现场︱某电炉循环泵站信号及报警系统设计
中国电工技术学会定于2016年9月8~9日在安徽省合肥市举办“2016第五届新能源发电系统技术创新大会”（原“分布式发电与微电网技术大会”），主题为“能源互联网关键技术、储能电站与微电网建设”。
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昆明有色冶金设计研究院股份公司的研究人员董桂华、李学文、傅博，在2016年第3期《电气技术》杂志上撰文，分析了利用信号系统实现某电炉循环泵站电气设备故障信号指示及报警，以及工艺参数异常指示及报警，给出了其信号系统的组成、实现方式和运行调试分析。
某工业硅电炉车间循环泵站为电炉生产提供循环冷却水，该循环冷却水系统由电炉变压器循环水系统、电炉循环水系统和电炉烟道循环水系统，以及冷却塔构成。循环泵站内的用电负荷中，大部分为一级或二级负荷，为保证循环泵站内设备安全平稳运行，除了提供双电源或双回路供电系统外，有必要设置相应的信号系统。
对于信号及报警系统，通常是在PLC控制系统上进行相应的硬件配置和程序开发，很容易实现该功能。鉴于本车间目前没有设置相应PLC系统，如果配置该PLC系统，则受到投资成本大和运行维护能力不足等因素制约。
本设计采用在电气接线上留出相应的电气接点，通过在控制室或值班室内安装一组信号箱的方式，实现信号及报警系统，以满足正常生产运行的要求。
1 功能分析
本电炉车间循环泵站中，需要对运行状态进行集中监视的对象及设备主要有：进行备用切换的泵组状态显示，30余台循环水泵、冷却塔风机设备运行状态以及4座水池液位情况。
本设计中为满足上述功能，根据功能的不同和设备的位置分布对监视的对象进行系统的划分，对应的信号及报警系统划分成以下三个部分内容：备用切换信号系统、电气设备运行信号系统和冷却水池的液位信号系统。
(1)备用切换信号系统
为满足工艺要求，各组循环冷却水泵均采用2用1备型式，均为热备用，当某台运行设备停止运行时，通过备用切换保证正常生产要求，该信号系统显示备用状态。
(2)电气设备运行信号系统
电气设备主要是电动机设备，电气设备运行时的各种故障信息，通过信号系统进行集中的指示及故障报警。
(3) 冷却水池液位信号系统
根据生产过程安全性要求，各水池液位设高低位和溢流报警水位显示及报警。
2 信号选取
信号选取作为信号报警系统的重要环节，本次信号系统设计中，对信号的选取从以下几点内容进行综合考虑：1)选取的信号能反映出的设备运行状态，需有准确性和稳定性；2)选取的信号宜为无源接点，信号高电平由信号箱通过信号线统一配出；3)选取的信号能够远传到信号箱。
备用切换信号系统中，需要采集的信号包括投入运行的设备指示和备用设备指示，利用转换开关选择备用设备时，接触点接通断开，并通过中间继电器进行判断，输出信号。
电气设备运行信号系统中，需要采集的信号包括电源信号、运行信号和故障信号。通常设备配电在低压配电室的低压屏上，设备控制在现场控制箱上，在低压屏上显示设备运行和故障信号，在现场控制箱上显示电源信号。
电气设备运行信号通常取其配电回路接触器辅助触点，电源信号通常取其配电回路断路器辅助触点，故障信号有两类，第一类为电源故障，指断路器跳闸；第二类为设备故障，对于电动机而言，通常取配电回路热继电器辅助触点，对于成套设备而言，通常有专门的输出触点对应不同故障类型。
液位信号系统中，各类液位信号通过设置在水池中的液位传感开关的输出接点接入信号系统的方式实现。
通过以上分析，本信号及报警系统中所需信号统计结果如表1所示。
表1 信号清单
3 信号选取
3.1 整体结构
整个循环泵站信号及报警系统如图1所示。整个系统设1台信号箱对6台低压屏 (或动力箱)、8台现场控制箱以及现场中的各种状态信息进行集中显示和报警。
信号箱有2个功能，首先是为各子系统信号回路统一提供电源，然后是接收各子系统传来的电气信号，并完成显示和报警。信号箱设在值班控制室，低压屏设在配电，其余设备在车间现场，各类信号通过信号电缆进行传递。
图1 循环泵站信号及报警系统整体结构
3.2 设计实现
1)备用切换信号
本系统中备用切换的3组设备，每组在现场控制箱内通过转换开关SA，选择出备用设备的编号。对于两用一备方式，对应的切换档位为4档(“1#备用”、“2#备用”、“3#备用”以及“检修”)，各个档位上对应接通触点，其中一路连通控制回路，一路至信号系统。
现场箱和信号箱相应的信号系统接线示意图如图2a所示，虚线内为控制接线，SA选择“1#备用”后，由1KA发出信号至信号箱AX。
2) 电气设备运行信号
信号箱中通过指示灯显示设备运行故障和电源故障，并进行电铃报警，相应接线示意图如图2b所示。以1#电炉循环水泵为例，运行信号取接触器辅助触点1KM，接触器线圈失电后辅助触点动作，通过4KA发出信号。设备故障信号取热继电器辅助触点1KH，电机过热动作后，通过6KA发出信号。运行时断路器故障跳闸后，通过5KA发出信号，在信号箱显示状态同时，通过5KA1触点闭合，接通电铃回路。
图2 信号系统接线示意图
3) 液位信号系统
液位信号采用UQX-2型浮球悬挂式液位信号器，其原理是浮球内有干簧触点，液位变化时导致浮球发生翻转变化，使干簧触点动作最终发出信号。接线和安装方式如图3所示。
每个水池有3个浮球,分别在水池达到溢流液位，高液位和低液位三种状态时，干簧触点的接通或闭合状态发生改变。例如在1#水池中，当液位低于报警低水位时，浮球1SW2触点1-S3由常闭变为常开；当液位超过报警高水位时，浮球1SW1触点1-S2由常开变成常闭。
图3 液位信号系统接线及安装示意图
4 运行调试
在运行调试期间时，大多数信号都能按照设计要求进行显示和报警。运行调试中发现一些问题，进行了相应改进，完善该信号系统的各项设计功能。
在液位信号系统的最初接线中，1S3和1S1，1S2接法一致，浮球触点直接串联1HL3和1KA3，在1HL3串联1KA3常闭触点，正常情况触点不接通1HL3，1KA3线圈失电后，希望该触点接通1HL3。当液位下降至低水位时，未输出报警。
通过分析接线发现，当达到低水位时，1S3触点常闭变常开状态，1KA3线圈和指示灯均断开，指示灯未接通。通过将低水位指示灯1HL3和1KA3常闭触点构成的指示回路移至电源处，即可实现报警1HL3的报警指示功能。
在整个信号箱系统中的任何故障信息，都接通电铃回路，值班人员结合声光报警发现故障设备。但是在已经发现具体的故障点，但未排除故障前，电铃一直接通，造成不必要的警报。通过接入转换开关SA1，设置“投入报警”和“解除报警”档位，在发现故障位置后，解除报警，在处理完故障后投入报警。
由于液位信号器在水池内外，属于潮湿型特殊环境，在检修时为保证人员安全，可采取的方式有两种：一是在原信号箱液位信号系统的电源侧加装剩余电流保护器；二是该回路采用特低压供电，加装1台220V/12V变压器。如果采用特低压供电，该回路容量太低，选用变压器方式不太适合。
本次设计采用加装剩余电流保护器方式，剩余电流值不大于30mA,设备发生单相接地故障时，能够切断电源，保证运行的安全性。
5 结论
在电炉车间循环泵站利用信号及报警系统信号箱，使不同类型信号进行了集中采集显示和报警。本次设计在某些控制要求简单的场合，作为PLC控制的替代，利用电气控制技术进行了实践和尝试，节省了项目成本，取得了较为满意的效果。