陳煒寧，周 磊，徐 毅，張聲軍

（北京建筑機械化研究院，北京 100007）

1 砂漿泵超壓快速保護裝置的作用

砂漿泵因其工作性能優(yōu)越，在工程注漿和灌漿等領域得到廣泛的應用，例如水庫、水電站、堤壩、港口、碼頭中由各種壓力注漿等。目前，砂漿泵輸送管道采用的是鋼絲膠管，其耐壓能力一般為10MPa，所以一旦管道發(fā)生堵塞，如果沒有保護裝置的保護，輸送管道將會爆裂，里面的砂漿將嚴重威脅施工人員的人身安全。因此砂漿泵超壓快速保護裝置具有保證安全施工和保護設備的重要作用。

2 國內(nèi)應用現(xiàn)狀

國內(nèi)目前普遍使用熱繼電器、模擬電子式保護裝置、微機型智能保護裝置等對設備進行保護，但這些保護裝置存在以下缺點。

1）熱繼電器存在整定粗糙、受環(huán)境影響大，反應遲鈍，重復性差，誤差大及功能單一等缺點，目前基本被淘汰。

2）模擬電子式保護裝置存在整定精度不高及采樣精度不高等缺點。

3）一般的微機型智能保護裝置存在可靠性低，整體抗干擾能力較差，保護功能不完善，界面不友好，反應速度慢，操作繁瑣等缺點。

為了保證砂漿泵安全、可靠地運行，我們以微機型電機智能保護裝置為基礎研發(fā)了一種砂漿泵超壓快速保護裝置。

3 主要技術參數(shù)

4 技術特點

由于電動機的輸出轉(zhuǎn)矩隨管道壓力上升而增加，而電機電流與電機扭轉(zhuǎn)成正比關系，所以當管道壓力上升時，電機電流也隨之增加。于是我們可以通過監(jiān)測電機電流間接的監(jiān)測管道壓力，一旦管道壓力超過設定的壓力（即設定的電機電流），保護器立即斷開電機電源，起到保護管道和電機的作用。我們研發(fā)的砂漿泵超壓快速保護裝置有以下特點。

4.1 保護裝置采用傅立葉算法

通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)字濾波器可以得到一些數(shù)字信息，但這些數(shù)字信息不能被直接用來作為判斷，必須通過一定的數(shù)學方法將其轉(zhuǎn)化成保護所反映的量。因此，算法是保護裝置實現(xiàn)保護功能的重點。交流采樣有多種算法，每種算法的精度和速度不盡相同，但其核心都是得到被保護設備的參數(shù)——電流的有效值。傅里葉算法對非整數(shù)次高次諧波有很大的抑制能力，所以本保護裝置使用傅里葉算法。

我們知道實際的采樣信號往往是在基波分量的基礎上疊加有衰減的非周期分量和各種高頻分量，因此要求保護裝置對輸入的電流進行預處理，盡可能濾掉非周期分量和高頻分量。

傅立葉算法的基本思路來自傅立葉級數(shù)，即一個周期性函數(shù)可以分解為直流分量、基波和各次諧波的無窮級數(shù)，如

式中w1表示基波角頻率；an和bn分別表示各次諧波的正余弦的幅值，其中比較特殊的有：b0表示直流分量，a1和b1表示基波分量正余弦的幅值。根據(jù)傅里葉級數(shù)原理，可以分別求出an和bn分別為

于是n次諧波電流分量可表示為

據(jù)此可以求出n次諧波電流分量的有效值為

其中an、bn使用梯形積分法近似求出為

式中N為一周期采用點數(shù)，i(0)、i(k)、i(n)分別為第0次、第K次和第N次的采用值。應用傅里葉算法求取電流有效值至少要求一個周期的采樣點，但它具有較強的諧波抑制能力，在故障和波形畸變情況下可獲得較高的計算精度。結(jié)合電動機保護的實際，本系統(tǒng)采用傅里葉算法，在精度和速度上完全可以滿足要求。

4.2 反應迅速

當砂漿堵泵時，電動機電流會迅速增大，輸送壓力也迅速增大，特別容易將管道炸裂甚至燒毀電機。因此在檢測到電機運行電流超過設定值時，保護裝置必須及時動作，保護施工安全和設備。

在電機運行過程中，當電流超過設定電流Icy并達到動作時限Tcy時，保護裝置將作用于出口跳閘，斷開電源。設定的保護電 流在電動機的起動過程中閉鎖，起動結(jié)束后自動投入。

本保護裝置的動作時限Tcy為0.1s，由于從正常輸送到發(fā)生堵泵需要一定的時間，這個時間遠大于0.1s，所以本裝置的動作時限能夠快速完成保護動作，起到保護設備施工安全的作用。

4.3 保護功能多

本保護裝置除了對設備具有靈敏的超壓保護之外，還可以對電機斷相、過載、短路、欠壓、三相不平衡、漏電等進行保護，同時還擁有電流電壓顯示、故障記憶等功能。

5 結(jié) 語

進入21世紀，國家對施工安全生產(chǎn)要求越來越高，對設備的安全保護性能也要求越來越高。本保護裝置測量準確、反應速度快、應用范圍廣，既可以作為砂漿泵的保護裝置，也可以用于擠壓泵、細石混凝土泵等以電機為動力的設備，必將會得到廣泛的應用。