强磁选机电气整流系统缺陷分析及改进

曹建义

摘要：本文通过对选矿厂强磁选机电气整流系统存在的控制缺陷进行分析，研究制定实施可靠的改进保护措施实现设备的本质安全，为后续励磁装置升级改造提供了技术依据。

关键词：强磁选机;整流保护;保护改进

选矿厂平环强磁选机在选矿生产工艺流程中处在关键环节。选厂发生了一起强磁选机线圈接地击穿的事故暴露出强磁机电气整流装置控制环节存在缺陷。随着设备本质化安全要求不断提升，对强磁机整流装置系统缺陷进行分析、改进显得尤为重要。

1改造前系统缺陷分析

目前选矿厂平环强磁选机采用的是300A/DC460V激磁线圈，通过对4个串联线圈输入直流激磁电流产生磁场进行生产作业，由于激磁电压高，电流大，故原设计采用不带整流变压器直接接入电网的三相整流电路。但在实际运行中，直流激磁感应线圈易发生因绝缘电阻值降低，连接电缆老化而导致的接地故障。如发生接地，会造成空气开关跳闸，整流管击穿等故障，严重时会引起火灾事故。受生产工艺参数调节需要，励磁电流给定需要不断调整，发生线圈接地击穿情况时电流值约在140A左右，远低于系统中过电流断路器、熔断器动作、熔断的设定值，电气控制装置不能有效起到保护作用。

2设备改进技术分析

2.1不带隔离变压器的直流系统中，直接接入电网的三相整流电路，与电网没有电气隔离，供电电源变压器中性点接地，对于电压较高的直流系统直流输出如发生一点接地，会通过物体与地形成回路，接地点与地电位差大则形成比较大的电流，造成事故发生。

2.2带隔离变压器的直流系统中，正负极若只出现一点接地时，因没有构成电流回路不会引起危害。如再发生另一极接地就将造成直流短路故障。消除强磁选机电气整流系统出现一点接地即发生故障，及时发现设备接地是本次改进的目的。

2.3线圈线路连接的所有设备都会形成对地的绝缘电阻，任一点出现绝缘阻值下降均会导致绝缘故障。

2.4正负直流母线处于不同绝缘电阻时，母线对地电压会产生波动，但是对于整个系统的影响不大：一是因为负载的设备仅仅接受正负母线之间的电压，这个电压是维持不变的;二是对地绝缘电阻阻值偏大，电压有輕微波动，但不会使电流产生较大的偏移。

3改进的原理分析

在强磁选机激磁线圈供电系统中，直流输出需要设计为正负线路对地悬浮方可解决一点接地即发生故障的问题。本次系统改进采用增加电气隔离整流变压器提高运行安全性+绝缘监测模块及时判断故障，整流柜联锁报警停机的方式进行。

3.1方案框图

3.2整流变压器的作用是实现交流电网与整流电路之间的电隔离，经过隔离，初、次级只有磁场上的联系，没有电路上的联系。

3.3增加绝缘监测模块IGU01A

3.3.1IGU01A是一种针对直流电源系统母线的绝缘状态进行在线实时检测的装置。采用了直流检测法进行绝缘检测，不会向母线注入探测信号，不会对直流母线造成任何干扰。

3.3.2IGU01A的主要功能如下：

母线绝缘检测：检测激磁直流输出电压值，直流正对地电压，母线负对地电压，直流正负对地电阻。定时平衡接地检测（默认间隔2小时）。母线间电压低于100V时不检测绝缘电阻。

3.3.3上位机通讯：通过485总线和上位机或监控器通讯。

3.3.4报警继电器输出：当模块检测到绝缘降低，或交流混入时，继电器输出报警信号。

3.3.5原理系统方框示意图：

3.4测量原理：

IGU01A内置平衡桥电路与机壳和大地相连，当直流系统及各个线圈无接地时，通过接地检测点，测得的电压为母线电压的1/2。当任意支路存在接地电阻时（如图所示为正接地），将使平衡桥关系被破坏，从而改变接地检测点的电压。模块可根据检测点的电压、母线的电压以及已知的平衡桥电阻计算出接地的电阻（R）。一旦正负母线对地电阻小于设定的报警值，则产生报警信号。当回路正负都有接地，且接地电阻相同时，即形成了平衡接地。此时平衡桥关系没有被破坏，仅根据平衡桥检测法无法检测出接地电阻值。这时就需要使用不平衡桥法进行检测，通过闭合正/负向的开关（K1/K2），形成2种已知的不平衡关系，进而对形成的2元方程式求解，可得到正负接地电阻值。

采用以上方法可检测直流激磁母线存在的单端或双端接地，并能检测直流输出端母线平衡接地，实现装置的电气自保护功能。

4改造取得的效果

4.1通过励磁装置中增加隔离变压器的改造，使直流线圈励磁系统与交流供电接地系统实现有效的电气隔离，装置中配置的在线绝缘检测装置在系统发生一点接地时能够及时预警提示检查，起到事故前的预警保护。

4.2本次强磁机励磁整流装置的缺陷分析改进措施的实施，完善了选矿工艺设备电气控制的本质安全性能，为以后同类型电气控制装置改造升级做了技术储备，提升了设备运行稳定性。

参考文献

[1]廖革文.直流系统绝缘监测的原理和应用[J].通信电源技术，2018-06-10.