磨机主电机与进相机电气联锁保护的研究及应用

水泥 2007-06-14

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。
　

　该保护装置已在我市水泥企业普遍推广应用，对提高和完善磨机主电机与进相机安全运行的技术水平，起到了较好的促进作用。

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