摘要：风景矿业公司选厂球磨系统从投产以来一直不能达到设计能力，使得产量一直不能达到设计能力。经过实际考察及测量后是由于电气 保护控制系统的定值设定和配置不足造成，于是提出对其球磨系统的继电保护装置进行了改造，达到投资小，效果明显的结果。这次实例证 明完备的电气知识掌握与应用加上适合的继电保护装置，是提高生产能力的有效手段，值得小型选矿厂推广应用。
关键词：继电保护装置 球磨系统 改造方法 效益
在矿业生产中电能是矿业生产的基本能源，电能的合理利用与控制是矿业生产的基本保证。但由于电气知识及业务局限和资本约束，电气保 护和控制没能在中小型矿业单位合理利用，使设备生产效率降低。下面是一例由于电气设计不合理，使选厂球磨系统效率不能充分发挥，经 过我方改进达到预期效果，充分发挥电气保护装置在生产中的重要作用。
一、问题提出：
昆明风景矿业公司在投产后，产量始终不能达到额定水平，我到现场考察和分析后，发现制约其产量的环节为球磨系统，而导致球磨系统不 能额定产量，最主要因素就是其继电保护控制装置。
一、系统改造前的基本情况
1、球磨机运行状况
球磨机在矿业生产过程中处于中间环节，是矿石被颚式破碎机破碎之后，再进行粉磨的关键设备。
风景公司选厂设计有4套球磨系统，球磨机为卧式筒形旋转装置，旋转电机为同步电动机，电动机功率为400kW，额定电压6.3kV，额定电流 49.6A，电流互感器变比为：75/5，启动柜为电抗器启动，启动电流为额定电流的3-5倍，无料启动时间约为8S。
球磨系统每台每小时设计处理量为100吨，但在实际生产中，平均时处理量为70吨，据运行人员统计，当处理量超过额定处理能力70%时，电 气设备保护跳闸几率可达60%-80%，导致最大处理量未超过80吨。
二、原因分析：
通过实地测量电流互感器二次电流为：起动时最大为Ie=14A，起动10S后为Ie=2.8A，根据而电动机参数为：电动机功率为400kW，额定电压 6.3kV，额定电流49.6A，电流互感器变比为：75/5，通过计算Ie=3.3A通过分析后，显然运行电流为Ie=2.8A*75/5=42A，小于电动机额定电 流49.6A，只要通过改变保护定值就可解决问题。
原4套球磨6kV开关柜的电气保护仅为通过电流反时限继电器进行简单的过流保护，反时限继电器型号为GL-12，反时限设定启动保护电流为 4A大于电机额定电流Ie=3.3A，但因为磨机起动时间为10S，反时限继电器质量问题等至使保护装置不能躲过磨机起动电流。
1、原有电气保护装置的分析和不足
原有电气保护装置采用GL-12反时限过流继电器，主要用于电机、变压器等主设备以及输配电系统的继电保护回路中。反时限继电器由于价 格便宜、安装简单，并且能将两段电流保护在同一装置上完成，在电力行业得到了大范围使用。
但是反时限继电器由于其机械性能限制，也有很多不足的地方，
（1）电流误差范围大的不足
GL-12反时限继电器可整定电流为：2A，2.5A，3A，3.5A，4A，4.5A，5A，但其保护整定范围只能在2-10的整数倍整定，速动保护智能按整 定电流的整数倍整定，可整定的电气保护定值选择范围小，精度低。
（2）动作时间误差的不足
球磨机在启动时，电流值是其正常运行的4倍甚至更高，在球磨机内有料启动时，启动时间长，启动电流大，反时限继电器的一个特点就是 动作电流越大，动作时间越快，因此，很多时候球磨启动尚未完成时，保护就已动作。
三、改造基本原理和措施：
1、改造的基本原理和措施
针对原有保护的几个弊端，结合现有设备的运行状态和特点，在征得风景公司有关领导同意后，对球磨系统的保护装置进行了改造，就是将 原有的反时限电流继电器更换为较为先进的针对球磨机保护的ASD型电动机综合保护器，保留原有控制系统。
选定的型号为ASD-411电动机保护装置，生产厂家是北京安通尼公司。相较原有反时限继电器，这种电动机保护装置采用微机电路，可判断 电流值为0.01A，电流整定范围大，分段整定互不影响，有多重多种保护功能，可靠度高。
保护装置运行电源交直流均可以，为防止运行电源对装置的损害、便于对设备进行检修，在装置电源前端配备空气开关。
（1）电流保护措施
针对原有球磨系统的电流保护中误差大的不足，新改装的电气控制保护装置可设定的电流保护定值最小为0.01A，在进行可靠的定值计算后 ，可一段 或分段保护设定，保护动作互不影响，大大提高了设备电流保护的可靠性、准确性，缩小了电流保护的误差范围。
电流保护时限可在保护中延时或不延时设定，且延时保护动作时间以毫秒速度计算，相对原有继电器保护动作更加灵敏、快速，防止过流时 对球磨电动机的损坏，更能符合上级电网时限保护阶差的要求。
（2）堵转保护措施
球磨系统在运行中会出现多种异常状态，原有的继电保护装置根据电流值无法判断球磨电机处于何种状态，当球磨电机处于堵转时，运行电 流突然增大，在超出其保护定值时误动作。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
新改造装置中的堵转保护可判别电动机处于运行状态或启动状态，并依据装置本身计算出的最大电流和电动机的运行状态判断电动机是否堵 转，电动机启动和运行状态的堵转保护定值可分别整定。
（3）过负荷措施
原有过负荷保护的整定误差大，新加装置的过负荷保护整定值更准确，相对于原有过负荷保护装置，保护误差范围更精确，报警更灵敏。
（4）电压保护措施
在实际电动机的运行中，电压也是非常重要的影响因素，但是在一般的中小矿业生产单位，由于不知道或者不重视电压保护，对电动机的使 用造成了非常不好的影响。
（5）启动时间过长保护措施
在正常运行时，由于电网和球磨其它装置异常引起跳闸后，球磨磨仓里会有物料，因此球磨启动电流变大，启动时间较正常启动时会变长， 原有反时限继电器保护时不能判断其处于何种启动状态，因此在有料启动时经常误动作，导致球磨启动次数增加。
（6）其它保护措施
装置还有电压反相序、过热等保护，在此次改造中，根据实际运行情况，没有进行整定设置。
四、改造方法
改造就要保证磨机的安全，保证改造后的磨机安全可靠运行。造成磨机电动机运行不正常的原因，主要有电源方面和负载方面的原因。
（一）电源方面的原因
1．电源电压过高或过低
（1）电压过低：电动机的电磁转矩将显著减小。起动困难甚至不能起动，即使能起动，但转速上升很慢，起动时间过长，达不到额定转速 ，导致电动机电流过大、温升高，甚至冒烟烧毁。
（2）电压过高：会提高电动机磁路的饱和程度，导致铁损增大；同时电流增大导致铜损增大。由于损耗的增加，使电动机过热不能正常工 作。
2．电源电压不平衡
如果供电线路上有短路、接地、接触不良或变压器出现故障都会导致电源电压的不平衡。不平衡的电压加在电动机上，会产生三相电流的不 对称，破坏了旋转磁场的对称性，使电动机发出低沉的嗡嗡声，机身也因此而振动，且因电流不平衡，造成电动机过热。
3．电源断线
电源断线包括电源导线断路、熔体熔断、接头或接触不良等，造成的最大危害是单相运行。在电动机的运行过程中，如果电源一相断路，电 动机作为单相电极运行，但合成转矩减小，如果负载不变则电动机转速下降，电流增加，绕组过热，甚至烧毁电动机。
电源方面故障的解决方法：
（一）本次改造，在6kV电动机高压起动柜上加装一组三相电压互感器。电压互感器二次测量的电压值一路接入电压表便于运行人员观察； 另一路并入ASD电动机保护装置，电动机保护装置投入电压保护，在电压异常时延时跳闸，防止由于电压原因对球磨电动机引起损伤。为防 止电压异常时对保护装置造成损害，装置电压进入端设置了速熔保险。
（二）磨机方面的原因
原有电气保护装置采用GL-12反时限过流继电器，现撤除原有GL-12反时限过流继电器，加装ASD-411微机保护装置，把原有二次电流回路接 入ASD-411微机保护装置，把ASD-411微机保护装置保护跳闸回路接入原跳闸控制回路，03与15号，具体接线见图（1），图（2）。
在投入装置的启动保护后，当电流从无到有或断路器为分位变合位时，装置认为电机启动，当启动时间达到启动延时时间，启动电流小于设 定定值，则认为电机进入运行状态，否则认为启动时间过长。这样，即可防止因为有料启动时启动电流过大造成保护误动作，也可防止因为 启动时间过长导致球磨电动机发热和其它设备的损坏。有料启动的时间可根据原有运行记录统计后进行整定。
五、改造效果
1、改造后的运行情况
2011年7月，首先对2#球磨电气保护装置及配套设备进行了改造，改造时间为3天。改造完成后，经过一定时间逐步加量的试运行，小时处理 量可大可达100吨，平均处理量为90吨，基本达到设计要求。
在2#球磨改造运行一个月后，依次对1#、3#、4#球磨的电气保护装置进行了改造，改造完成后球磨处理能力基本达到设计要求。
改造完成至今，保护装置尚未发生任何误动作，保护可靠灵敏，装置和其配套的一次设备只需进行防雷试验和继电保护试验即可（一次设备 根据实际情况和国家行业标准，可以3-5年进行一次）。
2、经济效益分析
改造时纯铜市场价格大约为4.8万元每吨，按风景矿业的平均生产能力，每套球磨每天平均生产20小时，按每套球磨每小时平均提高产量20 吨，矿料按最低0.2的品位计算，纯利润按0.15计算，改造后提高的产量每天可增加经济收益2.3万元。
球磨系统保护控制改造费用总计为27万余元，加入改造时对生产经营的影响，改造的全部投资可在一个月内全部收回，经济效益非常可观。
六、结束语
由于对电气保护认识的不足，或者担心投资成本增加，很多小型选矿厂对电气保护都比较忽略，但通过风景矿业球磨系统电气保护控制系统 改造的实例，可以看到电气保护改造起点高，落点底，项目大，投资小，回本速度快，因此是非常适合在小型选矿厂进行普及。
参考文献：
【1】风景矿业球磨系统原《控制保护电气设计图纸》
【2】《ASD-411电动机保护装置说明书》
【3】《继电保护及安全自动装置检验条例 0008-2004》
【4】《电气设备安装工程电气设备交接试验标准 GB50150-2006》
论文作者:罗红宇
论文发表刊物:《电力设备》2018年第12期
论文发表时间:2018/8/13
标签：电动机论文; 电流论文; 保护装置论文; 球磨论文; 时限论文; 电压论文; 继电器论文; 《电力设备》2018年第12期论文;