JDB保護器的進(jìn)價(jià)約200元，修復的材料費按進(jìn)價(jià)的30%計算，消耗費用達30萬(wàn)元；返修1臺按0.5個(gè)工時(shí)計算，則需要約2500個(gè)工時(shí)，地面人員的平均日工資為60元，則工資支出15萬(wàn)元；總費用為45萬(wàn)元；
　　2）新型SDB-3250礦用數字式電動(dòng)機綜合保護器具有很高的工作穩定性，年返修率可大幅降低到10%以下，修復1臺的費用按300元計算，則一年的修復材料費用為15萬(wàn)元；
　　3）礦用數字式電動(dòng)機綜合保護器應用后，年維護費可節省30萬(wàn)元。
　　3.2 安全效益分析
　　1）SDB-3250礦用數字式電動(dòng)機綜合保護器的高可靠性、高穩定性避免了設備漏電的漏報現象，從而基本上杜絕了設備漏電給設備安全運行和人身安全帶來(lái)的隱患；
　　2）全功能的電動(dòng)機綜合保護功能完善解決了電動(dòng)機的全方位保護，避免了電動(dòng)機長(cháng)期處于非正常運行狀態(tài)而導致的不必要損壞，有效保障了電動(dòng)機的安全運轉。
　　4 結論
　　作為新型礦用數字式電動(dòng)機保護裝置，該系列保護裝置集電動(dòng)機全功能保護、網(wǎng)絡(luò )通訊為一體，以其全功能的電動(dòng)機保護、豐富的顯示信息、中文多層菜單操作、MODBUS RTU通訊接口、多條事件記錄等亮點(diǎn)，不僅解決了JDB和ABD8等老式保護器存在的諸多問(wèn)題，而且滿(mǎn)足了現代煤礦對電磁啟動(dòng)器功能全方位的需求，為煤礦的數字化、網(wǎng)絡(luò )化建設提供了設備層的解決方案，為實(shí)現全礦井最底層設備實(shí)現監控奠定了硬件基礎，成為多種礦用真空電磁啟動(dòng)器中老式電動(dòng)機保護器最為理想的替代品。
　　參考文獻
　　[1]李璇華，黃益莊，唐曉泉，張楠.電動(dòng)機故障分析和綜合保護配置.繼電器，2001.
　　[2]張池，詹耀輝，許興廣.低壓電動(dòng)機單片機智能保護裝置的設計.現代電子技術(shù)，2001.