郭超超

江鈴汽車股份有限公司 江西 南昌 330001

引言

從理論上講,中頻爐電源是一個不接地的浮地電路,然而事實上,漏到地面的電流不可能沒有,其主要原因是冷卻水充當(dāng)了地電流流動的直接媒介以及系統(tǒng)的絕緣性能下降等。中頻感應(yīng)爐工作在高電壓、大電流的狀態(tài)下,這對操作人員的安全提出了更高的要求,其中漏電流的檢測是保護(hù)操作人員及設(shè)備安全運行的關(guān)鍵裝置。

1 中頻爐工作原理

工廠的三相變壓器產(chǎn)生交流電源連接到中頻電源進(jìn)線。經(jīng)過斷路器后的電路首先經(jīng)過電感后進(jìn)入由可控硅組成的整流橋,將濾波后的交流電整流成為直流電。直流電進(jìn)一步經(jīng)過電抗器,大大減少諧振以減輕對電網(wǎng)和工廠其他設(shè)備的諧波干擾。由可控硅組成的逆變橋?qū)⒅绷麟娔孀優(yōu)榻涣麟?將工頻50 Hz轉(zhuǎn)變?yōu)橹蓄l(300 Hz-10000 Hz),經(jīng)過電容電阻吸收后進(jìn)一步濾波減少諧振,保護(hù)電路。變頻后的中頻交流電供給電容和感應(yīng)線圈組成的負(fù)載(線圈和電容可并聯(lián),也可串聯(lián)),利用感應(yīng)線圈中產(chǎn)生高密度的磁力線,使金屬材料產(chǎn)生渦流,金屬自身的自由電子在有電阻的金屬體里流動產(chǎn)生熱量后熔化。

2 漏電流檢測裝置

2.1 漏電流檢測裝置的作用

漏電流檢測裝置具有對漏電流檢測和判斷的功能,是控制器進(jìn)行保護(hù)動作的輸入信號,它可對漏電流、接地或絕緣進(jìn)行監(jiān)視,從而保障系統(tǒng)與人身安全。

2.2 傳統(tǒng)的差動式漏電流檢測裝置工作原理

差動式漏電流檢測系統(tǒng)是安裝在逆變輸出端上,由電流互感器檢測。沒有漏電流時,從一個逆變導(dǎo)體中流出的電流,必通過另一導(dǎo)體返回。電流互感器上測量不出任何電流差。但是,如果接地或其他故障,在兩個導(dǎo)體中流動的電流不能相互抵消,電流互感器即可測出電流差。電流差輸入比較電路,比較器將這一電流與漏電流設(shè)定值(通常是50毫安培)相比較,超過這一數(shù)值時,比較器電路發(fā)出跳閘信號,切斷系統(tǒng)電源。

2.3 耦合式漏電流檢測裝置

2.3.1 耦合式漏電流檢測裝置系統(tǒng)框圖(圖一)

圖一 耦合式漏電流檢測裝置系統(tǒng)框圖

2.3.2 耦合式漏電流檢測裝置主要組成部分及功能

耦合式漏電流檢測裝置主要有以下幾部分組成:電阻(1)、電容(2)、電流互感器(3)、有效接地點(4)、漏電流監(jiān)測模塊(5)、PLC模塊(6)、人機交互界面HMI(7)、主控制器MCU(8)、數(shù)顯漏電流表(9)、電源系統(tǒng)(10)。

電阻(1)采用并聯(lián)方式,作用是當(dāng)出現(xiàn)沖擊漏電流時,能有效的限制漏電流對耦合電容的沖擊,起到保護(hù)電容的作用;電容(2)作用是將主電源的直流電源和后端接地點耦合斷開,防止干擾的發(fā)生;電流互感器(3)作用是將電容和2個電阻之間的漏電流轉(zhuǎn)換成電流信號傳遞給后端的漏電流監(jiān)測模塊,同時具有測試漏電流檢測系統(tǒng)正常與否的作用;有效接地點(4)作用是保證所有設(shè)備外圍的接地點處于等電位,保證系統(tǒng)局部出現(xiàn)接地時,漏電流能夠暢通的返回到檢測點,從而保證檢測裝置監(jiān)測數(shù)據(jù)的可控性;漏電流監(jiān)測模塊(5)作用是將系統(tǒng)漏電流信號經(jīng)過內(nèi)部放大處理,將信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字開關(guān)量信號和模擬量信號,分別傳送到PLC模塊與數(shù)顯漏電流表,報警漏電流設(shè)定值可根據(jù)實際使用情況在HMI中設(shè)定;PLC(6)作用是將漏電流監(jiān)測模塊傳送過來的信號,處理后將數(shù)據(jù)發(fā)送給HMI操作界面和MCU主控制器,故障發(fā)生時,HMI顯示報警畫面,MCU關(guān)斷設(shè)備運行;HMI(7)作用是故障發(fā)生時,顯示報警畫面,以便相關(guān)人員進(jìn)行故障分析;MUC(8)主控制器作用是當(dāng)出現(xiàn)漏電流故障時,關(guān)斷設(shè)備,從而保障人員及設(shè)備的安全運行;漏電流表(9)作用是實時顯示漏電流值,能給相關(guān)人員提供一個參考。

2.3.3 耦合式漏電流監(jiān)測裝置工作原理

漏電流檢測裝置通過一根導(dǎo)線接入主電源系統(tǒng),當(dāng)接地故障、鐵水滲漏、系統(tǒng)絕緣性能降低、爐襯過薄、爐襯潮濕等因素引起電流流經(jīng)大地時,漏電流監(jiān)測裝置能識別出漏電流的大小,漏電流監(jiān)測模塊把電流互感器輸入的電流信號經(jīng)過放大處理,與設(shè)定的電流值進(jìn)行比較,當(dāng)?shù)竭_(dá)保護(hù)動作值時,通知主控制器切斷設(shè)備。

漏電流檢測按鈕pb可測試漏電流檢測裝置是否正常,當(dāng)按下按鈕pb時,a、b兩端將接入110V交流電,并導(dǎo)通一個250Ω電阻方式模擬漏電流流過狀態(tài),此時,互感抽頭c、d端產(chǎn)生的感應(yīng)電壓將傳送至漏電流監(jiān)測模塊,并誘發(fā)漏電流報警,由此證明漏電流檢測系統(tǒng)正常。

2.3.4 耦合式漏電流檢測裝置與差動式漏電流檢測比較

1)耦合式漏電流檢測裝置大大提升了監(jiān)測靈敏度,傳統(tǒng)的差動式漏電流監(jiān)測裝置響應(yīng)時間≥100ms,而耦合式漏電流監(jiān)測裝置響應(yīng)時間可達(dá)≤10ms;

2)耦合式漏電流檢測安裝拆卸方便快捷,傳統(tǒng)的差動式漏電流檢測裝置需要整流變壓器中性點接地,而且對安裝位置的導(dǎo)電材料直徑要求必須小于監(jiān)測裝置的直徑,而耦合式漏電流監(jiān)測裝置只需要在檢測位置用螺栓把導(dǎo)線連接即可;

3)耦合式漏電流監(jiān)測裝置監(jiān)測范圍廣,傳統(tǒng)的差動式漏電流監(jiān)測范圍主要是安裝位置后端電路,即逆變后端電路,而耦合式漏電流監(jiān)測裝置除了能監(jiān)測到逆變后端電路,逆變前端一直到整流變壓器二次側(cè)都能得到全方位監(jiān)控;

4)耦合式漏電流監(jiān)測裝置能手動設(shè)定報警數(shù)值,方便快捷。

4 漏電流故障原因分析及處理

通常情況下漏電流的發(fā)生主要是由于絕緣問題引起的,其本質(zhì)都是絕緣不良引起的,造成漏電流故障的原因有以下幾點:

4.1 感應(yīng)線圈匝間短路

感應(yīng)線圈漏水、感應(yīng)線圈絕緣漆脫落、線圈之間的匝間墊片絕緣不良會引起線圈匝間打火,當(dāng)發(fā)生匝間短路時,故障表現(xiàn)為電流較大,工作頻率比平常高。當(dāng)發(fā)生此類問題時,應(yīng)及時焊補好漏水的線圈,線圈要重新刷補絕緣漆,并更換匝間墊片。

4.2 水冷電纜接頭漏水

水冷電纜接頭漏水會直接導(dǎo)致電源系統(tǒng)對地絕緣不良,發(fā)生漏電。此時,應(yīng)及時關(guān)閉電源系統(tǒng),重新修復(fù)漏水的接頭。

4.3 接地不良

在筑爐過程中如未將接地探針引出至爐襯材料,則可能發(fā)生爐內(nèi)鐵水接地不良的情況,一旦鐵水未能正常接地,將對操作人員的安全造成威脅,同時也將影響漏電流檢測回路,故筑爐時應(yīng)嚴(yán)格按照筑爐工藝執(zhí)行,爐襯筑完后要對其進(jìn)行檢測,發(fā)現(xiàn)接地異常時需及時排查處理,以保持系統(tǒng)安全運行。

4.4 冷卻水電導(dǎo)率過高

由于電源系統(tǒng)中存在直流高電壓,循環(huán)水在這個直流高電壓的作用下會產(chǎn)生電離子,運行一段時間后該電離子濃度會逐漸升高,當(dāng)電離子濃度超過要求值,直流高電壓就會通過含高濃度離子的冷卻水對銅管接頭(包括電容器水管接頭)進(jìn)行電腐蝕,冷卻水中較高濃度的電離子會使系統(tǒng)絕緣降低,從而導(dǎo)致漏電流報警的發(fā)生。為保證冷卻循環(huán)水在合理的范圍內(nèi),需定期檢測冷卻水電導(dǎo)率,電導(dǎo)率需小于10us;如果電導(dǎo)率大于20us,需更換所有去離子筒芯,建議每6個月更換一次去離子筒芯;如果電導(dǎo)率大于100us,需更換全部冷卻循環(huán)水(或含有防凍液的混合液)及所有去離子筒芯。

4.5 鐵水滲漏

爐襯開裂,出水口縫隙增大,爐膛底部侵蝕過薄,鐵水過滿沸溢等因素都會引起鐵水滲漏,當(dāng)鐵水滲漏至線圈層時,熔化的鐵水便與感應(yīng)線圈直接接觸,并迅速導(dǎo)致絕緣電阻降低,系統(tǒng)漏電流增大,系統(tǒng)發(fā)出漏電流報警并會切斷電源。為避免此類事故,在日常生產(chǎn)中,應(yīng)加強對爐襯及出水口的檢查,如發(fā)現(xiàn)裂紋或爐襯損毀脫落,應(yīng)及時進(jìn)行修補。一旦出現(xiàn)意外,應(yīng)立即停爐并推出爐襯,檢查線圈情況并除去所有滲出鐵渣鐵屑。

4.6 爐襯過薄

對于中頻爐不同的使用廠家來說,其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及筑爐所用的材料不盡相同,因此,要根據(jù)各自的實際生產(chǎn)經(jīng)驗進(jìn)行總結(jié),工藝人員應(yīng)該定期對爐膛壁厚進(jìn)行檢查與測量,確定爐襯剩余厚度以及是否有橫向與縱向裂紋,是否有爐襯剝離的現(xiàn)象等,一般爐膛壁厚為新爐膛的1/3厚度時應(yīng)考慮重新筑爐,以免事故發(fā)生。

4.7 爐襯潮濕

正常情況下,在新爐襯剛投入使用時,爐體內(nèi)部必定會有少量水汽未能蒸發(fā),故在使用時應(yīng)時刻關(guān)注系統(tǒng)漏電流大小,使用初期及更換爐襯后出現(xiàn)漏電流偏大屬于正?，F(xiàn)象,系統(tǒng)將隨著使用將恢復(fù)合理范圍內(nèi)。但在新爐襯使用中也要相應(yīng)控制功率,防止漏電流超過警戒位,在爐襯水汽充分揮發(fā)后系統(tǒng)便可轉(zhuǎn)入正常運行狀態(tài)。

4 結(jié)束語

漏電流檢測裝置在中頻爐中是不可或缺的裝置,隨著綠色鑄造理念的不斷深入,中頻爐在鑄造行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛,一套好的漏電流檢測裝置的應(yīng)用能保證人員安全及設(shè)備安全穩(wěn)定的運行。耦合式漏電流檢測裝置相比傳統(tǒng)的差動式漏電流檢測裝置安裝更方便,靈敏度更高。