周湘
安徽海螺建材設(shè)計研究院有限責(zé)任公司 安徽蕪湖 241070
在水泥工廠建設(shè)過程中,由于全廠總體布置需要,存在少數(shù)生產(chǎn)車間內(nèi)電機距離變電所內(nèi)控制柜較遠(yuǎn)的情況,導(dǎo)致電機控制線路較長,從而出現(xiàn)接觸器和繼電器不能正常的吸合和釋放現(xiàn)象,影響正常生產(chǎn)運行,甚至危及到相關(guān)人員和設(shè)備的安全。曾經(jīng)在水泥生產(chǎn)過程中出現(xiàn)過電機開機正常,卻不能正常停機,如水泥庫頂?shù)碾姍C;也曾出現(xiàn)長皮帶電機已停機,而皮帶機速度信號顯示電機未停機的現(xiàn)象等;而出現(xiàn)這些現(xiàn)象一般發(fā)生在遠(yuǎn)距離低壓交流電動機的控制回路上,其問題的出現(xiàn),與控制電纜的長度、截面的選擇,以及低壓交流電動機的控制回路的設(shè)計等等有著密切的關(guān)系。
案例一:國內(nèi)某水泥廠皮帶機出現(xiàn)速度信號在停機后或在皮帶機打滑時繼續(xù)存在,中間繼電器保持吸合,未正常動作;其控制原理:控制思想為現(xiàn)場控制優(yōu)先;二次控制回路電源取自一次回路(電壓為220VAC);皮帶打滑檢測采用二線制電感式接近開關(guān),通過中間繼電器將信號送至DCS 系統(tǒng)。
案例二:國外某水泥廠粘土破碎電機出現(xiàn)了電機運行后在現(xiàn)場按停機按鈕時,電機未實現(xiàn)停機,停機信號中間繼電器保持吸合的現(xiàn)象;其控制原理:控制思想為中控控制優(yōu)先;二次控制回路電源取自專用控制電源回路(電壓為220VAC);現(xiàn)場按鈕在主控制回路中,開機、停機按鈕均通過中間繼電器將信號送至DCS 系統(tǒng)然后由DCS 實現(xiàn)開機、停機;現(xiàn)場實測停機信號繼電器兩端電壓達(dá)到171V 左右,足以讓中間繼電器吸合。
案例三:國外某水泥廠余熱發(fā)電出現(xiàn)低壓電機停機后控制柜上運行燈常亮現(xiàn)象;其控制原理:控制思想為現(xiàn)場控制優(yōu)先;二次控制回路電源取自專用控制電源回路(電壓為220VAC);現(xiàn)場實測停機后運行燈兩端電壓達(dá)到134V 左右。
以上三個案例共同點:控制電纜都比較長,均在200 多米以上;其原因估計為控制線路電容的存在導(dǎo)致中間繼電器始終保持吸合和指示燈常亮。
相關(guān)規(guī)范對交流電動機控制回路有明確的要求,如《低壓電氣裝置第5-55 部分:電氣設(shè)備的選擇和安裝其他設(shè)備》(GB/T16895.20-2017)中規(guī)定,在功能性應(yīng)考慮:運行部件之間的電纜的特性(包括阻抗和長度)不應(yīng)對輔助回路的運行產(chǎn)生不利影響;電纜的電容不應(yīng)損害輔助回路的執(zhí)行機構(gòu)的正常運行,開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備的選擇,應(yīng)考慮電纜的特性和長度。
《工業(yè)與民用供配電設(shè)計手冊》中提到了控制線路長度的校驗,當(dāng)采用交流控制電路,按線路的電容和電壓降共同決定控制線路的允許長度;從校驗計算公式可以看出,在低壓交流電動機長距離控制回路中,影響控制回路可靠運行主要有幾個因數(shù):控制回路電源的選擇(交、直流的選擇,電壓等級的選擇)、控制回路中元器件選擇、控制電纜的選擇等;同時又可以看出,按線路電容校驗和按線路電壓降校驗兩者相互制衡,如提高控制回路的電壓等級,按線路電壓降校驗允許線路的長度增加了,但按照線路電容校驗允許線路的長度反而減少;因此,任何一個因數(shù)的不合理都可能導(dǎo)致控制回路不能正常工作。一般情況下,控制電路的電壓越高,按電容決定的運行長度越短,而按電壓降決定的允許長度則越長;每一控制電壓下的允許長度,應(yīng)取二者中較小的值。當(dāng)交流控制電路無法滿足線路允許的長度的要求時,可采用直流控制電路,采用直流控制電路控制線路只需按照電壓降校驗。
按照《工業(yè)與民用供配電設(shè)計手冊》中公式核算的幾種常規(guī)情況如下:
(1)以某品牌中間繼電器(線圈保持功率10VA)為例,控制回路電壓采用交流220V,控制電纜采用1.5mm2;計算得出:按線路電容(三芯導(dǎo)線)校驗控制電纜最大允許電纜長度為172m,按電壓降校驗控制電纜最大允許電纜長度為16690m,由此可見,線路電容決定著控制電纜最大允許電纜長度,可采用降低控制回路電壓的辦法增加控制電纜最大允許電纜長度,采用交流110V 可增加到689m,此時按照電壓降校驗控制電纜最大允許電纜長度減小至4172m。
(2)以某品牌接觸器(線圈保持功率200VA)為例,控制回路電壓采用交流220V,控制電纜采用1.5mm2;計算得出:按線路電容(三芯導(dǎo)線)校驗控制電纜最大允許電纜長度為3444m,按電壓降校驗控制電纜最大允許電纜長度為834m,由此可見,電壓降決定著控制電纜最大允許電纜長度,可采用增大導(dǎo)線截面的辦法增加控制電纜最大允許電纜長度,采用2.5mm2 可增加到1344m。
(3)以某品牌繼電器(線圈功率1VA)為例,控制回路電壓采用交流220V,控制電纜采用1.5mm2;計算得出:按線路電容(三芯導(dǎo)線)校驗控制電纜最大允許電纜長度為17m,按電壓降校驗電壓降影響非常小,由此可見,線路電容完全決定著控制電纜最大允許電纜長度,若采用交流110V 可增加到69m,增加的效果不大,可采用直流控制或增大保持功率并聯(lián)電阻的辦法增加控制電纜最大允許電纜長度。
根據(jù)以上案例和分析看,出現(xiàn)問題主要原因為長距離控制電纜電容的影響,根據(jù)《工業(yè)與民用供配電設(shè)計手冊》中核算公式,有以下解決方案:
方案一:控制回路電源采用直流,所有二次控制回路元器件全部采用直流元器件;校驗好控制線路電壓降,可從根本上解決長距離控制問題。以上案例一問題采用了方案一進行解決。
方案二:相關(guān)中間繼電器并聯(lián)電阻,增大保持功率;本方案比較復(fù)雜,電阻值需要根據(jù)電纜長度進行計算,且功率不宜太大(電阻功率不宜大于10W),且不能全面杜絕問題的發(fā)生。以上案例二、案例三采用了方案二進行解決。