董桂華　李學(xué)文　傅　博

（昆明有色冶金設(shè)計(jì)研究院股份公司，昆明　650051）

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某電爐循環(huán)泵站信號(hào)及報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

董桂華李學(xué)文傅博

（昆明有色冶金設(shè)計(jì)研究院股份公司，昆明650051）

本文分析了利用信號(hào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)某電爐循環(huán)泵站電氣設(shè)備故障信號(hào)指示及報(bào)警，以及工藝參數(shù)異常指示及報(bào)警，給出了其信號(hào)系統(tǒng)的組成、實(shí)現(xiàn)方式和運(yùn)行調(diào)試分析。

循環(huán)泵站；信號(hào)系統(tǒng)；故障報(bào)警；運(yùn)行調(diào)試

某工業(yè)硅電爐車間循環(huán)泵站為電爐生產(chǎn)提供循環(huán)冷卻水，該循環(huán)冷卻水系統(tǒng)由電爐變壓器循環(huán)水系統(tǒng)、電爐循環(huán)水系統(tǒng)和電爐煙道循環(huán)水系統(tǒng)，以及冷卻塔構(gòu)成。循環(huán)泵站內(nèi)的用電負(fù)荷中，大部分為一級(jí)或二級(jí)負(fù)荷，為保證循環(huán)泵站內(nèi)設(shè)備安全平穩(wěn)運(yùn)行，除了提供雙電源或雙回路供電系統(tǒng)外，有必要設(shè)置相應(yīng)的信號(hào)系統(tǒng)。

對(duì)于信號(hào)及報(bào)警系統(tǒng)，通常是在PLC控制系統(tǒng)上進(jìn)行相應(yīng)的硬件配置和程序開(kāi)發(fā)，很容易實(shí)現(xiàn)該功能。鑒于本車間目前沒(méi)有設(shè)置相應(yīng)PLC系統(tǒng)，如果配置該P(yáng)LC系統(tǒng)，則受到投資成本大和運(yùn)行維護(hù)能力不足等因素制約。本設(shè)計(jì)采用在電氣接線上留出相應(yīng)的電氣接點(diǎn)，通過(guò)在控制室或值班室內(nèi)安裝一組信號(hào)箱的方式，實(shí)現(xiàn)信號(hào)及報(bào)警系統(tǒng)，以滿足正常生產(chǎn)運(yùn)行的要求。

1　功能分析

本電爐車間循環(huán)泵站中，需要對(duì)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行集中監(jiān)視的對(duì)象及設(shè)備主要有：進(jìn)行備用切換的泵組狀態(tài)顯示，30余臺(tái)循環(huán)水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)以及4座水池液位情況。本設(shè)計(jì)中為滿足上述功能，根據(jù)功能的不同和設(shè)備的位置分布對(duì)監(jiān)視的對(duì)象進(jìn)行系統(tǒng)的劃分，對(duì)應(yīng)的信號(hào)及報(bào)警系統(tǒng)劃分成以下3個(gè)部分內(nèi)容：備用切換信號(hào)系統(tǒng)、電氣設(shè)備運(yùn)行信號(hào)系統(tǒng)和冷卻水池的液位信號(hào)系統(tǒng)。

1）備用切換信號(hào)系統(tǒng)

為滿足工藝要求，各組循環(huán)冷卻水泵均采用 2 用1備型式，均為熱備用，當(dāng)某臺(tái)運(yùn)行設(shè)備停止運(yùn)行時(shí)，通過(guò)備用切換保證正常生產(chǎn)要求，該信號(hào)系統(tǒng)顯示備用狀態(tài)。

2）電氣設(shè)備運(yùn)行信號(hào)系統(tǒng)

電氣設(shè)備主要是電動(dòng)機(jī)設(shè)備，電氣設(shè)備運(yùn)行時(shí)的各種故障信息，通過(guò)信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行集中的指示及故障報(bào)警。

3）冷卻水池液位信號(hào)系統(tǒng)

根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程安全性要求，各水池液位設(shè)高低位和溢流報(bào)警水位顯示及報(bào)警。

2　信號(hào)選取

信號(hào)選取作為信號(hào)報(bào)警系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，本次信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，對(duì)信號(hào)的選取從以下幾點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行綜合考慮：

1）選取的信號(hào)能反映出的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，需有準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

2）選取的信號(hào)宜為無(wú)源接點(diǎn)，信號(hào)高電平由信號(hào)箱通過(guò)信號(hào)線統(tǒng)一配出。

3）選取的信號(hào)能夠遠(yuǎn)傳到信號(hào)箱。

備用切換信號(hào)系統(tǒng)中，需要采集的信號(hào)包括投入運(yùn)行的設(shè)備指示和備用設(shè)備指示，利用轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)選擇備用設(shè)備時(shí)，接觸點(diǎn)接通斷開(kāi)，并通過(guò)中間繼電器進(jìn)行判斷，輸出信號(hào)。

電氣設(shè)備運(yùn)行信號(hào)系統(tǒng)中，需要采集的信號(hào)包括電源信號(hào)、運(yùn)行信號(hào)和故障信號(hào)。通常設(shè)備配電在低壓配電室的低壓屏上，設(shè)備控制在現(xiàn)場(chǎng)控制箱上，在低壓屏上顯示設(shè)備運(yùn)行和故障信號(hào)，在現(xiàn)場(chǎng)控制箱上顯示電源信號(hào)。

電氣設(shè)備運(yùn)行信號(hào)通常取其配電回路接觸器輔助觸點(diǎn)，電源信號(hào)通常取其配電回路斷路器輔助觸點(diǎn)，故障信號(hào)有兩類：①電源故障，指斷路器跳閘；②設(shè)備故障，對(duì)于電動(dòng)機(jī)而言，通常取配電回路熱繼電器輔助觸點(diǎn)，對(duì)于成套設(shè)備而言，通常有專門的輸出觸點(diǎn)對(duì)應(yīng)不同故障類型。

液位信號(hào)系統(tǒng)中，各類液位信號(hào)通過(guò)設(shè)置在水池中的液位傳感開(kāi)關(guān)的輸出接點(diǎn)接入信號(hào)系統(tǒng)的方式實(shí)現(xiàn)。

通過(guò)以上分析，本信號(hào)及報(bào)警系統(tǒng)中所需信號(hào)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1　信號(hào)清單

3　系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1整體結(jié)構(gòu)

整個(gè)循環(huán)泵站信號(hào)及報(bào)警系統(tǒng)如圖1所示。整個(gè)系統(tǒng)設(shè)1臺(tái)信號(hào)箱對(duì)6臺(tái)低壓屏（或動(dòng)力箱）、8臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)控制箱以及現(xiàn)場(chǎng)中的各種狀態(tài)信息進(jìn)行集中顯示和報(bào)警。信號(hào)箱有2個(gè)功能，首先是為各子系統(tǒng)信號(hào)回路統(tǒng)一提供電源，然后是接收各子系統(tǒng)傳來(lái)的電氣信號(hào)，并完成顯示和報(bào)警。信號(hào)箱設(shè)在值班控制室，低壓屏設(shè)在配電，其余設(shè)備在車間現(xiàn)場(chǎng)，各類信號(hào)通過(guò)信號(hào)電纜進(jìn)行傳遞。

圖1　循環(huán)泵站信號(hào)及報(bào)警系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

3.2設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

1）備用切換信號(hào)

本系統(tǒng)中備用切換的3組設(shè)備，每組在現(xiàn)場(chǎng)控制箱內(nèi)通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA，選擇出備用設(shè)備的編號(hào)。對(duì)于兩用一備方式，對(duì)應(yīng)的切換檔位為 4檔（“1#備用”、“2#備用”、“3#備用”以及“檢修”），各個(gè)檔位上對(duì)應(yīng)接通觸點(diǎn)，其中一路連通控制回路，一路至信號(hào)系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)箱和信號(hào)箱相應(yīng)的信號(hào)系統(tǒng)接線示意圖如圖2（a）所示，虛線內(nèi)為控制接線，SA選擇“1#備用”后，由1kA發(fā)出信號(hào)至信號(hào)箱AX。

圖2　信號(hào)系統(tǒng)接線示意圖

2）電氣設(shè)備運(yùn)行信號(hào)

信號(hào)箱中通過(guò)指示燈顯示設(shè)備運(yùn)行故障和電源故障，并進(jìn)行電鈴報(bào)警，相應(yīng)接線示意圖如圖2（b）所示。以1#電爐循環(huán)水泵為例，運(yùn)行信號(hào)取接觸器輔助觸點(diǎn)1KM，接觸器線圈失電后輔助觸點(diǎn)動(dòng)作，通過(guò)4KA發(fā)出信號(hào)。設(shè)備故障信號(hào)取熱繼電器輔助觸點(diǎn)1KH，電機(jī)過(guò)熱動(dòng)作后，通過(guò)6KA發(fā)出信號(hào)。運(yùn)行時(shí)斷路器故障跳閘后，通過(guò)5KA發(fā)出信號(hào)，在信號(hào)箱顯示狀態(tài)同時(shí)，通過(guò)5KA1觸點(diǎn)閉合，接通電鈴回路。

3）液位信號(hào)系統(tǒng)

液位信號(hào)采用 UQX-2型浮球懸掛式液位信號(hào)器，其原理是浮球內(nèi)有干簧觸點(diǎn)，液位變化時(shí)導(dǎo)致浮球發(fā)生翻轉(zhuǎn)變化，使干簧觸點(diǎn)動(dòng)作最終發(fā)出信號(hào)。接線和安裝方式如圖3所示。每個(gè)水池有3個(gè)浮球，分別在水池達(dá)到溢流液位，高液位和低液位3種狀態(tài)時(shí)，干簧觸點(diǎn)的接通或閉合狀態(tài)發(fā)生改變。例如在1#水池中，當(dāng)液位低于報(bào)警低水位時(shí)，浮球1SW2觸點(diǎn)1-S3由常閉變?yōu)槌ｉ_(kāi)；當(dāng)液位超過(guò)報(bào)警高水位時(shí)，浮球1SW1觸點(diǎn)1-S2由常開(kāi)變成常閉。

圖3　液位信號(hào)系統(tǒng)接線及安裝示意圖

4　運(yùn)行調(diào)試

在運(yùn)行調(diào)試期間時(shí)，大多數(shù)信號(hào)都能按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行顯示和報(bào)警。運(yùn)行調(diào)試中發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題，進(jìn)行了相應(yīng)改進(jìn)，完善該信號(hào)系統(tǒng)的各項(xiàng)設(shè)計(jì)功能。

在液位信號(hào)系統(tǒng)的最初接線中，1S3和1S1，1S2接法一致，浮球觸點(diǎn)直接串聯(lián)1HL3和1KA3，在1HL3串聯(lián) 1KA3常閉觸點(diǎn)，正常情況觸點(diǎn)不接通1HL3，1KA3線圈失電后，希望該觸點(diǎn)接通1HL3。當(dāng)液位下降至低水位時(shí)，未輸出報(bào)警。通過(guò)分析接線發(fā)現(xiàn)，當(dāng)達(dá)到低水位時(shí)，1S3觸點(diǎn)常閉變常開(kāi)狀態(tài)，1KA3線圈和指示燈均斷開(kāi)，指示燈未接通。通過(guò)將低水位指示燈1HL3和1KA3常閉觸點(diǎn)構(gòu)成的指示回路移至電源處，即可實(shí)現(xiàn)報(bào)警 1HL3的報(bào)警指示功能。

在整個(gè)信號(hào)箱系統(tǒng)中的任何故障信息，都接通電鈴回路，值班人員結(jié)合聲光報(bào)警發(fā)現(xiàn)故障設(shè)備。但是在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)具體的故障點(diǎn)，但未排除故障前，電鈴一直接通，造成不必要的警報(bào)。通過(guò)接入轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA1，設(shè)置“投入報(bào)警”和“解除報(bào)警”檔位，在發(fā)現(xiàn)故障位置后，解除報(bào)警，在處理完故障后投入報(bào)警。

由于液位信號(hào)器在水池內(nèi)外，屬于潮濕型特殊環(huán)境，在檢修時(shí)為保證人員安全，可采取的方式有兩種：①在原信號(hào)箱液位信號(hào)系統(tǒng)的電源側(cè)加裝剩余電流保護(hù)器；②該回路采用特低壓供電，加裝 1 臺(tái) 220V/12V變壓器。如果采用特低壓供電，該回路容量太低，選用變壓器方式不太適合。本次設(shè)計(jì)采用加裝剩余電流保護(hù)器方式，剩余電流值不大于30mA，設(shè)備發(fā)生單相接地故障時(shí)，能夠切斷電源，保證運(yùn)行的安全性。

5　結(jié)論

在電爐車間循環(huán)泵站利用信號(hào)及報(bào)警系統(tǒng)信號(hào)箱，使不同類型信號(hào)進(jìn)行了集中采集顯示和報(bào)警。本次設(shè)計(jì)在某些控制要求簡(jiǎn)單的場(chǎng)合，作為PLC控制的替代，利用電氣控制技術(shù)進(jìn)行了實(shí)踐和嘗試，節(jié)省了項(xiàng)目成本，取得了較為滿意的效果。

［1］ 中國(guó)航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院組. 工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］. 3版. 北京︰中國(guó)電力出版社，2005.

［2］ 五洲工程設(shè)計(jì)研究院組. 工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］. 2版. 北京︰中國(guó)電力出版社，1997.

［3］ GB 50052—2009. 供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［4］ 王厚余. 建筑物電氣裝置 600問(wèn)［M］. 北京︰中國(guó)電力出版社，2013.

［5］ 倪遠(yuǎn)平. 現(xiàn)代低壓電器及其控制技術(shù)［M］. 重慶︰重慶大學(xué)出版社，2003.

Design on Signal and Alarm System of Circulating Pump Station in Electric Furnace Shop

Dong GuihuaLi XuewenFu Bo
（Kunming Engineering & Research Institute of Nonferrous Metallurgy Co.，Ltd，Kunming650051）

The paper analyzes the realization of fault indicator and alarm system of electrical equipment and process parameters in circulating pump station of electric furnace shop. The corresponding composition，realization of the signal system and the analysis of operate commissioning are listed.

circulating pump station； signal system； fault alarm； operate commissioning

董桂華（1984-），男，重慶豐都人，注冊(cè)電氣工程師. 主要研究方向?yàn)殡姎庾詣?dòng)化技術(shù)。