天地科技股份有限公司唐山分公司 杜秀峰

1.概述

煤炭工業(yè)自1981年開始對煤礦和地面生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行交流660V升壓實(shí)驗(yàn)和設(shè)備研制工作以來，經(jīng)過30多年的發(fā)展，交流660V供電電壓在工礦企業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。相對于交流380V供電電壓，660V供電系統(tǒng)具有節(jié)約有色金屬、供電質(zhì)量和穩(wěn)定性顯著提升、輸電能力強(qiáng)、電能損耗低等優(yōu)點(diǎn)。但由于660V電壓在我國仍處于推廣期，尚不完善，依然存在諸如變壓器中性點(diǎn)接地、電氣元件資源量有限、二次回路和繼電保護(hù)方案相對復(fù)雜等問題。因此，全國各行業(yè)設(shè)計(jì)院都盡量避開對660V供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用，而堅(jiān)持采用380V供電系統(tǒng)。

本文針對660V供電系統(tǒng)中數(shù)字電子式智能電動機(jī)綜合保護(hù)器（以下簡稱電動機(jī)綜合保護(hù)器）的選型設(shè)計(jì)過程進(jìn)行剖析，為工礦企業(yè)電動機(jī)保護(hù)向智能化、多功能化設(shè)計(jì)提供參考。

2.常規(guī)繼電保護(hù)裝置

我國的低壓電動機(jī)保護(hù)器經(jīng)歷了全面仿制、自主研發(fā)、升級換代、智能化等幾個(gè)發(fā)展階段。在微處理技術(shù)時(shí)代之前，以熱繼電器、熔斷器、電磁式電流繼電器以及模擬式電動機(jī)保護(hù)器為主的常規(guī)低壓繼電保護(hù)裝置被視為首選產(chǎn)品。盡管這些產(chǎn)品現(xiàn)在依然被應(yīng)用著，可他們本身存在很多的問題，主要體現(xiàn)在功能單一、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大、安裝空間受限、整定和采樣精度差、容易受到使用環(huán)境影響、無法實(shí)現(xiàn)多功能一體化保護(hù)等方面。

鑒于上述原因，常規(guī)電動機(jī)保護(hù)裝置必將被更先進(jìn)的技術(shù)產(chǎn)品淘汰，而以單片機(jī)為基礎(chǔ)的數(shù)字電子式智能電動機(jī)綜合保護(hù)器，它改變了傳統(tǒng)電動機(jī)保護(hù)與控制模式，極大地彌補(bǔ)了常規(guī)繼電保護(hù)裝置的缺點(diǎn)。

3.綜合保護(hù)器的特性

3.1 保護(hù)功能：電動機(jī)綜合保護(hù)器集成了過載、過電流、欠載、堵轉(zhuǎn)、缺相/不平衡、啟動加速超時(shí)、接地、外部故障、欠電壓、漏電、欠功率等保護(hù)功能。

3.2 控制模式：直接、可逆、雙速、星/三角、自藕降壓、電阻降壓等控制模式可任選其一。

3.3 通訊功能：和高壓（6KV以上）微機(jī)綜合保護(hù)器一樣，低壓綜合保護(hù)器多半兼容Modbus-RTU、Profibus-DP或者DeviceNet通訊協(xié)議。

3.4 測量功能：可對電動機(jī)三相電流、接地電流、電流不平衡率、熱容量、三相電壓、漏電電流、有功功率、功率因數(shù)等重要參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)取樣測量。

3.5 其他特性：很多品牌的綜合保護(hù)器甚至還集成若干DI、DO、AI等接口；另外，故障信息查詢、啟動參數(shù)設(shè)定、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定等功能也必不可少。

4.綜合保護(hù)器選型設(shè)計(jì)

陜西神木縣崔家溝煤礦篩分破碎系統(tǒng)是典型的工礦企業(yè)地面生產(chǎn)系統(tǒng)。新建的篩分破碎車間設(shè)計(jì)處理能力為300萬噸/年。為與井下供電統(tǒng)一供電電壓，建設(shè)方要求該系統(tǒng)供電電壓為交流660V。該系統(tǒng)共安裝直接起動電機(jī)24臺，符合參數(shù)見表1。

表1 篩分破碎車間直接啟動設(shè)備負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表

表1中所列電動機(jī)，其綜合保護(hù)器選用上海納宇電氣有限公司MC800系列，該系列產(chǎn)品選型參數(shù)詳見表2。

表2 MC800系列額定電流、運(yùn)行方式、附加功能對照表

4.1 本體選型

MC800系列保護(hù)器采用分體式結(jié)構(gòu)，一套完整的保護(hù)器分為本體和附件兩部分。MC800本體的編號規(guī)則為“MC800--額定電流--運(yùn)行方式/附加功能”。電動機(jī)運(yùn)行方式均為直接起動，對照編號為A；額定電流需根據(jù)表1中每臺電動機(jī)額定電流的符合計(jì)算結(jié)果來確定。例如，設(shè)備101A額定電流為300A，對應(yīng)表2中使用范圍為250-500A。

附加功能則結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行選擇，崔家溝煤礦篩分破碎系統(tǒng)在規(guī)劃初期，建設(shè)方就提出將供電系統(tǒng)信息化，因此，電動機(jī)綜合保護(hù)器必須具備標(biāo)準(zhǔn)的通訊協(xié)議，因此將Modbus-RTU以及Profibus-DP兩種接口全部選配。對于660V供電系統(tǒng)來說，漏電保護(hù)及電壓功能也是必選項(xiàng)，這樣最終確定附加功能編碼為LUMRP。

4.2 附件選型

附件包括顯示模塊、串口通訊電纜、漏電互感器、外部電流互感器。盡管本體可獨(dú)立運(yùn)行，但若要對其參數(shù)進(jìn)行查看或設(shè)置，則必須選用MC820顯示模塊以及T9串口通訊電纜。因?yàn)楸倔w選配了漏電保護(hù)功能，所以每臺電動機(jī)需根據(jù)電纜線經(jīng)另外配CT30或CT100漏電互感器。

當(dāng)電動機(jī)額定電流大于100A時(shí)，即電動機(jī)配置額定電流為250A及以上的MC800系列電動機(jī)綜合保護(hù)器時(shí)，需另外配置CT40型外部電流互感器。由表1可見，篩分破碎車間內(nèi)直接起動的電機(jī)中，101A、201、217A、218A符合上述特征。至此，選型工作全部完成，選型結(jié)果詳見表3。

表3 崔家溝煤礦篩分破碎660V供電系統(tǒng)直接啟動電機(jī)MC800選型表

5.主回路一次方案設(shè)計(jì)

通過選型表可以看出，除了電動機(jī)起動主回路是否選配外部互感器這一區(qū)別外，其控制和通訊要求完全相同，所以不再介紹二次控制和通訊回路的設(shè)計(jì)。主回路一次方案可分為兩種，詳見圖1。

圖1 崔家溝煤礦篩分破碎660V直接啟動設(shè)備主回路一次方案圖

兩種原理區(qū)別就在于是否選配CT40外部互感器。MC800系列電動機(jī)綜合保護(hù)器與其他品牌綜合保護(hù)器相比，最特別之處在于沒有選配CT40互感器的回路在接線時(shí)，主回路三芯動力電纜順次穿過MC800本體的三個(gè)孔即可。而選配了CT40互感器的回路在接線時(shí)，需要將3個(gè)CT40互感器的S1端子出線分別數(shù)次穿過MC800本體的三個(gè)穿線孔，再回到各自的S2端子，且每個(gè)CT40互感器的S2端子均需要接地。在設(shè)計(jì)時(shí)，手冊中的典型接線方式并沒有提及，需另外咨詢技術(shù)方。

6.結(jié)論

從崔家溝煤礦篩分破碎車間供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程來看，MC800系列智能電動機(jī)綜合保護(hù)器能夠?qū)崿F(xiàn)對工礦企業(yè)交流50HZ、額定工作電壓AC380/660V、額定電流800A以下的異步電動機(jī)的全方位保護(hù)，并完成了對電動機(jī)運(yùn)行參數(shù)的測量、操作控制、記錄管理和遠(yuǎn)程通訊等功能。其附件配置齊全、典型應(yīng)用實(shí)例更是極大地簡化了設(shè)計(jì)流程，為工礦企業(yè)生產(chǎn)過程控制提供了科學(xué)且有效的現(xiàn)場級保護(hù)、測控功能。

[1] 蔣麥占.660V配電—節(jié)能、省投資、可行[J].電氣工程應(yīng)用,2008,2.

[2] 顧永輝.工礦企業(yè)660V供電[M].煤炭工業(yè)出版社,1997,1.