電機空水冷卻器漏水檢測系統在宣鋼的應用

武 濤

（河鋼宣鋼機電公司，河北 宣化 075100）

0 引言

電機的冷卻方式一般包括自然冷卻、風冷、水冷和其他介質冷卻。風冷和水冷是軋鋼生產線電機冷卻經常使用的2種冷卻方式。在大功率交、直流電機中，由于風冷比水冷的冷卻效果差，使用風冷不能滿足一些電機運行的溫度要求；因此需要使用水冷方式。一般情況下，水冷方式是在電機上安裝空水冷卻器。電機空水冷卻器是通過風機使電機內部的熱空氣循環流動，熱空氣通過空水冷卻器進行熱交換，對電機進行冷卻降溫，保證電機能夠正常運行，具體情況如圖1所示。綜上所述，空水冷卻器是組成水冷式電機非常重要的設備之一。 在電機的運行過程中，如果沒有及時發現電機空水冷卻器有漏水的情況，就會導致電機燒損的嚴重后果。因此，下面介紹1種電機空水冷卻器漏水溫濕度檢測報警系統，該系統可以及時發現電機空水冷卻器的漏水情況并報警。同時，該系統還具有溫度和濕度檢測報警功能，可以隨時掌握空水冷卻器內部溫、濕度的異常情況，避免出現因空水冷卻器溫、濕度異常而引起的電機故障。

圖1 電機空水冷卻器運行原理圖

1 電機空水冷卻器漏水溫濕度檢測報警系統的組成

電機空水冷卻器漏水溫濕度檢測報警系統包括控制模塊以及與控制模塊連接的故障報警器、電機保護聯鎖、上位監測單元、n套漏水檢測模塊、n套溫度檢測模塊和n套濕度檢測模塊，每個漏水檢測模塊連接1個漏水檢測元件，每個溫度檢測模塊連接1個溫度檢測元件，每個濕度檢測模塊連接1個濕度檢測元件，漏水檢測元件、溫度檢測元件和濕度檢測元件連接1臺電機空水冷卻器，還可以連接n臺空水冷卻器，如圖2所示。該系統的控制原理如下：安裝在電機空水冷卻器上的漏水、溫度和濕度檢測元件通過電信號將檢測到的實際情況輸入相應的漏水、溫度和濕度檢測模塊上，當某一電信號達到相應檢測器的報警值時，檢測器將報警輸入控制模塊。控制模塊是該系統的核心元件，它可以同時接收1臺或多臺空氣冷卻器的漏水、溫度、濕度的報警信號，其通過運算處理，將信號發給故障報警器進行報警；同時，可以使用上位機對報警信號進行監測。另外，通過報警信號可以對電機進行聯鎖保護[1]。

圖2 電機空水冷卻器漏水溫濕度檢測報警系統結構示意圖

2 電機空水冷卻器漏水溫濕度檢測報警系統的工作原理

2.1 漏水檢測模塊及其元器件的工作原理

漏水檢測報警模塊可以接收漏水開關量信號并進行聲音報警。它可以調節漏水報警的靈敏度，也可以接入外部報警。漏水檢測線纜為繩子狀，包括檢測導線和雙螺旋線軸。檢測導線外層為導電聚合物護套，內芯為導電銅線。雙螺旋線軸為高密度聚乙烯絕緣塑料，其檢測原理為：由于水是1種導電性物質，因此當2根導線之間有水浸入時，它們之間只要有≥2 mA的微弱電流，電路就會發出報警[2]。將漏水檢測報警模塊接上漏水檢測線纜、電源和聲光報警器。當有水滴到漏水檢測線纜上時，報警信號救護傳至漏水檢測模塊，聲光報警器發出報警，如圖3所示。

圖3 漏水檢測模塊及其元器件原理示意圖

2.2 溫濕度檢測模塊及其元器件工作原理

溫度檢測模塊可以選擇溫濕度智能控制儀，它還可以根據自身的要求設置溫濕度報警的上限值，溫濕度智能控制儀上的端子的報警功能可以通過內部參數設置進行自行定義。溫濕度檢測元件選用管道式溫度傳感器，其目的是方便安裝且日常維護檢修也比較方便。管道式溫度傳感器將通過前方探頭檢測到溫、濕信號轉化為4 mA～20 mA的電信號，并將其傳入溫濕度智能控制儀中，溫濕度智能控制儀在面板上實時顯示檢測到的溫、濕度。當溫度或濕度達到設定的報警值時，溫濕度智能控制儀相應端子輸出報警開關量信號，如圖4所示。在控制儀上設定好溫度和濕度上限報警，并將管道式溫度傳感器的相關輸入線路接入控制儀。

3 電機空水冷卻器漏水溫濕度檢測報警系統各檢測元件的安裝

通過管道式溫度傳感器上的法蘭盤將其安裝固定在空水冷卻器的風口處，便于檢測空水冷卻器送風的溫濕度。漏水檢測線纜像1根麻花細繩，不易放入空水冷卻器中，可以將細鋼筋制作成1個扁日狀“曰”字型的架子，外部纏繞絕緣材料。用塑料扎帶將漏水檢測線纜蛇形纏繞固定在制作好的架子上，如圖5所示。制作好的漏水檢測固定架放置在電機空水冷卻器內部水管與外部水管接頭的下方（電機空水冷卻器內部水管與外部水管接頭下方因工況溫度變化和外部設備振動而容易發生漏水，從而影響電機的正常運行，處在該位置的空水冷卻器漏水的故障發生率達到95%以上），方便對其進行更換和維護。該結構可以順利檢測到每一處漏水點，提高漏水檢測感應線纜的工作效率[3]。

4 漏水溫濕度檢測報警系統安裝使用實例

以宣鋼棒材生產線主電機使用的漏水溫濕度檢測報警系統為例，該生產線共有18架軋機，其中粗、中以及精軋都為6架，每架軋機使用1臺水冷卻式電機進行驅動。其中粗軋軋機主電機為1架～6架，中軋軋機主電機為7架～12架，精軋軋機主電機為13架～18架。該生產線采用PLC對漏水溫濕度監測報警系統進行控制，在粗、中以及精軋3個區域各使用1套報警系統。考慮到成本問題，只在粗軋使用PLC，中、精軋使用遠程站，它們之間通過PROFIBUS-DP網絡進行連接。

在每臺電機上分別安裝漏水檢測線纜和管道式溫濕度傳感器，并將它們分別接入各個區域上的漏水檢測模塊和溫濕度檢測模塊，將各個漏水檢測模塊和溫濕度檢測模塊的報警點接入各區域的PLC或遠程站的開關量輸入模板，在PLC或遠程站的開關量輸出模板分別接1個聲光報警器。另外，在PLC或遠程站的開關量輸出模板上接上對應的軋機連鎖保護，在報警后就可以對相應軋機進行保護停車。該系統使用工業以太網將PLC和上位工控機連接至交換機，為了便于監控，也可以讓該系統與軋線PLC系統通過以太網進行連接。對PLC進行組態、編程，并編制相應的HMI監控畫面，如圖6所示。

圖4 溫濕度檢測模塊及其元器件原理示意圖

圖5 管道式溫度傳感器和漏水檢測固定架安裝示意圖

圖6 管道式溫度傳感器和漏水檢測固定架安裝示意圖

5 結論

在宣鋼1條高線和2條棒材上應用該電機空水冷卻器漏水溫濕度檢測報警系統，其效果顯著。尤其是在一棒生產線上，由于該生產線已經生產使用了近20年，因此該生產線上的空水冷卻器老化嚴重，會頻繁發生漏水故障，使用該漏水溫濕度檢測報警系統后，2019年共檢測到11次空水冷卻器漏水的情況。通過現場確認，每次報警均準時、準確，與現場漏水情況相符，及時更換故障空水冷卻器避免了出現電機燒損的惡性事故。另外，在更換空水冷卻器時，漏水檢測元件拆裝方便、快捷，可以快速更換，不會因更換空水冷卻器而帶來不必要的麻煩。