CN220122613U - 一种空分装置电加热器及调功柜用保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种空分装置电加热器及调功柜用保护电路，包括快速熔断器和熔断报警器，电加热器采用三相四线制接线，快速熔断器分别与三相电源线连接，且设置于断路器和晶闸管之间，熔断报警器与快速熔断器连接且常开触点电性连接断路器的分闸线圈；还包括炉膛温控单元、保护继电器和温度继电器，炉膛温控单元电性连接断路器的分闸线圈构成防干烧电路；温控仪连接断路器的分闸线圈构成击穿保护电路；温度继电器电性连接保护继电器，保护继电器连接周波控制器构成防击穿电路。本实用新型在调功柜的控制回路中设置防干烧电路、击穿保护电路和防击穿电路对晶闸管、电加热器进行保护。

Description

一种空分装置电加热器及调功柜用保护电路

技术领域

本实用新型涉及电加热器控制技术领域，具体涉及一种空分装置电加热器及调功柜用保护电路。

背景技术

目前，大型冶炼厂设置空分装置，其中纯化器再生采用电加热器进行实现。为了便于控制厂内电加热器设置有TG-3-800A型调功柜，调功柜内主要元器件有万能式断路器、温控仪、保护继电器、周波控制器、晶闸管等。电加热器内有240V8kW的电加热器66根，计528kw，采用三相四线制星形接线方式与电源连接。电加热器采用立式结构，污氮再生气体由上部进入，底部出去，出气口管道上设有热电阻WZPK2-231，其中一路输出连接DCS模块，一路输出连接温控仪。温控仪根据实际温度与设定温度差值输出4∽20mA信号给周波控制器，从而由周波控制器控制触发脉冲的输出和输出时间，即确定每一运行周期晶闸管输出周波数，控制输出功率的大小，从而使出气口温度达到稳定状态（PWM控制）。

然而晶闸管在使用过程中会因过电流、过压、过热等故障出现击穿，进而周波控制器、温控仪对晶闸管的控制作用失效，电加热器的工作不能随工作要求进行调节，进而出现出气口超温现象。

另外 ，在纯化器冷吹阶段因没有污氮气进入电加热器，会引起加热管干烧，因超温而导致加热管烧坏或设备寿命缩短，甚至因加热管故障引起严重的接地故障导致低压电跳闸，从而使空分装置的正常生产中断。

因此，针对晶闸管击穿引起的加热管干烧事故，亟需对控制电路进行改进对电加热器进行保护。

发明内容

本实用新型为解决现有调功柜不具备防干烧功能以及击穿保护和防击穿保护的问题，提供了一种空分装置电加热器及调功柜用保护电路，在调功柜的控制回路中设置防干烧电路、击穿保护电路和防击穿电路对晶闸管、电加热器进行保护。

为了实现上述目的，一种空分装置电加热器及调功柜用保护电路，包括电源主回路和控制回路，所述主回路包括断路器和电加热器，所述控制回路包括DCS模块、晶闸管、周波控制器和温控仪，所述电加热器通过晶闸管和断路器连接电源形成回路，所述周波控制器与晶闸管电性连接，周波控制器的控制端电性连接有温控仪，所述主回路还包括快速熔断器和熔断报警器，所述电源为三相电源，电加热器采用三相四线制接线，所述快速熔断器分别与三相电源线连接，且设置于断路器和晶闸管之间，所述熔断报警器与快速熔断器连接且常开触点电性连接断路器的分闸线圈；

所述控制回路还包括炉膛温控单元、保护继电器和温度继电器，所述炉膛温控单元电性连接断路器的分闸线圈构成防干烧电路；

所述温控仪连接断路器的分闸线圈构成击穿保护电路；

所述温度继电器电性连接保护继电器，所述保护继电器连接周波控制器构成防击穿电路。

作业原理：电加热器为立式筒状结构，电加热器包括进气口、出气口和炉膛，通过炉膛温度可以判断是否发生干烧现象，炉膛温控单元检测炉膛温度，并在检测温度达到设定值后控制断路器的分闸线圈得电，进而断路器断开，电加热器失电停止工作防止干烧持续发生。

晶闸管工作受周波控制器控制，在晶闸管击穿后，功率控制失效，电加热器高功率工作，其温度持续上升，易导致电加热器损坏，设置击穿保护电路，温控仪对电加热器出气口温度进行检测在这个基础上增设一个继电器实现与断路器的分闸线圈的电性连接，在电加热器温度过高时温控仪通过继电器使断路器的分闸线圈得电，电加热器停止工作。

晶闸管击穿的原因包括过热和过流。为防止过流在主回路上设置快速熔断器和熔断报警器，在过流发生时快速熔断器切断回路，熔断报警器控制断路器的分闸线圈得电，电加热器停止工作。控制回路中保护继电器具备防过流功能，能使保护继电器线圈得电，周波控制断电，晶闸管停止工作。

晶闸管在工作中自身会产生热量，设置温度继电器，温度继电器根据晶闸管温度控制自身触点，当晶闸管温度过高，温度继电器常开触点闭合，保护继电器线圈得电，常闭触点打开，进而周波控制断电，晶闸管停止工作。

从而对电加热器和晶闸管进行保护。

进一步地，所述炉膛温控单元包括控制器、第一温度传感器和第一继电器，所述第一温度传感器用于检测炉膛温度，第一温度传感器的输出端连接控制器的输入端，所述控制器的输出端连接第一继电器的线圈，所述第一继电器的常开触点连接断路器的分闸线圈。

进一步地，所述温控仪包括第二控制器、第二温度传感器和第二继电器，所述第二温度传感器用于检测电加热器出气口温度，第二温度传感器的输出端连接第二控制器的输入端，所述第二控制器的输出端连接第二继电器的线圈，所述第二继电器的常开触点连接断路器的分闸线圈。

进一步地，所述DCS模块的输出端设置有第三继电器，所述第三继电器的线圈与DCS模块的输出端连接，所述第三继电器的常开触点连接周波控制器。

进一步地，所述晶闸管包括6只正反向晶闸管，每两只所述正反向晶闸管分别与三相电源线连接；

所述正反向晶闸管外侧均包覆有铝材质制成的散热器，所述散热器用于对正反向晶闸管进行散热，靠近散热器位置设置温度继电器，所述温度继电器设置于散热器外表面上部。

通过上述技术方案，本实用新型的有益效果为：

本实用新型实现了晶闸管和电加热器的保护，其中控制回路包括炉膛温控单元、保护继电器和温度继电器，所述炉膛温控单元电性连接断路器的分闸线圈构成防干烧电路，防干烧电路避免电加热器出现干烧故障。所述温控仪连接断路器的分闸线圈构成击穿保护电路，击穿保护电路在晶闸管出现击穿时对电加热器进行保护。所述温度继电器电性连接保护继电器，所述保护继电器连接周波控制器构成防击穿电路，防击穿电路避免晶闸管在常规工作中出现过流和过热导致的击穿。本实用新型通过防干烧电路、击穿保护电路和防击穿电路提高了系统稳定性。

附图说明

图1为本实用新型一种空分装置电加热器及调功柜用保护电路的电气原理图之一；

图2为本实用新型一种空分装置电加热器及调功柜用保护电路的电气原理图之二。

附图表号：1为断路器，2为电加热器，3为DCS模块，4为晶闸管，5为周波控制器，7为快速熔断器，8为熔断报警器，9为保护继电器，10为温度继电器，11为控制器，12为第一温度传感器，13为第一继电器，14为第二控制器，15为第二温度传感器，16为第二继电器，17为第三继电器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明：

实施例1

如图1~2所示，一种空分装置电加热器及调功柜用保护电路，包括电源主回路和控制回路，所述主回路包括断路器1和电加热器2，所述控制回路包括DCS模块3、晶闸管4、周波控制器5和温控仪，所述电加热器2通过晶闸管4和断路器1连接电源形成回路，所述周波控制器5与晶闸管4电性连接，周波控制器5的控制端电性连接有温控仪，所述主回路还包括快速熔断器7和熔断报警器8，所述电源为三相电源，电加热器2采用三相四线制接线，所述快速熔断器7分别与三相电源线连接，且设置于断路器1和晶闸管4之间，所述熔断报警器8与快速熔断器7连接且常开触点电性连接断路器1的分闸线圈；

所述控制回路还包括炉膛温控单元、保护继电器9和温度继电器10，所述炉膛温控单元电性连接断路器1的分闸线圈构成防干烧电路；

所述温控仪连接断路器1的分闸线圈构成击穿保护电路；

所述温度继电器10电性连接保护继电器9，所述保护继电器9连接周波控制器5构成防击穿电路。

优选的，所述炉膛温控单元包括控制器11、第一温度传感器12和第一继电器13，所述第一温度传感器12用于检测炉膛温度，第一温度传感器12的输出端连接控制器11的输入端，所述控制器11的输出端连接第一继电器13的线圈，所述第一继电器13的常开触点连接断路器1的分闸线圈。

优选的，所述温控仪包括第二控制器14、第二温度传感器15和第二继电器16，所述第二温度传感器15用于检测电加热器2出气口温度，第二温度传感器15的输出端连接第二控制器14的输入端，所述第二控制器14的输出端连接第二继电器16的线圈，所述第二继电器16的常开触点连接断路器1的分闸线圈。

优选的，所述DCS模块3的输出端设置有第三继电器17，所述第三继电器17的线圈与DCS模块3的输出端连接，所述第三继电器17的常开触点连接周波控制器5。

优选的，所述晶闸管4包括6只正反向晶闸管，每两只所述正反向晶闸管分别与三相电源线连接；

正反向晶闸管外侧均包覆有铝材质制成的散热器，所述散热器用于对正反向晶闸管进行散热，靠近散热器位置设置温度继电器10，所述温度继电器10设置于散热器外表面上部。

结合图1和2 对保护作业进行说明。图2中KA1表示第一继电器13、KA2表示第二继电器16，KA3表示第三继电器17，KA4表示温度继电器10，KA5表示保护继电器9，FU表示熔断报警器8，QF表示断路器1的分闸线圈。从图2中可以看出，第一继电器13、二继电器16和熔断报警器8中任一个常开触点处于闭合状态断路器1的分闸线圈均处于得电状态，此时断路器1跳闸，电加热器2失电。

在本实施例中，控制器11、第二控制器14均采用STM32型单片机，第一温度传感器12为WZPK2-231 型热电阻，设定炉膛超温联锁值为240℃，为了便于查看，控制器11连接有LED显示屏。温控仪设定温度阈值为220℃，温度继电器10型号为KSD301，设定温度为85℃。

为了便于操作，控制器11与第一继电器13之间设置有光耦元件，第二控制器14与第二继电器16之间设置有光耦元件。

在防干烧电路中，第一温度传感器12对炉膛温度进行检测，LED显示屏实时显示炉膛温度值，当第一温度传感器12检测的温度值大于240℃，此时控制器11控制第一继电器13的线圈得电，第一继电器13的常开触点闭合，进而断路器1分闸线圈得电，断路器1断开，调功柜停电，电加热器2断电停止工作。

在击穿保护电路中，如果晶闸管4在异常情况下被击穿，此时周波控制器5失去驱动功能，电加热器2高功率工作，当第二温度传感器15检测值超过220℃，此时第二控制器14控制第二继电器16的线圈得电，第二继电器16的常开触点闭合，进而断路器1分闸线圈得电，断路器1断开，调功柜停电，电加热器2断电停止工作。

在击穿保护电路中，晶闸管4工作会产生热量，晶闸管4设置有散热器持续为晶闸管4散热，三相电源线上每相设置两个正反向晶闸管，对应的散热器数量为6个，进一步地温度继电器10数量为6个，但原理相同，在图2中用一个表示。当晶闸管4散热器的温度达到85℃，温度继电器10的常开触点闭合，此时保护继电器9的线圈得电，常闭触点断开，进一步地，周波控制器5处于失电状态，周波控制器5使晶闸管4停止工作，避免晶闸管4过热出现击穿。

实施例2

周波控制器5同时受DCS模块3控制，通过DCS模块3改变第三继电器17的线圈通电状态，进而改变周波控制器5的工作状态。便于工作人员进行操作，进一步提高设备使用的安全性。

可以设置程序使用DCS模块3进行电加热器2自动控制，设定电加热器2工作时长以及工作时间间隔，如电加热器2每隔6小时自动启动，每次工作100分钟，DCS模块3延时6小时后通过第三继电器17使其常开触点闭合，周波控制器5通电工作，100分钟后DCS模块3控制第三继电器17使其常开触点断开，周波控制器5掉电停止工作，电加热器2根据程序循环运行。

以上所述之实施例，只是本实用新型的较佳实施例而已，并非限制本实用新型的实施范围，故凡依本实用新型专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本实用新型申请专利范围内。

Claims (5)

1.一种空分装置电加热器及调功柜用保护电路，包括电源主回路和控制回路，所述主回路包括断路器（1）和电加热器（2），所述控制回路包括DCS模块（3）、晶闸管（4）、周波控制器（5）和温控仪，所述电加热器（2）通过晶闸管（4）和断路器（1）连接电源形成回路，所述周波控制器（5）与晶闸管（4）电性连接，周波控制器（5）的控制端电性连接有温控仪，其特征在于，所述主回路还包括快速熔断器（7）和熔断报警器（8），所述电源为三相电源，电加热器（2）采用三相四线制接线，所述快速熔断器（7）分别与三相电源线连接，且设置于断路器（1）和晶闸管（4）之间，所述熔断报警器（8）与三相电源连接且常开触点电性连接断路器（1）的分闸线圈；

所述控制回路还包括炉膛温控单元、保护继电器（9）和温度继电器（10），所述炉膛温控单元电性连接断路器（1）的分闸线圈构成防干烧电路；

所述温控仪连接断路器（1）的分闸线圈构成击穿保护电路；

所述温度继电器（10）电性连接保护继电器（9），所述保护继电器（9）连接周波控制器（5）构成防击穿电路。

2.根据权利要求1所述的一种空分装置电加热器及调功柜用保护电路，其特征在于，所述炉膛温控单元包括控制器（11）、第一温度传感器（12）和第一继电器（13），所述第一温度传感器（12）用于检测炉膛温度，第一温度传感器（12）的输出端连接控制器（11）的输入端，所述控制器（11）的输出端连接第一继电器（13）的线圈，所述第一继电器（13）的常开触点连接断路器（1）的分闸线圈。

3.根据权利要求1所述的一种空分装置电加热器及调功柜用保护电路，其特征在于，所述温控仪包括第二控制器（14）、第二温度传感器（15）和第二继电器（16），所述第二温度传感器（15）用于检测电加热器（2）出气口温度，第二温度传感器（15）的输出端连接第二控制器（14）的输入端，所述第二控制器（14）的输出端连接第二继电器（16）的线圈，所述第二继电器（16）的常开触点连接断路器（1）的分闸线圈。

4.根据权利要求1所述的一种空分装置电加热器及调功柜用保护电路，其特征在于，所述DCS模块（3）的输出端设置有第三继电器（17），所述第三继电器（17）的线圈与DCS模块（3）的输出端连接，所述第三继电器（17）的常开触点连接周波控制器（5）。

5.根据权利要求1所述的一种空分装置电加热器及调功柜用保护电路，其特征在于，所述晶闸管（4）包括6只正反向晶闸管，每两只所述正反向晶闸管分别与三相电源线连接；

正反向晶闸管外侧均包覆有铝材质制成的散热器，所述散热器用于对正反向晶闸管进行散热，靠近散热器位置设置温度继电器（10），所述温度继电器（10）设置于散热器外表面上部。