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礦用數(shù)字式電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)器的研究與應(yīng)用

　摘 要 本文主要介紹了礦用數(shù)字式電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)器的研究與應(yīng)用，重點(diǎn)闡述了礦用數(shù)字式電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)器的總體設(shè)計(jì)方案及實(shí)現(xiàn)功能；針對(duì)目前鶴煤公司各礦在用的JDB和ABD8系列電動(dòng)機(jī)保護(hù)器存在保護(hù)性能差、工作可靠性低等缺陷，我們研究采用了SDB-3250礦用數(shù)字式電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)器解決了此類難題，滿足了現(xiàn)代煤礦對(duì)電磁啟動(dòng)器功能全方位的需求。
　　關(guān)鍵詞 礦用；電動(dòng)機(jī)；保護(hù)器
　　中圖分類號(hào)TM3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708（2013）98-0199-02
　　0 引言
　　據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前鶴煤公司各礦在用電磁啟動(dòng)器的電動(dòng)機(jī)保護(hù)器總共約有5000余臺(tái)，類型大多為JDB和ABD8系列產(chǎn)品，該系列保護(hù)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(zhǔn)確、保護(hù)功能少、保護(hù)性能差、工作可靠性低等缺陷，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的可靠保護(hù)，其自身還常出故障，返修頻繁；另外，沒有通訊、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(xiàn)遠(yuǎn)程遙測(cè)和遙控，無法顯示電動(dòng)機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)和狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生故障并保護(hù)動(dòng)作后，無從得知故障發(fā)生的原因。同時(shí)在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中發(fā)現(xiàn)，在用的JDB、ABD8等系列電動(dòng)機(jī)保護(hù)器常常不能正常使用，有時(shí)為了生產(chǎn)，不得不把保護(hù)器短接，使電動(dòng)機(jī)在無保護(hù)的狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)，給生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)帶來了安全隱患。顯然，當(dāng)前在用的電動(dòng)機(jī)保護(hù)器存在的問題和所處的現(xiàn)狀，已不能滿足煤礦安全生產(chǎn)和適應(yīng)煤礦現(xiàn)代發(fā)展的需求，迫切需要一種集采集、顯示、控制、保護(hù)、通訊等多種功能于一體的保護(hù)可靠、動(dòng)作靈敏的數(shù)字式電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)裝置。
　　1 總體方案概述
　　為解決老式電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置存在的缺陷，礦用數(shù)字式電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)器將采用現(xiàn)代繼電保護(hù)電子技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，將三相交流電流信號(hào)進(jìn)行低通濾波和調(diào)理后，直接送入ADC（模擬信號(hào)―數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換器）進(jìn)行交流采樣，單片機(jī)則將實(shí)時(shí)交流采樣序列先經(jīng)過數(shù)字濾波后采用均方根算法轉(zhuǎn)換為有效值，再經(jīng)過比較和保護(hù)判斷，最后將判斷結(jié)果輸出到繼電器使其進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的綜合保護(hù)和控制。本項(xiàng)目?jī)?nèi)容包含硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)與外形設(shè)計(jì)三部分：
　　1） 硬件部分以高性能的ATMEL ATmega32L單片機(jī)為核心，負(fù)責(zé)全面的管理和計(jì)算控制，人機(jī)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關(guān)電源，在很寬的電源電壓波動(dòng)范圍內(nèi)保證保護(hù)器的正常工作；信號(hào)調(diào)理電路對(duì)三相電流信號(hào)進(jìn)行濾波和電平轉(zhuǎn)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性失真，獲得較高的采樣和保護(hù)精度，保證了本保護(hù)器的性能指標(biāo)；
　　2） 軟件部分功能采用模塊化設(shè)計(jì)，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(duì)各種信號(hào)進(jìn)行采樣、變換、濾波、比較和判斷，實(shí)現(xiàn)短路、堵轉(zhuǎn)、長(zhǎng)時(shí)起動(dòng)、缺相、三相不平衡、過載、漏電閉鎖、過壓、欠壓等各種保護(hù)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(bào)警判斷、LCD顯示和LED狀態(tài)顯示等；通訊中斷程序模塊則負(fù)責(zé)通訊請(qǐng)求的接收、校驗(yàn)、解析、應(yīng)答信息的整理、應(yīng)答處理等；
　　3）結(jié)構(gòu)與外形設(shè)計(jì)。滿足兼容性與通用性要求，在外形結(jié)構(gòu)與尺寸上，與老式保護(hù)器完全保持一致，并采用通用的接線方式，以獲得廣泛的適應(yīng)性。
　　2 實(shí)現(xiàn)功能
　　礦用數(shù)字式電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)器將采用數(shù)字電路和單片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)，內(nèi)置高精度數(shù)據(jù)處理和先進(jìn)的保護(hù)算法，配合礦用隔爆型電磁啟動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)井下隔爆型電動(dòng)機(jī)的短路、堵轉(zhuǎn)、長(zhǎng)時(shí)起動(dòng)、過載、缺相、三相不平衡、漏電、過壓和欠壓等全功能保護(hù)；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(nèi)置48條帶時(shí)間刻度的事件記錄功能，可方便地查詢和分析；并實(shí)現(xiàn)完全兼容JDB和ABD8等老式保護(hù)器，可直接換代，方便升級(jí)和改造。
　　3 經(jīng)濟(jì)及安全效益分析
　　3.1 經(jīng)濟(jì)效益分析
　　1）老式JDB系列電動(dòng)機(jī)保護(hù)器由于功能單一、可靠性差、保護(hù)精度差、故障率較高等弊病，在實(shí)際使用過程中造成了很大的浪費(fèi)。鶴煤各礦在用的JDB系列電動(dòng)機(jī)保護(hù)器按5000臺(tái)計(jì)算，JDB保護(hù)器的進(jìn)價(jià)約200元，修復(fù)的材料費(fèi)按進(jìn)價(jià)的30%計(jì)算，消耗費(fèi)用達(dá)30萬元；返修1臺(tái)按0.5個(gè)工時(shí)計(jì)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15萬元；總費(fèi)用為45萬元；
　　2）新型SDB-3250礦用數(shù)字式電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)器具有很高的工作穩(wěn)定性，年返修率可大幅降低到10%以下，修復(fù)1臺(tái)的費(fèi)用按300元計(jì)算，則一年的修復(fù)材料費(fèi)用為15萬元；
　　3）礦用數(shù)字式電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)器應(yīng)用后，年維護(hù)費(fèi)可節(jié)省30萬元。
　　3.2 安全效益分析
　　1）SDB-3250礦用數(shù)字式電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)器的高可靠性、高穩(wěn)定性避免了設(shè)備漏電的漏報(bào)現(xiàn)象，從而基本上杜絕了設(shè)備漏電給設(shè)備安全運(yùn)行和人身安全帶來的隱患；
　　2）全功能的電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)功能完善解決了電動(dòng)機(jī)的全方位保護(hù)，避免了電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期處于非正常運(yùn)行狀態(tài)而導(dǎo)致的不必要損壞，有效保障了電動(dòng)機(jī)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。
　　4 結(jié)論
　　作為新型礦用數(shù)字式電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置，該系列保護(hù)裝置集電動(dòng)機(jī)全功能保護(hù)、網(wǎng)絡(luò)通訊為一體，以其全功能的電動(dòng)機(jī)保護(hù)、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(hù)器存在的諸多問題，而且滿足了現(xiàn)代煤礦對(duì)電磁啟動(dòng)器功能全方位的需求，為煤礦的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)提供了設(shè)備層的解決方案，為實(shí)現(xiàn)全礦井最底層設(shè)備實(shí)現(xiàn)監(jiān)控奠定了硬件基礎(chǔ)，成為多種礦用真空電磁啟動(dòng)器中老式電動(dòng)機(jī)保護(hù)器最為理想的替代品。
　　參考文獻(xiàn)
　　[1]李璇華，黃益莊，唐曉泉，張楠.電動(dòng)機(jī)故障分析和綜合保護(hù)配置.繼電器，2001.
　　[2]張池，詹耀輝，許興廣.低壓電動(dòng)機(jī)單片機(jī)智能保護(hù)裝置的設(shè)計(jì).現(xiàn)代電子技術(shù)，2001.