齊佳龍

秦皇島港股份有限公司第九港務(wù)分公司

1 引言

秦皇島港煤五期堆料機高壓進線柜采用西門子7SJ62-5EB90-1FD0綜合保護裝置(以下簡稱7SJ62綜保裝置)進行保護整定，該設(shè)備具有電流速斷保護、欠壓保護、接地故障保護等功能。7SJ62綜保裝置的運行可靠性關(guān)系到整個堆料機供電系統(tǒng)穩(wěn)定性，一旦綜保裝置運行狀態(tài)異常，就可能造成保護功能失效，同時還會導(dǎo)致高壓柜真空斷路器跳閘，嚴重的甚至?xí)龎木C保裝置。

2017年，煤五期某堆料機曾發(fā)生一起高壓進線柜掉電故障。初步檢查發(fā)現(xiàn)高壓柜7SJ62綜保裝置的220 V控制電源跳閘，導(dǎo)致高壓柜VD4真空斷路器跳閘。技術(shù)人員更換綜保裝置的保險后，仍無法合閘。拆解綜保裝置后，發(fā)現(xiàn)線路板已燒毀，只能選擇更換新的裝置，導(dǎo)致長時間的故障延時。此次堆料機高壓柜掉電是因為綜保裝置發(fā)生故障后，沒有被及時發(fā)現(xiàn)并進行處理修復(fù)，長時間帶故障運行造成設(shè)備損壞。因此，開發(fā)一套能夠?qū)崟r監(jiān)測綜合保護裝置運行狀態(tài)，并及時發(fā)現(xiàn)綜保裝置異常情況和故障隱患的系統(tǒng)，對保障堆料機高壓供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性起著十分重要的作用。

2 系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

本項目一方面利用7SJ62綜保裝置完備的保護功能，根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備運行實際情況設(shè)置整定保護參數(shù)；另一方面，通過DIGSI軟件建立7SJ62綜保裝置與PLC之間的通信，編寫PLC程序?qū)崿F(xiàn)狀態(tài)參數(shù)采集，并在FactoryTalk SE 6.0平臺環(huán)境下開發(fā)堆料機綜保裝置在線監(jiān)測系統(tǒng)。管理人員可以通過安裝的客戶端軟件訪問該系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程查看和監(jiān)測堆料機高壓柜綜保裝置運行情況。

系統(tǒng)主要包括以下幾個部分：①DIGSI4.91軟件DP通信設(shè)置；②保護參數(shù)定值的計算；③編寫的PLC程序，采集參數(shù)，設(shè)置過流、欠壓等報警；④運用于FactoryTalk SE 6.0軟件開發(fā)堆料機綜保裝置監(jiān)測系統(tǒng)客戶端軟件平臺。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖見圖1。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

3 數(shù)據(jù)采集設(shè)計

為了監(jiān)測7SJ62綜保裝置的運行狀態(tài)，首先將采集到的測量值上傳至PLC，然后對采集到的數(shù)據(jù)進行分析處理。要讀取7SJ62綜保裝置中的測量數(shù)據(jù)，需要分為兩個步驟：PC機與7SJ62通信設(shè)置、7SJ62與PLC通信設(shè)置。

(1)PC機與7SJ62通信設(shè)置：PC機通過安裝DIGSI軟件與7SJ62進行通信，使用RS232通信電纜，需要使用交叉線，交叉線接法只需要將公頭端子2、3與母頭的端子3、2連接，5與5連接即可。

(2)7SJ62與PLC通信設(shè)置：通過Profibus總線將7SJ62綜保裝置實時數(shù)據(jù)傳遞至PLC，通信前需要配置綜保裝置中的參數(shù)，參數(shù)配置軟件采用西門子開發(fā)的DIGSI 4.91軟件，地圖文件版本選擇mapping file 3-3；DP地址需參照各設(shè)備的Profibus通信中規(guī)劃的數(shù)值來進行設(shè)置，秦皇島港煤五期堆料機中需設(shè)置DP_Address=4，其他參數(shù)為默認值，設(shè)置完成后即可與PLC之間通信。

4 保護參數(shù)計算

4.1 電流速斷保護

電流速斷保護主要針對電動機內(nèi)部定子繞組以及電源進線發(fā)生相間及接地短路故障的保護，在電動機啟動過程期間以及啟動結(jié)束后續(xù)運行過程中，應(yīng)分別選用不同方法計算電流整定值Izd[1]。

在電動機啟動時，為滿足電動機在滿載啟動過程中短路保護不發(fā)生動作，因此要求保護動作電流整定值Izd應(yīng)大于滿載啟動時啟動電流Iqd，即：

Izd=k×Iqd

(1)

式中，k為電動機啟動電流倍數(shù)，一般k取值為5～7。

在電動機后續(xù)運行過程中，保護動作電流整定值Izd的整定可不必考慮電動機的啟動電流影響[2]。因此，按照額定電流Ie的整數(shù)倍整定，即：

Izd=n×Ie

(2)

式中，n為電動機額定電流倍數(shù)，一般n取值為5～8。

按照上述方案設(shè)計電流速斷保護數(shù)值，能夠提高電動機在啟動及運行過程中電流速斷保護的靈敏性和可靠性。當(dāng)滿足故障電流大于保護動作電流整定值Izd的條件時，電流速斷保護即可迅速動作跳閘。堆料機懸皮高壓電機選用型號為西門子1LA4352-6AN60-Z，額定功率為355 kW，額定電流為43 A。代入上述兩個公式，保護動作電流整定值Izd定值應(yīng)取344 A。

4.2 欠電壓保護

電動機欠壓運行時轉(zhuǎn)矩將急劇下降，會造成電動機過載。當(dāng)電動機端電壓下降到額定電壓的60%時，電動機將無法正常啟動，因此必須對電動機設(shè)置欠電壓保護[3]，即：

Uzd=0.6×Ue

(3)

式中，Uzd為電壓整定值，kV；Ue為額定電壓值，kV。

堆料機進線柜額定電壓為6 kV，代入公式(3)，Uzd應(yīng)取3.6 kV。當(dāng)各相線電壓均小于欠壓保護動作電壓整定值時，即U小于Uzd，且達到規(guī)定的延時時間后，欠電壓保護發(fā)生，斷路器跳閘。當(dāng)電動機所接母線的進線斷路器跳閘而使母線失電時，欠壓保護將會閉鎖而不至于誤動作，同時7SJ62綜保裝置會顯示PT斷線報警信號。

5 PLC程序設(shè)計

5.1 電量采集程序

首先，根據(jù)該監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計要求，建立相應(yīng)的標簽表，在PLC程序中逐個創(chuàng)建相應(yīng)的標簽(見表1)。

表1 PLC程序標簽表

通過PLC程序中BTD指令采集出能夠表征電力系統(tǒng)運行狀態(tài)的電量，主要包括：電壓、電流、功率因數(shù)、系統(tǒng)頻率等。電流采集程序見圖2。

圖2 電流采集程序

5.2 故障報警程序

根據(jù)計算的過流和欠壓定值，編寫PLC報警程序，當(dāng)大于Idz或者小于Udz時，報警程序觸發(fā)。過電流報警程序見圖3。

圖3 過電流報警程序

6 上位機界面設(shè)計

應(yīng)用FactoryTalk SE 6.0軟件開發(fā)西門子7SJ62在線監(jiān)測系統(tǒng)。在FactoryTalk SE中，首先將各個高壓柜的分合閘狀態(tài)引入界面中，然后添加PLC程序讀取的來自7SJ62綜合保護裝置中的參數(shù)變量，使其在界面中逐一顯示出來，方便查看，最后添加PLC程序中設(shè)置的報警標簽。當(dāng)綜保裝置出現(xiàn)任何異常情況時，該監(jiān)測系統(tǒng)便能清晰直觀地顯示出來。

7 結(jié)語

應(yīng)用該系統(tǒng)，可實現(xiàn)對堆料機高壓進線柜西門子7SJ62綜合保護裝置運行狀態(tài)的動態(tài)監(jiān)測，并及時報警。開發(fā)的上位機界面不僅便于技術(shù)人員遠程查看、監(jiān)視設(shè)備的運行動態(tài)，還可第一時間了解設(shè)備故障原因，及時發(fā)現(xiàn)故障隱患，有效避免因綜保突發(fā)故障造成長時間停機、中斷生產(chǎn)情況的發(fā)生。