強磁選機電氣整流系統(tǒng)缺陷分析及改進

曹建義

摘要：本文通過對選礦廠強磁選機電氣整流系統(tǒng)存在的控制缺陷進行分析，研究制定實施可靠的改進保護措施實現(xiàn)設備的本質(zhì)安全，為后續(xù)勵磁裝置升級改造提供了技術依據(jù)。

關鍵詞：強磁選機;整流保護;保護改進

選礦廠平環(huán)強磁選機在選礦生產(chǎn)工藝流程中處在關鍵環(huán)節(jié)。選廠發(fā)生了一起強磁選機線圈接地擊穿的事故暴露出強磁機電氣整流裝置控制環(huán)節(jié)存在缺陷。隨著設備本質(zhì)化安全要求不斷提升，對強磁機整流裝置系統(tǒng)缺陷進行分析、改進顯得尤為重要。

1改造前系統(tǒng)缺陷分析

目前選礦廠平環(huán)強磁選機采用的是300A/DC460V激磁線圈，通過對4個串聯(lián)線圈輸入直流激磁電流產(chǎn)生磁場進行生產(chǎn)作業(yè)，由于激磁電壓高，電流大，故原設計采用不帶整流變壓器直接接入電網(wǎng)的三相整流電路。但在實際運行中，直流激磁感應線圈易發(fā)生因絕緣電阻值降低，連接電纜老化而導致的接地故障。如發(fā)生接地，會造成空氣開關跳閘，整流管擊穿等故障，嚴重時會引起火災事故。受生產(chǎn)工藝參數(shù)調(diào)節(jié)需要，勵磁電流給定需要不斷調(diào)整，發(fā)生線圈接地擊穿情況時電流值約在140A左右，遠低于系統(tǒng)中過電流斷路器、熔斷器動作、熔斷的設定值，電氣控制裝置不能有效起到保護作用。

2設備改進技術分析

2.1不帶隔離變壓器的直流系統(tǒng)中，直接接入電網(wǎng)的三相整流電路，與電網(wǎng)沒有電氣隔離，供電電源變壓器中性點接地，對于電壓較高的直流系統(tǒng)直流輸出如發(fā)生一點接地，會通過物體與地形成回路，接地點與地電位差大則形成比較大的電流，造成事故發(fā)生。

2.2帶隔離變壓器的直流系統(tǒng)中，正負極若只出現(xiàn)一點接地時，因沒有構成電流回路不會引起危害。如再發(fā)生另一極接地就將造成直流短路故障。消除強磁選機電氣整流系統(tǒng)出現(xiàn)一點接地即發(fā)生故障，及時發(fā)現(xiàn)設備接地是本次改進的目的。

2.3線圈線路連接的所有設備都會形成對地的絕緣電阻，任一點出現(xiàn)絕緣阻值下降均會導致絕緣故障。

2.4正負直流母線處于不同絕緣電阻時，母線對地電壓會產(chǎn)生波動，但是對于整個系統(tǒng)的影響不大：一是因為負載的設備僅僅接受正負母線之間的電壓，這個電壓是維持不變的;二是對地絕緣電阻阻值偏大，電壓有輕微波動，但不會使電流產(chǎn)生較大的偏移。

3改進的原理分析

在強磁選機激磁線圈供電系統(tǒng)中，直流輸出需要設計為正負線路對地懸浮方可解決一點接地即發(fā)生故障的問題。本次系統(tǒng)改進采用增加電氣隔離整流變壓器提高運行安全性+絕緣監(jiān)測模塊及時判斷故障，整流柜聯(lián)鎖報警停機的方式進行。

3.1方案框圖

3.2整流變壓器的作用是實現(xiàn)交流電網(wǎng)與整流電路之間的電隔離，經(jīng)過隔離，初、次級只有磁場上的聯(lián)系，沒有電路上的聯(lián)系。

3.3增加絕緣監(jiān)測模塊IGU01A

3.3.1IGU01A是一種針對直流電源系統(tǒng)母線的絕緣狀態(tài)進行在線實時檢測的裝置。采用了直流檢測法進行絕緣檢測，不會向母線注入探測信號，不會對直流母線造成任何干擾。

3.3.2IGU01A的主要功能如下：

母線絕緣檢測：檢測激磁直流輸出電壓值，直流正對地電壓，母線負對地電壓，直流正負對地電阻。定時平衡接地檢測（默認間隔2小時）。母線間電壓低于100V時不檢測絕緣電阻。

3.3.3上位機通訊：通過485總線和上位機或監(jiān)控器通訊。

3.3.4報警繼電器輸出：當模塊檢測到絕緣降低，或交流混入時，繼電器輸出報警信號。

3.3.5原理系統(tǒng)方框示意圖：

3.4測量原理：

IGU01A內(nèi)置平衡橋電路與機殼和大地相連，當直流系統(tǒng)及各個線圈無接地時，通過接地檢測點，測得的電壓為母線電壓的1/2。當任意支路存在接地電阻時（如圖所示為正接地），將使平衡橋關系被破壞，從而改變接地檢測點的電壓。模塊可根據(jù)檢測點的電壓、母線的電壓以及已知的平衡橋電阻計算出接地的電阻（R）。一旦正負母線對地電阻小于設定的報警值，則產(chǎn)生報警信號。當回路正負都有接地，且接地電阻相同時，即形成了平衡接地。此時平衡橋關系沒有被破壞，僅根據(jù)平衡橋檢測法無法檢測出接地電阻值。這時就需要使用不平衡橋法進行檢測，通過閉合正/負向的開關（K1/K2），形成2種已知的不平衡關系，進而對形成的2元方程式求解，可得到正負接地電阻值。

采用以上方法可檢測直流激磁母線存在的單端或雙端接地，并能檢測直流輸出端母線平衡接地，實現(xiàn)裝置的電氣自保護功能。

4改造取得的效果

4.1通過勵磁裝置中增加隔離變壓器的改造，使直流線圈勵磁系統(tǒng)與交流供電接地系統(tǒng)實現(xiàn)有效的電氣隔離，裝置中配置的在線絕緣檢測裝置在系統(tǒng)發(fā)生一點接地時能夠及時預警提示檢查，起到事故前的預警保護。

4.2本次強磁機勵磁整流裝置的缺陷分析改進措施的實施，完善了選礦工藝設備電氣控制的本質(zhì)安全性能，為以后同類型電氣控制裝置改造升級做了技術儲備，提升了設備運行穩(wěn)定性。

參考文獻

[1]廖革文.直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測的原理和應用[J].通信電源技術，2018-06-10.