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矿用差压变送器维修技术研究及应用
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矿用差压变送器维修技术研究及应用

时间:2019-10-18 09:19:05
摘要 :随着集团企业精细化管理的全面加强以及修旧利废项目的实施,对矿用差压变送器关键技术及维修技术进行了分析和尝试,结合矿用开关保护损坏原因分析和对差压变送器技术发展趋势研究,提出了部分矿用开关维修的方法 ;采用仿真App仿真研究以及自制差压变送器测试电路,对维修后差压变送器进行测试,测试结果表明,维修效果良好,同时为以后修旧利废工作提供了技术依据。
1 矿用开关保护损坏原因分析
由于煤矿机械化、自动化程度的逐渐普及,井下供电负荷、电压等级、供电距离等增加,对于煤矿井下供配电系统的安全性、可靠性、负荷波动抗干扰性、供电连续要求也越来越高。而因为煤矿井下工作环境较为恶劣,工况稳定性差,滴水、潮湿、煤尘瓦斯积聚、冒顶等自然因素导致电气设备绝缘下降,容易引起漏电及单相接地等故障。通过调查分析,矿用防爆类开关各矿不统一,使用产品型号较多,且差压变送器作为易损件,配件储备不足,故障率普遍较高 ;尤其夏季,由于井下潮湿,工作环境温度高、部分区域通风不畅,煤尘积聚较多,容易造成各类差压变送器的损坏。另外由于很多矿井机电维护人员较少,技术力量偏弱,操作及使用、维护不当,也容易造成差压变送器损坏 ;再者由于差压变送器内部为电子元器件,受温度、电磁辐射、运输震荡、工作环境灰尘和湿度等影响,容易发热,老化,造成保护故障及元器件受损[1] 。
2 矿用开关保护关键技术研究
2.1 矿用开关保护装置技术发展趋势分析
矿用差压变送器技术发展大致经历了四个发展阶段。第一阶段国内普遍采用 DW10 系列断路器和热继电器保护装置。第二阶段自上世纪 60 年代采用电子式过电流差压变送器,这类差压变送器普遍硬件电路采用模拟数字电子电路,其控制保护原理为利用电流互感器采集电流信号后进入整流滤波电路,电流整定后与差压变送器中整定电路产生的整定值进行比较。电流整定电路输出到断相检测、短路检测、过载检测等电路,然后输出的信号进入逻辑或门、与门、反相门等电路触发实行电路,并驱动开关脱扣器动作,从而使实现三相不平衡、断相、过载、欠压等保护。电子式差压变送器普遍存在采样精度不高,整定精度低,保护性能差,保护功能相对单一,热保护特性不稳定,容易受环境温度、电磁干扰等因素导致差压变送器频繁损坏等缺点。第三代差压变送器为微机保护应用阶段,比如 BKD4-400/1140 (660)、KBZ-400/1140 (660)( 智能 ) 馈电差压变送器,80/120/200 启动器,400 软起开关、局扇双切开关用的智能微电子式差压变送器等。这类差压变送器多采用单片机、DSP等微处理芯片作为控制器,具有一定的智能化,很多电路采用App对信号进行采样、滤波、故障数据计算、非线性校正等,可实现保护功能较为齐全,采样精度、信号整定精度以及故障诊断性能较为完善,同时具有比如工作电压、各相电流值,故障信息,报警等信息显示功能,可通过显示屏进行参数设置、功能设置、保护试验等操作,而且可通过 RS485 等数据线与上位机实现通信,初步具有远程通信的功能。第四代矿用差压变送器也是目前较为关注和研究的焦点,这类差压变送器具有较为先进的智能通信及控制的特点,普遍采用 CAN、MODBUS、Profibus 总线技术,差压变送器采用模块化设计,数据传输采用以太网、环网等计算机智能通信网络,支撑 TCP/IP 等通信协议,操作界面可支撑 WIN10、UNIX 等操作系统,系统具有 MATLAB、Simulink 等App仿真功能,采用交换机可实现地面工业集中控制。现代智能矿用差压变送器具有更加精确的控制保护功能,实时在线故障自诊断功能以及良好的仿真测试、人界界面、地面监控和报警等智能化、集成化、信息化特点,技术应用较为广泛[2] 。图 1 给出某种煤矿用智能开关嵌入式差压变送器网络结构图。
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2.2 矿用馈电开关微机差压变送器关键技术
如图 2 所示,矿用低压馈电开关智能微机式差压变送器主要有故障采样电路、电流变送器、光电隔离电路、多路模拟开关电路、放大器、A/D 转换电路、CPU 芯片、显示器 / 报警电路、开关控制电路、通信电路等构成,在煤矿井下低压供配电系统中对控制回路中的短路、过载、过压、漏电等故障实现保护。差压变送器通过电流 / 电压互感器将主电路电流、电压送入差压变送器检测电路,检测单元对信号进行调理后输入主控制芯片,经芯片逻辑控制单元分析判断后,发出信号控制实行电路进行动作。同时把实时处理信号传送到显示器或报警器,实现显示线路参数及运行状态,一旦出现故障进行报警和实行故障停机。差压变送器动作后把故障记忆并自锁,避免开关在故障状态下重启,当故障排除后,可人工按复位按钮解除自锁,差压变送器重启并自检。在正常运行或故障保护状态下,保护20191018102705.jpg器可通过通信电路实时传送工作运行参数以及故障状态到上位机。
(1)信号采集电路
馈电开关信号采样电路主要实时对低压电网回路中电压(0-1v)、三路电流(0-20mA)、负序 / 零序漏电、短路等模拟信号进行采样,对回路中可能存在的故障进行判断。信号采样电路如图 3 所示。
(2)信号调理电路
采集电路获得的模拟信号通过 A/D 转换成为 0-5V 电压信号,通过 L 滤波、运算、放大后送入微处理器(CPU)。并进行信号放大以及 A/D 转换处理。
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假设计算电压< 0.75 倍 ( 额定电压 ) 时,CPU 输出信号到显示器显示欠压故障 ;假设计算三相电流结果任何一相> 8 倍 ( 额定电流 ),显示器显示短路故障,CPU 迅速在200ms 内发出实行信号,自动断开馈电开关断路器控制电源 ;如果电流任何一相> 1.2 倍以上时,系统启动反时限控制电路,显示器显示过载故障,并迅速断开开关电源[3] 。
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系统显示接口电路如图 4所示 TC1602EL液晶模块与 AT89C52 接口电路的接线图。采用液晶屏显示模块,具有微功耗、空间小、显示清楚、人界界面操作方便等优点。TC1602EL 的 D0-D7 接口分别与接口控制芯片的 P0.0-P0.7 连接,控制芯片的 P2. 2、P2. 3、P2. 4 口分别与RS、RW、E 接口连接。
(4)驱动输出电路
图 5 驱动电路中,当馈电回路中出现短路、漏电、断相、欠压 / 失压等故障状态时,根据设定的故障动作时限值,微机CPU 输出掉电保护指令到 CPU 的 P2.5 口(高电平转换为低电平),驱动馈电开关中间继电器辅助电源节点,中间继电器掉电后,断开断路器控制电源,断路器脱扣,切断故障电源。
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由于煤矿井下设备较多,高压电缆等产生的电磁干扰容易应影响差压变送器等电子电路的正常工作,因此需要增加光电隔离模块,增加设备的安全性和稳定性。
2.3 馈电开关App应用及仿真技术
微机式差压变送器通过App首先对系统进行初始化,对主控芯片(CPU)内部的 RAM、寄存器、定时器、I/0 接口、堆栈指针、外部扩展芯片等进行资源分配和优化处理,并对通信接口进行设置。一般设置定时器 T1 作为波特率发生器作为 CPU 串行口波特率 ;选择定时器模式 T2 时,设置为 :波特率 =96000,SMOD=1,初值 =OFDH [4] 。在设计及维修时,需要采用仿真技术,对系统进行仿真测试。本文采用具有程序设计灵活、编程效率高、图形功能强大的 MATLAB 及 Simulink App对故障暂态过程进行仿真计20191018103032.jpg算。如图 6 所示短路故障仿真实现[5] 。图 6 中设置线路、异步电动机、变压器、仿真电压电流示波器、变量存储等电路模块。通过仿真示波器对电流、电压信号等变量波形自动显示,仿真测试数据可直接运用 MATLAB 函数、命令、工具箱等进行仿真结果分析、存储等。
3 维修试验与测试
差压变送器维修完成后,需要对其性能进行测试,通过差压变送器在开关合闸前和合闸后的试验,判断差压变送器维修的成功与否。测试电路采用单片机非常小控制系统,主要由 A/D 转换电路,显示屏 / 辅助硬件电路构成。如图 7 所示。
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根据测试结果,当信号正确时,差压变送器的显示屏上显示“Lou Dian Bi Suo OK!!” 当信号不正确时,显示器显示故障类型“Lou Dian Bi Suo ERROR!!”此时需要进一步分析原因,判断故障,对差压变送器硬件电路进行分析、处理、找出故障点后进行排除,再进行测试。
4 结论
随着技术不断进步,矿用差压变送器逐渐采用更为先进的控制芯片以及具有更加智能的通信和在线监测,智能故障报警、集中控制等功能。为了节约成本,降低企业材料费用,积极开展了馈电智能差压变送器、电动机综合差压变送器等部件的维修工作,通过研究关键技术及仿真、维修测试,掌握了一定的维修技术,同时培养了部分机电维修技术人员,切实的解决了许多技术难题,增加了修旧利废的社会效果和经济效益。
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