一种矿用电机绝缘监测控制装置.pdf

l l 0 五撼晨纠枝 2 0 1 4 年第 9 期一种矿用电机绝缘监测控制装置曹庆皎，王静爽，李少辉 1 ．河北工程大学，河北邯郸0 5 6 0 3 8 ；2 ．邯郸市星瑞自控设备有限公司，河北邯郸0 5 6 0 0 2 摘要本文介绍了一种矿用电机温度变化率和电机定予绝缘阻值在线控制监测装置，实现了对矿用大型电机在启、停阶段的绝缘监测和保护，延缓了电机定子的绝缘因温升引起的损害，延长了电机的使用寿命。从而减少现场维修人员劳动强度，通过 4 8 5通讯口，可以并入煤矿井下自动化监控网，提高现场检测的自动化水平。关键词矿用电机定子绝缘阻值温升现场监测中图分类号T M3 5 7 文献标识码B d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ． i s s n ． 1 0 0 5 2 8 0 1 ．2 0 1 4 ．0 9 ．5 0 A mi ne e l e c t r i c i n s u l at i o n mon i t o r i ng d e v i c e Ab s t r a c t Th i s p a p e r i n t r o d u c e s t h e o n - l i n e i n s u l a t i o n mo n i t o r i n g d e v i c e o f t h e r e s i s t a n c e c o n t r o l o f m o t o r s t a t o r a n d t h e mi n e e l e c tri c r a t e o f c h a n g e o f t e mp e r a t u r e， i mp l e me n t i n g t h e i n s u l a t i o n m o n i t o rin g a n d p r o t e c t i o n o f m i n e l a r g e mo t o r i n t h e s t o p p i n g a n d o p e n i n g s t a g e ， d e l a y i n g t h e i n s u l a t i o n mo t o r s t a t o r t e mp e r a tur e r i s e c a u s e d b y d a ma g e ， p r o l o n g i n g t h e s e r v i c e l i f e o f mo t o r ， a n d r e d u c i n g t h e l a b o r i n t e n s i t y o f fie l d r e p a i r p e r s o n n e l ， t h r o u g h t h e 4 8 5 c o mmu n i c a t i o n i n t e r f a c e ， i t c a n b e i n c o r p o r a t e d i nto t h e a u t o ma t i c mo n i t o ri n g n e t wo r k i n c o a l mi n e u n d e r g r o u n d ， t o i mp r o v e t h e l e v e l o f a u t o ma t i o n fi e l d d e t e c t i o n ， s u i t a b l e f o r a l l k i n d s o f mo t o r s y s t e m l o c a l e ． Ke y wo r d s mi n i n g mo t o r s t a t o r i n s u l a t i o n r e s i s t a n c e t e mp e r a t u r e r i s e s i t e mo n i t o r i n g 电机绕组绝缘电阻的高低是评定电机绝缘性能和工艺处理的指标之一，为电机进行各部分的耐压试验、绕组匝间的短时升高电压试验匝间试验等提供可靠性依据。在国内外相关电机的标准中都规定了对电机绝缘电阻的测量方法，而且规定了在某种状态下的极限值。在电机运行过程中，定子绕组要受到电磁力、热胀冷缩、机械力、电化学击穿等多种因素的联合影响，这些作用造成累积效应，随着使用时间的延长绝缘性能要逐步降低。在绝缘电阻值降低到电机标准规定的极限值时，引起电机绝缘故障，对电机的正常起动、工作造成严重的安全影响，使电机的使用寿命缩短，及时对电机进行绝缘状况分析和保护是保证电机绝缘系统完好的必要手段。 1 工作原理国家规定使用兆欧表测量电机的绝缘电阻。电动机在热状态 7 5 ℃ 条件下，一般中小型低压电动收稿日期2 0 1 4 0 7 0 9 作者简介曹庆皎 1 9 9 0 一，女，河北工程大学，从事水利水电方面的产品开发，参加过多项省市级课题的研发。机的绝缘电阻值应不小于 O ． 5 Mn；高压电动机每千伏工作电压定子的绝缘电阻值应不小于 1 Mn，每千伏工作电压绕线式转子绕组的绝缘电阻值最低不得小于 0 ． 5 MQ；电动机二次回路绝缘电阻不应小于 1 MI ，说明绝缘尚好。如果绝缘电阻低于以上情况，说明电机绝缘已经不满足要求。基于以上原理，利用 C 8 0 5 1 F单片机组成的微控制系统，能够对相应的矿用电机在启停阶段的绝缘电阻、温度快速集中检测，并对检测的绝缘电阻值、温度值通过 R S 4 8 5 端口输出，进行远距离传输，提供给相关决策部门或人员。采用“ 伏一安” 法进行电机绝缘电阻的测量，同时对电机温度进行实时检测，其原理结构图如图 1 所示。 l 嚣H 毫霉 H鼍蠢 l 嚣H H 嚣电路门制器测电露 J 电机状态I l 绝缘检J I 显示电路I l 测电路I 图 1 系统原理框图绝缘检测电路能实现电机各相对地的绝缘监 2 0 1 4 年第 9 期幽童始蒺舛技测，根据电机额定电压的不同，微控制器通过数值的比较，由 R L 5 、R L 6继电器选择实现不同额定电压电机的绝缘测量。图 2 为一台电机绝缘电阻的测量电路，R 8 、R 9高精密的兆欧级电阻，电容 C是导线对地分布电容，电容 C随导线长度的变化而变化，4 A、4 B、4 C接电机的定子接线端上，测量时绝缘电阻是施加于绝缘测量部分上的直流电压除以电流的商。此电流是几何电容电流、表面泄漏电流、吸收电流和电导电流四个分量电流的合成，采集反应绝缘电阻的信号电压经过放大电路 T L O 8 4进人微控制器的模拟输入端，由微控制器进行数据分析与处理及送显示电路显示绝缘电阻值。图 2绝缘电阻采集电路温度检测电路利用电机内部埋藏的热电阻实现对电机定子绕组温度实时监测，通过温度变送器转换成标准信号 4 2 0 mA，反应温度的信号 WD4 通过放大器 O P 0 7 进入微机 I ／ O口，由微机分析温度在一定时间内的变化率，就地在液晶屏上显示或通过通讯口上传到上位机显示。图 3 电机温度检测电路此系统能够对矿用电机在停止瞬间对机壳相对地间的绝缘电阻和线间绝缘电阻进行自动快速检测，即每个系统能够检测 R a 、R b 、R c 、 R a b 、R b c和 R c a 六个绝缘电阻；同时对电机温度也实时地监测；能够对检测的绝缘电阻值和温度值通过 R S 4 8 5端口输出，并进行远距离传输；装置自身具有备用电源设计，备用电源工作时间不低于 l h ；绝缘电阻检测精度不低于 5 ％。在系统整个构成中解决高低压的转换是整个装置的另一个关键因素，在这方面采取了多方面信号采集，高压回路瞬间断开、低压监测回路延时投入，以满足电机随时启动和避让线圈残存高压，克服了高压、低压在同一系统中接线并存无法正常工作问题。 2 系统模块软件设计系统的软件设计包括单片机及 L C D的初始化，反应多路绝缘电阻的信号电压的采集设计，L C D液晶屏循环显示绝缘电阻、温度，键盘输入信息的分析，模数信号的转换以及相应的数据处理、抗干扰，以及与上位机的数据通信。测量时数据显示在现场液晶屏上，远程测量时数据显示在上位机显示器上。通过主程序将各个子程序模块串接起来成为一个能够对电机绝缘、温度实现检测并显示的一个整体。软件采用的是定时中断的工作方式，即在每隔 2 ms 的时间里对各个测量值进行轮流采样，通过数字滤波技术消除干扰，进行数据处理，计算出相应的绝缘电阻、温度等量，在液晶屏上显示或把数据上传到上位机，根据电机的绝缘电阻值的情况对照国家标准确定电机能否开机运行。 3 结论本装置根据矿用大型电机定子温度变化率对电机定子绝缘损害的研究为基础，开发了定子绝缘在线监测的隔爆型温度变化率控制装置，实现了对具有定子温度控制装置的矿用大型电机在启停阶段的数据监测和设备保护，延缓了电机定子的绝缘因温度骤变引起的损害，延长了电机的使用寿命。【参考文献】 [ 1 ] 王祥，虎恩典，马金雷．电机绕组绝缘检测仪的设计 [ J ]．计算机应用，2 0 0 9 1 04 8 5 1 ． [ 2] 熊瑞峰．浅谈电机绝缘电阻的准确测定 [ J ]．矿山机械，2 0 0 6 51 2 2 1 2 3 ． [ 3 ] 郭其昌，吴峻．基于C 8 0 5 1的 5 0 0 V电压下绝缘电阻测试仪的设计 [ J ] ．江苏船舶， 2 0 0 8 ， 2 5 6 1 7-2 0． [ 4] 王静爽，曹庆皎，曹尔晔．基于At me g 6 4矿用电机定子绝缘保护装置设计 [ J ]．煤炭科学技术， 2 01 10 5．