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(fēng)冷、水冷和其他介質(zhì)冷卻。風(fēng)冷和水冷是軋鋼生產(chǎn)線電機冷卻經(jīng)常使用的2種冷卻方式。在大功率交、直流電機中，由于風(fēng)冷比水冷的冷卻效果差，使用風(fēng)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(fēng)機使電機內(nèi)部的熱空氣循環(huán)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(shè)備之一。 在電機的運行過程中，如果沒有及時發(fā)現(xiàn)電機空水冷卻器有漏水的情況，就會導(dǎo)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(tǒng)，該系統(tǒng)可以及時發(fā)現(xiàn)電機空水冷卻器的漏水情況并報警。同時，該系統(tǒng)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(nèi)部溫、濕度的異常情況，避免出現(xiàn)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(tǒng)的組成

電機空水冷卻器漏水溫濕度檢測報警系統(tǒng)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(lián)鎖、上位監(jiān)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(tǒng)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(yīng)的漏水、溫度和濕度檢測模塊上，當(dāng)某一電信號達到相應(yīng)檢測器的報警值時，檢測器將報警輸入控制模塊?？刂颇K是該系統(tǒng)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(fā)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(jiān)測。另外，通過報警信號可以對電機進行聯(lián)鎖保護[1]。

圖2 電機空水冷卻器漏水溫濕度檢測報警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 電機空水冷卻器漏水溫濕度檢測報警系統(tǒng)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(guān)量信號并進行聲音報警。它可以調(diào)節(jié)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(dǎo)線和雙螺旋線軸。檢測導(dǎo)線外層為導(dǎo)電聚合物護套，內(nèi)芯為導(dǎo)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(dǎo)電性物質(zhì)，因此當(dāng)2根導(dǎo)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(fā)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(dāng)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(fā)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(jù)自身的要求設(shè)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(nèi)部參數(shù)設(shè)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(zhuǎn)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(dāng)溫度或濕度達到設(shè)定的報警值時，溫濕度智能控制儀相應(yīng)端子輸出報警開關(guān)量信號，如圖4所示。在控制儀上設(shè)定好溫度和濕度上限報警，并將管道式溫度傳感器的相關(guān)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(tǒng)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(fēng)口處，便于檢測空水冷卻器送風(fēng)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(nèi)部水管與外部水管接頭的下方（電機空水冷卻器內(nèi)部水管與外部水管接頭下方因工況溫度變化和外部設(shè)備振動而容易發(fā)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(fā)生率達到95%以上），方便對其進行更換和維護。該結(jié)構(gòu)可以順利檢測到每一處漏水點，提高漏水檢測感應(yīng)線纜的工作效率[3]。

4 漏水溫濕度檢測報警系統(tǒng)安裝使用實例

以宣鋼棒材生產(chǎn)線主電機使用的漏水溫濕度檢測報警系統(tǒng)為例，該生產(chǎn)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(qū)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(chǎn)線采用PLC對漏水溫濕度監(jiān)測報警系統(tǒng)進行控制，在粗、中以及精軋3個區(qū)域各使用1套報警系統(tǒng)。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(wǎng)絡(luò)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(qū)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(qū)域的PLC或遠程站的開關(guān)量輸入模板，在PLC或遠程站的開關(guān)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(guān)量輸出模板上接上對應(yīng)的軋機連鎖保護，在報警后就可以對相應(yīng)軋機進行保護停車。該系統(tǒng)使用工業(yè)以太網(wǎng)將PLC和上位工控機連接至交換機，為了便于監(jiān)控，也可以讓該系統(tǒng)與軋線PLC系統(tǒng)通過以太網(wǎng)進行連接。對PLC進行組態(tài)、編程，并編制相應(yīng)的HMI監(jiān)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(jié)論

在宣鋼1條高線和2條棒材上應(yīng)用該電機空水冷卻器漏水溫濕度檢測報警系統(tǒng)，其效果顯著。尤其是在一棒生產(chǎn)線上，由于該生產(chǎn)線已經(jīng)生產(chǎn)使用了近20年，因此該生產(chǎn)線上的空水冷卻器老化嚴重，會頻繁發(fā)生漏水故障，使用該漏水溫濕度檢測報警系統(tǒng)后，2019年共檢測到11次空水冷卻器漏水的情況。通過現(xiàn)場確認，每次報警均準時、準確，與現(xiàn)場漏水情況相符，及時更換故障空水冷卻器避免了出現(xiàn)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。