磨机主电机与进相机电气联锁保护的研究及应用

 

     为了提高磨机主电机与进相机无功补偿串级运行的安全可靠性，研究设计了简单实用的FZ-DLB型进相机电气联锁保护器。加之辅助的电器元件，组成进相机电气联锁保护装置，以避免主电机和进相机在起动、运行过程中异常事故的发生。

 

   立窑水泥厂球磨机配套主电机多选用绕线式异步电动机，并采用在主电机转子回路串接自激式进相机(以下简称进相机)进行无功补偿的串级运行方式。 
　　
    该串级运行方式，对于磨机的运行来说，具有既节电又增产的效果。较之用并联电容器、异步电动机同步化运行等无功补偿方法，则有其不可比拟的的独特优越性，在水泥行业的两磨(生料磨、水泥磨)上被普遍推广应用。 
　　
    浮来山水泥厂自1992年技改扩建以来，先后在4台磨机上配套应用南京进相机厂生产的FZ-3、FZ-4型进相机各2台，取得了一定的经济效益。但在实际应用中，我们发现生产厂家原来提供的进相机控制柜保护电路不完善，缺乏必不可少的电气联锁保护装置。为此，我们研究设计了简单实用且造价低廉的FZ-DLB型进相机电气联锁保护器，加之辅助的两只中间继电器和一只小型闸刀开关，构成电气联锁保护装置。经过几年来运行实践证明，该保护装置动作灵敏、安全可靠、经久耐用，达到了预期的设计要求。 

1　进相机电气联锁保护的必要性 

　　目前进相机配套的控制柜中没有装设电气联锁保护装置。只是在其使用说明书中，简要介绍:“首先把双投刀开关S投向变阻器L，然后起动主电机M1和驱动电机M2，待主电机运行正常后，再把双投刀开关S投向进相机FZ。” 
　　
    然而，在工厂的日常操作中，由于电工的一时疏忽，在双投刀开关未投向变阻器L一边，而带上进相机FZ进行起动，这将造成误操作事故———不但主电机不能起动，而且起动转子电流将把进相机烧坏；再者，在驱动电机带进相机与主电机串级运行过程中，由于驱动电机电源保险熔断等原因，致使驱动电机和进相机断电停机，这又将造成严重的设备运行异常事故———主电机带着静止的进相机运行。这时的进相机已失去无功补偿的作用，主电机定子电流急速升高，静止的进相机成了有害无利的电抗器。主电机强大的转子电流将把进相机烧坏，并进而危及到主电机自身。据有关资料和厂家介绍，上述两种设备异常烧损事故，在水泥行业已多次发生。 
　　
    因此，进相机与主电机的串级运行必须可靠联锁，该电气联锁保护的功能有二，1)在主电机起动时，只允许带变阻器起动。如果不慎带进相机起动，必须做到拒绝起动；2)在主电机正常运行时，必须带旋转的进相机运行。一旦进相机因故停转，主电机必须同时停止运行。 

2　FZ-DLB型电气联锁保护器工作原理 

　　FZ-DLB型电气联锁保护器，外形结构见图1，电气原理如图2。 
　　 



　　图2　电气联锁保护器电气原理图 

　　FZ-DLB型电气联锁保护器由整流电源 target=_blank>稳压电源和电气联锁及接点输出回路两部分组成。一次侧设置FU快速熔断器，起到短路保护作用。 
　　图2中二极管V6为电源指示，二极管V7为联锁指示。当联锁端3、4接通或断开时，由继电器J的常开接点J-1和常闭接点J-2组成的接点输出回路，配合双投刀开关QS的短接或断开来完成电气联锁控制保护功能。 

3　电气联锁保护装置实用线路介绍 

　　图3是该厂Φ1.83m×6.4m磨机主电机(JR138-8，380V，245kW)与FZ-3型进相机电气联锁保护系统实用电路图。 
　　 

　　图3　主电机与进相机电气联锁保护系统原理 

3.1　电气联锁保护装置安装接线 
　　

1)电气联锁保护器KL安装于主电机起动控制柜，用2×1.5mm2铜芯塑料线将220V交流电源接在KL的①②工作电源端。 
　　

2)从进相机控制柜双投刀开关QS起动位置任一边相的动、静触头端，用2×1.5mm2橡套软线接在KL的③④电气联锁回路输出端。 
　

3)KL的⑤⑥常开接点输出端与主电机起动控制按钮SB2串联后，再与主电机交流接触器1KM的辅助接点1KM3的一端并联。 
　　

4)KL的⑧⑨常闭接点一端与中间继电器2KA线圈串联，另一端与1KM的辅助接点1KM3串联。 
　　

5)在进相机控制柜加装一只中间继电器4KA和原有的交流接触器3KM线圈并联，以达到同步起动运行或停止。 
　　

    在进相机控制柜加装一只单相闸刀开关1QK，与中间继电器4KA的接点4KA1、4KA2串联后，并联于接触器3KM主接点的电源侧；4KA接点的另一端必须同相并接于3KM主接点的负荷侧。 
　　

    在主电机起动控制柜加装一只中间继电器2KA，其线圈与KL的⑧⑨常闭接点串联后，其常闭接点2KA2 与主电机的短接接触器2KM线圈串联，2KA1与时间继电器KT线圈串联。 

3.2　起动过程的电气联锁保护 
　　

    主电机起动时，如果电气操作工没有把双投刀开关QS投向起动位置，仍在运行位置，即主电机转子回路串接着进相机。此时，因电气联锁保护器KL的联锁回路输出端③④未被QS的动、静触头短接，KL的常开接点输出端⑤⑥不能闭合，致使主电机起动按钮回路不导通，因此主电机拒绝起动，达到了主电机带进相机无法起动的保护目的。 

3.3　运行过程的电气联锁保护 
　　

    在主电机和进相机串级运行过程中，当发生驱动电机M2电源保险熔断，或热继电器过载跳闸等故障，使得接触器3KM和中间继电器4KA同时失压，3KM主接点断开，其负荷侧控制的4KA1、4K2亦断开，主电机起动控制柜的控制电源失压，致使进相机FZ和主电机M1同时失压而停止运行。达到了主电机不允许带静止的进相机运行的保护目的。 

3.4　短接接触器自动断电的电气联锁保护 
　　

    在主电机起动过程结束后，立即将双投刀开关QS投向运行位置，使主电机M1和进相机FZ构成无功补偿的串级运行方式。这时，由于KL联锁回路输出端③④断开，共输出接点⑤⑥断开，⑧⑨闭合，中间继电器2KA得电吸合，其常闭接点2KA1、2KA2断开，致使时间继电器KT、中间继电器3KA、短接接触器2KM均自动断电，而退出运行。从而达到了在进相机运行时，短接接触器自动退出运行的电气联锁保护的目的。 
3.5　进相机退出运行进行维修的切换过程 
　　

    进相机运行过程中，如果遇到电刷火花过大、轴承端过热、平衡失调振动过大等异常情况，需要将进相机退出运行维修时，其切换过程为:先将双投刀开关QS由运行位置投向起动位置，KL联锁回路③④被短接，输出接点⑤⑥闭合，⑧⑨断开。时间继电器KT得电吸合延时15s后，接触器2KM得电吸合并自锁，将频敏变阻器RF短接，主电机进入切除进相机无功补偿而单机运转的运行方式。此时将切换开关1QK闭合，主电机起动控制电源被切换到3KM主接点的电源侧。即主电机与进相机同步停机的电气联锁暂时解除，待进相机修复投运时再切换恢复。按动SB3停止按钮，使进相机断电退出运行。从而达到在进相机退出运行时，不影响主电机的正常运行。 

4　几项补充说明 

1)在主电机及进相机起动控制柜新增设的2KA、4KA，均为常用的JZ7-44型中间继电器。单相小型闸刀开关1QK，额定电压380V、额定电流5～10A，也可改用小型二极自动空气开关。 
　　

2)图3中的KB是南京金大为实业有限公司生产的JDB系列电子式多功能电动机保护器，具有过载、断相、起动自闭锁等保护功能，是替代热继电器的电子型电机保护新产品。 
　　

3)电气联锁保护器KL的联锁回路输出端③④工作电压为直流12V，低于与其短接的双投刀开关QS单极工作电压(直流15V)，而且中间又经过变压器电源降压隔离，符合国家安全电压系列标准，对于设备运行及人员操作都是符合安全要求的。 

5　结束语 

　　综上所述，在主电机与进相机无功补偿的串级运行过程中，研究设计电气联锁保护装置是非常必要的，也是简便可行的。该保护装置器件总造价在200元左右，花钱不多，却又解决了运行设备的事故隐患，达到了对现场运行设备经济合理的技术改造目的。