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摘 要 本文主要介紹了智能數字式電動機綜合保護器的研究與應用，重點闡述了智能數字式電動機綜合保護器的總體設計方案及實現功能；針對目前鶴煤公司各礦在用的ABD8系列電動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SJD-YD智能數字式電動機綜合保護器解決了此類難題，滿足了現代煤礦對電磁啟動器功能全方位的需求。
關鍵詞 礦用；電動機；保護器
0 引言
據不(bu)(bu)完全統計，目前鶴煤(mei)公司各礦在用電(dian)(dian)(dian)磁啟動器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)動機(ji)(ji)保(bao)(bao)(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)(hu)器(qi)(qi)(qi)總共(gong)約有(you)5000余臺(tai)，類型大多為(wei)JDB和(he)ABD8系列產品，該系列保(bao)(bao)(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)(hu)裝(zhuang)置為(wei)分(fen)立(li)元件(jian)，模擬電(dian)(dian)(dian)路，功(gong)(gong)能(neng)(neng)單一，只(zhi)能(neng)(neng)分(fen)檔整定，存在整定不(bu)(bu)準(zhun)確、保(bao)(bao)(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)(hu)功(gong)(gong)能(neng)(neng)少、保(bao)(bao)(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)(hu)性能(neng)(neng)差(cha)、工作(zuo)可靠性低(di)等缺陷，難以實(shi)(shi)現對電(dian)(dian)(dian)動機(ji)(ji)的(de)(de)(de)可靠保(bao)(bao)(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)(hu)，其(qi)自身還常(chang)(chang)出(chu)故障，返修頻繁(fan)；另外，沒有(you)通(tong)訊(xun)、顯(xian)(xian)示(shi)(shi)和(he)故障事件(jian)記憶功(gong)(gong)能(neng)(neng)，因此不(bu)(bu)能(neng)(neng)接(jie)入礦井網絡實(shi)(shi)現遠程遙測和(he)遙控(kong)，無(wu)法顯(xian)(xian)示(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)動機(ji)(ji)運(yun)(yun)行數據和(he)狀態(tai)(tai)，當發(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)故障并(bing)保(bao)(bao)(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)(hu)動作(zuo)后，無(wu)從得(de)知故障發(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)原(yuan)因。同時(shi)在實(shi)(shi)際運(yun)(yun)轉中發(fa)現，在用的(de)(de)(de)JDB、ABD8等系列電(dian)(dian)(dian)動機(ji)(ji)保(bao)(bao)(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)(hu)器(qi)(qi)(qi)常(chang)(chang)常(chang)(chang)不(bu)(bu)能(neng)(neng)正常(chang)(chang)使用，有(you)時(shi)為(wei)了生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)產，不(bu)(bu)得(de)不(bu)(bu)把保(bao)(bao)(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)(hu)器(qi)(qi)(qi)短(duan)接(jie)，使電(dian)(dian)(dian)動機(ji)(ji)在無(wu)保(bao)(bao)(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)(hu)的(de)(de)(de)狀態(tai)(tai)下(xia)運(yun)(yun)轉，給(gei)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)產設備的(de)(de)(de)運(yun)(yun)轉帶來(lai)了安全隱患(huan)。顯(xian)(xian)然，當前在用的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)動機(ji)(ji)保(bao)(bao)(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)(hu)器(qi)(qi)(qi)存在的(de)(de)(de)問題和(he)所(suo)處(chu)的(de)(de)(de)現狀，已不(bu)(bu)能(neng)(neng)滿(man)足煤(mei)礦安全生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)產和(he)適應煤(mei)礦現代發(fa)展的(de)(de)(de)需求，迫切需要一種集采集、顯(xian)(xian)示(shi)(shi)、控(kong)制(zhi)、保(bao)(bao)(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)(hu)、通(tong)訊(xun)等多種功(gong)(gong)能(neng)(neng)于一體(ti)的(de)(de)(de)保(bao)(bao)(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)(hu)可靠、動作(zuo)靈敏的(de)(de)(de)數字式電(dian)(dian)(dian)動機(ji)(ji)綜合保(bao)(bao)(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)(hu)裝(zhuang)置。
1 總體方案概述
為解決老式電動機保護裝置存在的缺陷，智能數字式電動機綜合保護器將采(cai)用(yong)現代繼電保護(hu)電子技術進行設(she)(she)計(ji)，將三(san)相交流(liu)電流(liu)信號進行低通濾波(bo)和調理后，直接送入ADC（模擬(ni)信號―數字信號轉換器(qi)）進行交流(liu)采(cai)樣，單(dan)片機則將實時交流(liu)采(cai)樣序(xu)列(lie)先經過數字濾波(bo)后采(cai)用(yong)均方根(gen)算(suan)法轉換為有效值，再(zai)經過比較(jiao)和保護(hu)判(pan)斷，最后將判(pan)斷結果輸(shu)出(chu)到(dao)繼電器(qi)使其(qi)進行相應的動作，實現電動機的綜合保護(hu)和控制。本項(xiang)目(mu)內容包含硬件(jian)設(she)(she)計(ji)、軟件(jian)設(she)(she)計(ji)、結構(gou)與外形設(she)(she)計(ji)三(san)部分：
1） 硬件部分(fen)以(yi)高(gao)性(xing)能(neng)(neng)的ATMEL ATmega32L單片(pian)機為(wei)核心(xin)，負責全(quan)面(mian)的管理和(he)計算控制(zhi)，人(ren)機界面(mian)采(cai)用(yong)128×64點陣(zhen)的LCD液晶(jing)顯(xian)示器，顯(xian)示信息豐富，顯(xian)示界面(mian)更(geng)加人(ren)性(xing)化；電(dian)(dian)源部分(fen)采(cai)用(yong)高(gao)效的開關電(dian)(dian)源，在很寬的電(dian)(dian)源電(dian)(dian)壓(ya)波動范圍內保證保護(hu)器的正(zheng)常工作(zuo)；信號(hao)(hao)調理電(dian)(dian)路對三(san)相電(dian)(dian)流信號(hao)(hao)進行(xing)(xing)濾(lv)波和(he)電(dian)(dian)平轉移，送入ADC進行(xing)(xing)交流實時采(cai)樣，避免了采(cai)用(yong)先整流再濾(lv)波方式造成的非線性(xing)失真，獲(huo)得較高(gao)的采(cai)樣和(he)保護(hu)精度，保證了本(ben)保護(hu)器的性(xing)能(neng)(neng)指(zhi)標；
2） 軟件部分功能(neng)采(cai)用(yong)模塊(kuai)(kuai)化設計(ji)，分為(wei)采(cai)樣(yang)中斷(duan)(duan)(duan)(duan)服(fu)務程序、主程序、通訊(xun)中斷(duan)(duan)(duan)(duan)服(fu)務程序三(san)個模塊(kuai)(kuai)。采(cai)樣(yang)中斷(duan)(duan)(duan)(duan)服(fu)務程序模塊(kuai)(kuai)用(yong)于對各種(zhong)信號進行(xing)采(cai)樣(yang)、變(bian)換、濾波、比較和判斷(duan)(duan)(duan)(duan)，實(shi)現短路、堵(du)轉、長時(shi)起動(dong)、缺相、三(san)相不平衡、過載、漏電閉(bi)鎖、過壓、欠(qian)壓等(deng)各種(zhong)保護功能(neng)；主程序模塊(kuai)(kuai)則(ze)用(yong)于非實(shi)時(shi)性的處理(li)工作，如(ru)菜單處理(li)、按鍵事件處理(li)、電池(chi)充(chong)電管理(li)、超(chao)溫報警判斷(duan)(duan)(duan)(duan)、LCD顯示和LED狀態顯示等(deng)；通訊(xun)中斷(duan)(duan)(duan)(duan)程序模塊(kuai)(kuai)則(ze)負責通訊(xun)請求的接收、校驗(yan)、解析、應答(da)信息的整理(li)、應答(da)處理(li)等(deng)；
3）結構與(yu)外形設計。滿足兼容(rong)性(xing)與(yu)通(tong)用(yong)性(xing)要求，在外形結構與(yu)尺寸上(shang)，與(yu)老式保護器完全(quan)保持一(yi)致，并采用(yong)通(tong)用(yong)的接線方式，以獲得廣泛的適應性(xing)。
2 實現功能
智能數字式電動機綜合保護器將(jiang)采用數字(zi)電路和(he)(he)(he)單(dan)片(pian)機技術設計，內置(zhi)高精度數據(ju)處理和(he)(he)(he)先進的保(bao)護(hu)算法，配(pei)合(he)礦用隔爆型(xing)電磁啟動(dong)器(qi)，實現對井下隔爆型(xing)電動(dong)機的短路、堵轉、長時起動(dong)、過(guo)載、缺相、三相不平(ping)衡、漏電、過(guo)壓和(he)(he)(he)欠壓等全功能保(bao)護(hu)；配(pei)備(bei)多點陣LCD顯示(shi)屏，中文多層(ceng)菜單(dan)，顯示(shi)信息(xi)齊(qi)全豐富；配(pei)備(bei)MODBUS RTU通(tong)訊接(jie)口，可(ke)方便地組(zu)網通(tong)訊；內置(zhi)48條帶時間刻(ke)度的事件記(ji)錄功能，可(ke)方便地查詢和(he)(he)(he)分(fen)析；并(bing)實現完全兼容(rong)JDB和(he)(he)(he)ABD8等老(lao)式保(bao)護(hu)器(qi)，可(ke)直接(jie)換代，方便升級和(he)(he)(he)改(gai)造(zao)。
3 經濟及安全效益分析
3.1 經濟效益分析
1）老式(shi)JDB系(xi)列電動機保(bao)(bao)護器由于(yu)功能單一、可靠(kao)性差、保(bao)(bao)護精度差、故(gu)障率較高等弊病，在實際使用過程中造成(cheng)了很大的(de)(de)(de)浪費(fei)。鶴煤各礦在用的(de)(de)(de)JDB系(xi)列電動機保(bao)(bao)護器按5000臺計算(suan)，JDB保(bao)(bao)護器的(de)(de)(de)進價約200元，修(xiu)復的(de)(de)(de)材料費(fei)按進價的(de)(de)(de)30%計算(suan)，消耗費(fei)用達(da)30萬(wan)(wan)元；返修(xiu)1臺按0.5個工(gong)(gong)時(shi)計算(suan)，則(ze)(ze)需要約2500個工(gong)(gong)時(shi)，地面人員(yuan)的(de)(de)(de)平均(jun)日(ri)工(gong)(gong)資(zi)為60元，則(ze)(ze)工(gong)(gong)資(zi)支出15萬(wan)(wan)元；總費(fei)用為45萬(wan)(wan)元；
2）新型 SJD-YD智能數字式電動機綜合保護器具(ju)有很高(gao)的(de)工作穩定性，年(nian)返修率可大幅降低到10%以下，修復1臺的(de)費用(yong)按300元計算，則一年(nian)的(de)修復材(cai)料費用(yong)為15萬元；
3）智能數字式電動機綜合(he)保護(hu)器應用(yong)后，年維護(hu)費可節省(sheng)30萬元。
3.2 安全效益分析(xi)
1） SJD-YD智能數字式電動機綜合保護器的(de)(de)高(gao)可靠性、高(gao)穩定性避免了設備(bei)漏電的(de)(de)漏報現象，從而基本上杜絕了設備(bei)漏電給設備(bei)安全運行和(he)人身安全帶來(lai)的(de)(de)隱患；
2）全功能的電動機綜合保護器功能完(wan)善(shan)解決了電(dian)動機(ji)的(de)全方位保護，避(bi)免(mian)了電(dian)動機(ji)長期(qi)處于非正常運(yun)行狀態(tai)而導致(zhi)的(de)不必(bi)要損(sun)壞，有效保障了電(dian)動機(ji)的(de)安全運(yun)轉(zhuan)。
4 結論(lun)
作為新(xin)型智(zhi)能(neng)(neng)數(shu)字式電(dian)(dian)(dian)動(dong)機(ji)保(bao)(bao)護(hu)裝(zhuang)置，該(gai)系(xi)列保(bao)(bao)護(hu)裝(zhuang)置集(ji)電(dian)(dian)(dian)動(dong)機(ji)全(quan)(quan)功能(neng)(neng)保(bao)(bao)護(hu)、網絡通訊為一體，以其(qi)全(quan)(quan)功能(neng)(neng)的(de)電(dian)(dian)(dian)動(dong)機(ji)保(bao)(bao)護(hu)、豐(feng)富的(de)顯(xian)示(shi)信息、中文多層(ceng)菜單操(cao)作、MODBUS RTU通訊接口、多條(tiao)事件記錄等(deng)亮(liang)點(dian)，不僅(jin)解(jie)決了JDB和ABD8等(deng)老式保(bao)(bao)護(hu)器存(cun)在的(de)諸多問題，而且滿足了現(xian)代(dai)煤礦對電(dian)(dian)(dian)磁啟動(dong)器功能(neng)(neng)全(quan)(quan)方位的(de)需求，為煤礦的(de)數(shu)字化、網絡化建設提供了設備層(ceng)的(de)解(jie)決方案，為實現(xian)全(quan)(quan)礦井最底層(ceng)設備實現(xian)監(jian)控(kong)奠定(ding)了硬件基礎，成為多種礦用真空(kong)電(dian)(dian)(dian)磁啟動(dong)器中老式電(dian)(dian)(dian)動(dong)機(ji)保(bao)(bao)護(hu)器最為理(li)想的(de)替(ti)代(dai)品。
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