王海芹

（安科瑞電氣股份有限公司，上海 嘉定  201801）

摘要：傳統的低壓電動(dòng)機保護是通過(guò)繼電保護二次回路實(shí)現，隨著(zhù)電子技術(shù)的飛速發(fā)展，出現了一些對電路起保護的電動(dòng)機控制器。根據電廠(chǎng)輔助控制設備的電機保護的特點(diǎn)及其控制要求，結合ARD3智能型電動(dòng)機控制器在發(fā)電廠(chǎng)低壓電動(dòng)機保護控制中的應用，綜合介紹ARD3智能型電動(dòng)機控制器產(chǎn)品的特點(diǎn)及其智能化保護、測量、控制和通訊等，供工程設計中參考。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)機保護、智能化、通訊

一、概述：

    隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，我發(fā)電廠(chǎng)電機設備的使用量逐步增多，促使電動(dòng)機的正常運轉發(fā)揮成為了其他的設備能夠正常運轉的前提條件，因此能夠合理選擇和使用電動(dòng)機控制器是對正常的工業(yè)現場(chǎng)生產(chǎn)工作負責的表現，只有在電動(dòng)機正常發(fā)揮其功能的基礎上，才能夠保證整個(gè)行業(yè)的工作流程不會(huì )受到干擾，可以正常運行。在火力發(fā)電廠(chǎng)中，低壓電動(dòng)機的控制原理和應用情況在火力發(fā)電廠(chǎng)中一直是一項技術(shù)難題^[1,2]。

    在電廠(chǎng)電機設備的保護設計中，低壓電動(dòng)機的應用及保護配置可采用多種方案進(jìn)行設計，對于過(guò)去采用熱繼電器、斷路器（或熔斷器）作為電動(dòng)機過(guò)負荷保護、斷相保護、短路保護和控制元件，由于受到通信功能不夠靈活等多種條件的約束，已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足日益發(fā)展的電廠(chǎng)設備自動(dòng)化生產(chǎn)的要求，而新型智能電動(dòng)機控制器可實(shí)現重載起動(dòng)，實(shí)現對電動(dòng)機的溫度保護，還提供多種測控功能和多種電動(dòng)機控制模式，能夠滿(mǎn)足對電動(dòng)機的保護控制要求，有效地保障了電機的安全運行。本文以ARD3智能型電動(dòng)機控制器在發(fā)電廠(chǎng)中的實(shí)際應用進(jìn)行具體介紹。

二、電廠(chǎng)對電動(dòng)機控制器的功能要求

    在我機電行業(yè)中，電動(dòng)機是應用為廣泛的，發(fā)電總量中消耗在電動(dòng)機上的電量就占了很大一部分，而各類(lèi)風(fēng)機、水泵、空壓機又占電動(dòng)機所耗電的一半以上。發(fā)電廠(chǎng)電動(dòng)機的工作環(huán)境較惡劣，經(jīng)常容易發(fā)生堵轉、短路、斷相或長(cháng)期過(guò)載運行等故障^[3]，所以控制器要能夠對在惡劣環(huán)境中工作的電動(dòng)機進(jìn)行實(shí)時(shí)保護、控制，保證發(fā)電廠(chǎng)電動(dòng)機的正常運行。

    根據《火力發(fā)電廠(chǎng)廠(chǎng)用電設計技術(shù)規定》（DL/T 5153-2002），低壓廠(chǎng)用電動(dòng)機應裝設相間短路保護、單相接地保護（或者單相接地短路保護）、過(guò)負荷保護、低電壓保護、斷相保護^[4]。因此，電廠(chǎng)項目需要電壓、電流全電量參數測量，并且帶通訊功能，控制器需要有自診斷輸出、斷電輸出、故障記錄等功能，總結為如下功能：

    1、實(shí)現完善的電機保護功能

    控制器通過(guò)采集三相交流電流、三相交流電壓、剩余電流、PTC熱電阻阻值、電動(dòng)機電能等電量參數，以及電動(dòng)機運行過(guò)程中的各種運動(dòng)狀態(tài)等信號，經(jīng)控制器內部處理運算，從而實(shí)現對電動(dòng)機起動(dòng)超時(shí)、過(guò)載、阻塞、欠載、斷相、三相電流不平衡、剩余電流（接地/漏電）、溫度、外部故障、相序、過(guò)壓、欠壓、欠功率、過(guò)功率、t_E時(shí)間等綜合保護，進(jìn)而保證發(fā)電廠(chǎng)生產(chǎn)工作的安全連續運行^[4]。

    2、實(shí)現多種電動(dòng)機控制方式

    智能型電動(dòng)機控制器通過(guò)程序控制，實(shí)現多種不同的電動(dòng)機起動(dòng)控制，采用控制器來(lái)實(shí)現的操作控制權限包括：1）RS-485通訊接口實(shí)現遠程控制；2）能夠通過(guò)顯示模塊上的按鍵進(jìn)行操作控制；3）通過(guò)DCS系統控制DI端子實(shí)現遠程自動(dòng)控制；4）DI端子現場(chǎng)就地控制。

    3、實(shí)現現場(chǎng)實(shí)時(shí)監測電動(dòng)機運行

    電廠(chǎng)通過(guò)控制器能夠實(shí)時(shí)觀(guān)察現場(chǎng)電動(dòng)機設備在運行過(guò)程中的電壓、電流、頻率等參數以及電動(dòng)機當前的運行狀況，操作顯示模塊上的按鍵設置電廠(chǎng)電動(dòng)機設備的起動(dòng)方式（可選擇手步啟動(dòng)、兩步啟動(dòng)、雙速啟動(dòng)和保護方式）。

    4、實(shí)現通訊功能

    控制器可通過(guò)RS-485通訊接口，經(jīng)過(guò)Modbus-RTU或Profibus-DP通訊協(xié)議與上位機管理系統進(jìn)行通訊連接，將信息在短時(shí)間內發(fā)送給后臺管理系統并對故障信息發(fā)出報警信號，使操作人員能夠*時(shí)間發(fā)現故障原因并及時(shí)排除故障，實(shí)現電廠(chǎng)電動(dòng)機設備的數據的實(shí)時(shí)傳輸功能。

    ARD3智能型電動(dòng)機控制器采用模塊化的產(chǎn)品結構形式，包括主體控制模塊、互感器模塊和顯示模塊，并可根據工業(yè)現場(chǎng)的實(shí)際應用選配ARD3智能型電動(dòng)機控制器的其他功能模塊和附件。通過(guò)采用ARD3智能型電動(dòng)機控制器安裝在低壓開(kāi)關(guān)柜，與轉換開(kāi)關(guān)、接觸器、電動(dòng)機起動(dòng)器等電器元件構成電動(dòng)機控制保護單元，實(shí)現了遠程自動(dòng)控制、現場(chǎng)直接控制、液晶界面參數指示、信號報警、現場(chǎng)總線(xiàn)通信等功能，提高了整個(gè)控制回路的可靠性和穩定性的同時(shí)降低了操作人員現場(chǎng)調試和維護工作量。通過(guò)選配抗晃電模塊來(lái)實(shí)現電路的抗晃電和自起動(dòng)，當ARD3智能型電動(dòng)機控制器輔助電源斷電時(shí)，可以向控制器持續供電10s，同時(shí)，選配AC380V電源模塊，用于控制器使用AC380V作為輔助電源的場(chǎng)所。

三、 ARD3智能型電動(dòng)機控制器在發(fā)電廠(chǎng)低壓電動(dòng)機保護中的應用

    隨著(zhù)電廠(chǎng)DCS系統的大規模推廣應用，實(shí)現工業(yè)現場(chǎng)電動(dòng)機的遠程實(shí)時(shí)集中監控已經(jīng)成為實(shí)現工業(yè)自動(dòng)化控制的關(guān)鍵點(diǎn)，圖1為ARD3智能型電動(dòng)機控制器在電廠(chǎng)應用中的現場(chǎng)總線(xiàn)布局。ARD3智能型電動(dòng)機控制器為用戶(hù)提供RS485（Modbus-RTU/Profibus-DP）通訊接口，可以采集工業(yè)現場(chǎng)的電動(dòng)機的三相交流電壓、零序電流、熱電阻值、電動(dòng)機電能以及狀態(tài)監控信息，并匯集到現場(chǎng)總線(xiàn)，操作人員可通過(guò)上位機實(shí)時(shí)監控工業(yè)現場(chǎng)的運行情況，實(shí)現運行人員操作界面的DCS遠程操控^[5]。

 圖1 ARD3智能型電動(dòng)機控制器的現場(chǎng)總線(xiàn)布局

    如圖2 ARD3智能型電動(dòng)機控制器工程典型應用方案圖中所示，電路通電后，控制器采集轉換開(kāi)關(guān)KK1信號，控制器通過(guò)讀取控制權限端口（14，15）的信號值選擇遠程控制或者就地控制電機起動(dòng)。如圖2中接線(xiàn)所示，若控制器端口（15）采集到的信號為“1”，則遠程控制電機起動(dòng)；若控制器端口（15）采集到的信號為“0”，則就地控制電機起動(dòng)?？刂破鞑杉F場(chǎng)三相交流電壓、三相交流電流、零序電流、接觸器工作狀態(tài)、斷路器工作狀態(tài)以及DCS柜急停按鈕SA等電器元件的信號，通過(guò)控制器處理電路后經(jīng)CPU進(jìn)行運算、處理后，按照實(shí)際生產(chǎn)要求的各種保護性能、測量參數、控制邏輯、數據傳輸等要求，控制現場(chǎng)90L液晶顯示界面上電動(dòng)機的運行狀態(tài)以及電廠(chǎng)電機設備控制回路中的一些重要電力參數的顯示值，以及控制開(kāi)關(guān)量輸出的工作狀態(tài)，對電動(dòng)機設備的起動(dòng)方式以及運行過(guò)程進(jìn)行控制保、護?？刂破鞯哪M量輸出口（35，36）輸出4-20mA的模擬量信號，DCS系統讀取模擬量信號后判斷電機當前的運行狀態(tài)。同時(shí)，作為電動(dòng)機控制器個(gè)體設備，實(shí)現就地保護是其基本功能。ARD3智能型電動(dòng)機控制器能夠通過(guò)RS485通訊接口（25，26）將現場(chǎng)檢測的參數實(shí)時(shí)反饋位機，方便現場(chǎng)維護人員對各個(gè)點(diǎn)設備的運行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)遠程監測、控制。

圖2 ARD3智能型電動(dòng)機控制器工程典型應用方案圖

四、電廠(chǎng)選用ARD3智能型電動(dòng)機控制器產(chǎn)生的效果

    對電動(dòng)機的運行實(shí)施保護以及保證電動(dòng)機能夠連續不間斷的運行對于生產(chǎn)是至關(guān)重要的，電廠(chǎng)選用ARD3智能型電動(dòng)機控制器后帶來(lái)的好處有：

    1、組網(wǎng)靈活性高，便于控制

    電廠(chǎng)中電動(dòng)機控制器與配電產(chǎn)品的應用有著(zhù)相同的比重，在實(shí)現組網(wǎng)的工作過(guò)程中，它們是密不可分的。ARD3智能型電動(dòng)機控制器提供了RS-485通訊接口，并且實(shí)現多種協(xié)議的選擇（Modbus-RTU/Profibus-DP），通過(guò)RS-485與上位機之間的通信，能夠方便工程師通過(guò)計算機后臺實(shí)現遠程自動(dòng)控制和在線(xiàn)監視設備的運行狀況等。

    2、實(shí)時(shí)顯示參數，方便現場(chǎng)巡檢

    ARD3智能型電動(dòng)機控制器是采用模塊化的產(chǎn)品結構形式，將顯示模塊安裝在DCS柜體，通過(guò)液晶界面即可實(shí)時(shí)觀(guān)察當前電動(dòng)機的運行狀態(tài)，便于用戶(hù)對現場(chǎng)電動(dòng)機的維護和控制。

    3、節能降耗

    電動(dòng)機控制器在節能降耗方面的作用開(kāi)始為大家所重視，ARD3智能型電動(dòng)機控制器可以在電動(dòng)機設備處于欠載等運行狀態(tài)時(shí)做自動(dòng)停機，有效的避免了能源的浪費，為企業(yè)節省資金。

    4、信息集中化

    用戶(hù)可通過(guò)通訊模塊實(shí)現在后臺實(shí)時(shí)監測系統中各個(gè)電動(dòng)機的運行狀況，隨時(shí)觀(guān)察設備的運行參數，如：電動(dòng)機電流、電壓、電動(dòng)機運行狀況、電動(dòng)機電能等參數，通過(guò)分析采集到的信息，用戶(hù)可以對各個(gè)設備的電動(dòng)機運行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，提高了整個(gè)控制系統的安全性、可靠性。

    5、智能化自控保護

    ARD3智能型電動(dòng)機控制器使用靈活，報警和保護參數可以通過(guò)軟件根據電廠(chǎng)電動(dòng)機設備實(shí)際運行條件預設不同的值，避免因過(guò)度保護影響實(shí)際生產(chǎn)。用戶(hù)在選用ARD3智能型電動(dòng)機控制器后，一旦現場(chǎng)電動(dòng)機出現故障，控制器及時(shí)控制電動(dòng)機停止運行，并對各種故障信息作出相應的指示和記錄，方便用戶(hù)查詢(xún)故障信息。在電網(wǎng)故障造成電壓瞬間較大幅度的波動(dòng)或者短時(shí)斷電又恢復，帶抗晃電功能時(shí)可使電動(dòng)機控制器重新起動(dòng)。

    6、記錄電機故障信息，便于現場(chǎng)問(wèn)題分析

    在發(fā)電廠(chǎng)工作的電動(dòng)機設備大多數處于高溫、潮濕、多塵埃的工況下，很容易出現故障，一旦發(fā)生故障，檢修人員也很難*時(shí)間發(fā)現故障原因，并且需要一定的時(shí)間、人力和物力才能分析故障原因。ARD3智能型電動(dòng)機控制器有強大的故障和事件記錄、運行管理信息為現場(chǎng)維護人員節省了大量的時(shí)間，提高了維修人員的工作效率，進(jìn)一步提高了整個(gè)控制回路的性能。

五、結束語(yǔ)

    在發(fā)電廠(chǎng)低壓電動(dòng)機保護和監控系統中采用ARD3智能型電動(dòng)機控制器，在提高控制回路的自動(dòng)化水平和可靠性的同時(shí)也提高了企業(yè)的綜合效益，做到了可靠性和經(jīng)濟性的統一。并且，隨著(zhù)技術(shù)的不斷發(fā)展，ARD3智能型電動(dòng)機控制器在發(fā)電廠(chǎng)低壓電動(dòng)機保護及測控運行過(guò)程中將起到越來(lái)越大的作用。

參考文獻：

[1]滿(mǎn)連善.低壓電動(dòng)機保護在火力發(fā)電廠(chǎng)的應用.電子技術(shù)與軟件工程.2014(2)

[2]嚴剛,郭英臣.智能馬達控制器在發(fā)電廠(chǎng)的應用.華電技術(shù).2008(3)

[3]周中.智能電網(wǎng)用戶(hù)端電力監控與電能管理系統產(chǎn)品選型及解決方案[M].北京.機械工業(yè)出版社. 2011.10

[4]胡剛.低壓電動(dòng)機保護在火力發(fā)電廠(chǎng)的應用.企業(yè)科技與發(fā)展.2009(16)

[5]張宇偉.ST500智能控制器在發(fā)電廠(chǎng)低壓電動(dòng)機保護中的應用.科技風(fēng).2011(6)