王海芹

（安科瑞電氣股份有限公司，上海 嘉定  201801）

摘要：隨著(zhù)我鐵路運輸量的日益增長(cháng)，火車(chē)通過(guò)道岔速度的不斷提高，密度不斷加大，道岔轉換設備的任何故障，都將影響鐵路運輸的正常秩序，給生命財產(chǎn)帶來(lái)嚴重損失，鐵路轉轍電機為鐵路系統中較為重要的電氣設備，對轉轍電機進(jìn)行保護控制，對提高鐵路運輸效率和保證火車(chē)安全運行起著(zhù)至關(guān)重要的作用，本文以安科瑞ARD3電動(dòng)機控制器在某鐵路的應用為例進(jìn)行介紹，鐵路系統使用電機控制器實(shí)現對轉轍電機保護、控制，有效保障了鐵路運輸效率及火車(chē)的安全運行，根據對ARD3電動(dòng)機控制器功能要求及典型工程應用作簡(jiǎn)單介紹，為今后該控制器在鐵路實(shí)踐應用提供了一定的理論基礎。

關(guān)鍵詞：鐵路、轉轍電機、電動(dòng)機控制器、工程應用

1、引言

    在推進(jìn)社會(huì )進(jìn)步和經(jīng)濟發(fā)展過(guò)程中，鐵路一直處于重要位置，自鐵路運行以來(lái)，我鐵路系統中重要部分主要體現在道岔轉換設備上，因此對鐵路道岔轉轍電機的可靠性提出了更高的要求，進(jìn)而對轉轍電機實(shí)現控制保護顯得尤為重要。

    同時(shí)，隨著(zhù)我鐵路運輸量的不斷增長(cháng)，火車(chē)通過(guò)岔道的速度逐步提高，加之開(kāi)通了重載火車(chē)及采用了重型鋼軌道岔，使得道岔轉換設備的工作狀況發(fā)生了變化，轉轍電機由小功率逐漸向大功率發(fā)展，因而轉轍電機的任何故障，都將影響鐵路運行的正常秩序，給生命、財產(chǎn)帶來(lái)嚴重損失^[1]，為了盡可能的避免事故的產(chǎn)生，對鐵路轉轍電機采用智能型電動(dòng)機控制器控制，利用的計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和通訊技術(shù)，能夠完成對轉轍電機所需的各項控制、監視和記錄功能，可以通過(guò)編程將投入的保護和控制功能分配至輸出繼電器上，利用控制器面板上的LED指示燈、液晶顯示屏或鍵盤(pán)，獲取鐵路轉轍電機各序電流、發(fā)熱狀態(tài)、運行時(shí)間等各種數據，并可通過(guò)按鍵來(lái)控制電動(dòng)機起動(dòng)、停車(chē)、復位、設置參數等，連接控制器的RS485通訊端子，遠方運行人員也可以通過(guò)人機界面實(shí)現存儲在保護裝置中數據的讀取、分配給各個(gè)輸出繼電器不同的功能、數據的設置和修改、事件記錄及故障波形顯示，本文主要對安科瑞ARD3控制器的功能及其在某鐵路的典型工程應用進(jìn)行具體介紹。

2、鐵路對電動(dòng)機控制器功能要求

    鐵路系統轉轍電機是鐵路運行中一種重要的電氣設備，它對提高鐵路運輸效率和保證火車(chē)安全運行起著(zhù)至關(guān)重要的作用，因而對其可靠性、穩定性及功能要求*，某鐵路系統轉轍電機對ARD3控制器具體功能要求為：

    (1) 控制功能：實(shí)現對鐵路轉轍電機過(guò)載、斷相、不平衡、剩余電流、堵轉、阻塞、欠載、欠壓、起動(dòng)超時(shí)、相序、溫度等現象控制、保護；

    (2) 故障判斷及記錄功能：當ARD3檢測到外部故障輸入信號，外部故障開(kāi)關(guān)量閉合，保護器在脫扣設定時(shí)間內脫扣，即按照設定要求保護，確保轉轍電機設備安全運行；

    (3) 顯示功能：通過(guò)顯示模塊對鐵路轉轍電機運行過(guò)程中三相電流、電壓、有功功率、視在功率、功率因數等參數進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示；

    (4) 通訊功能：具有標準的RS-485通訊接口，采用Modbus-RTU、Profibus-DP通訊協(xié)議，

控制室操作人員通過(guò)控制器通訊，在后臺人機界面上完成鐵路轉轍電機控制器各種參數讀取、設置，同時(shí)在線(xiàn)監測電機運行故障，為保證工藝系統安全生產(chǎn)、減少事故停車(chē)，提供了可靠依據。

3、智能型電動(dòng)機控制器概述

    安科瑞ARD3 智能型電動(dòng)機控制器，適用于額定電壓至AC 690V、額定電流至AC 800A、額定頻率50/60Hz的電動(dòng)機，產(chǎn)品體積小，結構緊湊，安裝方便，在低壓控制終端柜和1/4模數及以上各種抽屜柜中可直接安裝使用，提高了控制回路的可靠性和自動(dòng)化水平。

    ARD3采用模塊化的產(chǎn)品結構形式，包括主體控制模塊、互感器模塊和遠程顯示模塊，并可根據需要選配ARD3的其他功能模塊或附件，與接觸器、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，有遠程自動(dòng)控制、現場(chǎng)直接控制、面板指示、信號報警、現場(chǎng)總線(xiàn)通信等功能，同時(shí)具有過(guò)載、堵轉、阻塞、欠載、斷相、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、tE時(shí)間等的電動(dòng)機綜合保護功能^[2]，滿(mǎn)足鐵路系統對電動(dòng)機控制器的需求。

圖1  250A、800A的ARD3產(chǎn)品組成框圖

    主體控制模塊：完成測量、保護和控制等功能，通過(guò)增加溫度、電壓、剩余電流、模擬量輸出等功能來(lái)完成整個(gè)測量與保護功能；

    互感器模塊：當電動(dòng)機額定電流在 100A 及以下時(shí)，保護器配用小型電流互感器檢測模塊，小型電流互感器檢測模塊可以檢測 10 倍以?xún)鹊倪^(guò)載電流，對輸入電流信號進(jìn)行檢測，二次側信號接入主體控制模塊；當電動(dòng)機額定電流大于250A時(shí)，配用外置電流互感器；

    顯示模塊：通過(guò)顯示模塊，實(shí)時(shí)的顯示當前鐵路道岔轉轍電機的運行情況和三相電流、電壓、功率、電動(dòng)機的電能等參數，實(shí)現了實(shí)時(shí)監控功能；一旦電機發(fā)生故障，保護裝置延時(shí)后控制主接觸器線(xiàn)圈失電，控制電動(dòng)機準確停車(chē)。
4、工程應用典型案例

    電動(dòng)機控制器是鐵路運行系統的重要器件，廣泛的采用電機控制器，不但可以提高工藝控制的準確性、科學(xué)性，降低事故率，而且對于提高鐵路電氣控制系統的自動(dòng)化水平和發(fā)展民經(jīng)濟起著(zhù)積極的推動(dòng)作用，下面以安科瑞ARD3智能型電動(dòng)機控制器在某鐵路運行系統及轉轍電機控制回路應用為例進(jìn)行具體分析、介紹。

     圖2是ARD3控制器在某鐵路系統改造項目中的典型電氣原理圖，圖中轉換開(kāi)關(guān)SA2實(shí)現鐵路系統的就地/遠程控制，通過(guò)ARD3的14、15開(kāi)關(guān)量輸入端子實(shí)現，ARD3的19、20端子控制按鈕1SB、1SBS，實(shí)現對鐵路系統就地起動(dòng)、停止控制，面板控制回路實(shí)現遠程起動(dòng)、停止控制，當電機處于正常狀態(tài)，KM線(xiàn)圈與ARD3的7、8串聯(lián)，合上斷路器QM，控制器的7、8起動(dòng)輸出端子閉合，電機啟動(dòng)運行，ARD3的95、96及97、98實(shí)現對電機故障指示、控制，當電機出現故障，95、96端子斷開(kāi)，KM線(xiàn)圈失電，電機停止，同時(shí)97、98端子閉合，故障指示燈亮，ARD3的17、22端子實(shí)現斷路器、接觸器狀態(tài)控制，整個(gè)系統對電機進(jìn)行控制，同時(shí)對故障進(jìn)行報警指示，保證了鐵路系統的正常運行。

圖2  ARD3在某鐵路系統的應用

    圖3是ARD3電動(dòng)機控制器在某鐵路轉轍電機控制系統中的典型電氣原理圖，圖中接觸器KM的線(xiàn)圈串聯(lián)在A(yíng)RD3繼電器輸出7、8及95、96端子上，按下啟動(dòng)按鈕SS1，線(xiàn)圈得電時(shí)，對應主電路常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，控制電動(dòng)機起動(dòng)運行，如果電動(dòng)機出現故障，ARD3的保護繼電器端子95、96斷開(kāi)，接觸器線(xiàn)圈斷電，控制電動(dòng)機停止，進(jìn)行故障輸出指示^[3]，同時(shí)可以按下停止按鈕SF1停止電機，實(shí)現對鐵路轉轍電機控制。

圖3  ARD3在某鐵路轉轍電機的應用

    圖4是ARD3控制器在某鐵路配電控制系統中的典型電氣原理圖，圖中合上開(kāi)關(guān)QF，按下起動(dòng)按鈕SB1，接觸器KM線(xiàn)圈得電并通過(guò)輔助觸點(diǎn)自鎖，接觸器觸點(diǎn)動(dòng)作，主回路接通，同時(shí)HR1和現場(chǎng)HR2亮，電機控制器顯示運行狀態(tài)，電機起動(dòng)，如果電機出現故障，ARD3電機控制器繼電器輸出觸點(diǎn)95、96動(dòng)作，使接觸器KM失電，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，同時(shí)HG1和現場(chǎng)HG2亮，ARD3的97、98動(dòng)作，發(fā)出故障報警信號，故障指示燈HY亮，電機控制器通過(guò)判斷與記憶，自保持并顯示故障狀態(tài)，通過(guò)通訊接口25、26將信號傳送到人機界面顯示以便對故障及時(shí)處理。

圖4  ARD3控制器在某鐵路配電控制系統應用

5、ARD3智能型電動(dòng)機控制器應用的必要性

    ARD3智能型電動(dòng)機控制器運用于某鐵路轉轍電機控制系統中，既能提高鐵路的運輸效率又能保障火車(chē)的安全運行，給鐵路的運行過(guò)程帶來(lái)具體勢如下：

    (1) 用戶(hù)可通過(guò)通訊模塊實(shí)現在后臺實(shí)時(shí)監測系統中鐵路電機的運行狀況，隨時(shí)查詢(xún)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，通過(guò)觀(guān)察采集到的 信息，用戶(hù)可以對鐵路轉轍電機運行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)分析處理、集中監控^[4]；

    (2) 當鐵路運行過(guò)程中轉轍電機發(fā)生故障后，及時(shí)將備用電動(dòng)機投上而不影響整個(gè)系統的運行，對出現問(wèn)題的電機需要進(jìn)行及時(shí)處理以確保鐵路系統連續運行，早期的處理方法需要花大量的人力、物力、時(shí)間才能分析出來(lái)，不便于應用，而ARD3智能型電動(dòng)機控制器強大的故障記錄、運行管理信息為維護人員節省了大量的時(shí)間，便于現場(chǎng)問(wèn)題分析，提高了排除故障的效率，進(jìn)一步提高了控制回路的性能；

    (3) 系統中使用ARD3智能型電動(dòng)機控制器后，如果電動(dòng)機出現過(guò)載、缺相、超溫等現象時(shí)，控制器將及時(shí)控制電動(dòng)機停車(chē)，并對各種故障信號作出相應的指示，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)機保護器重新起動(dòng)，實(shí)現了智能化自控保護。

6、結束語(yǔ)

    ARD3智能型電動(dòng)機控制器具有控制精度高、節能、保護動(dòng)作靈敏度高、工作可靠性高等點(diǎn)，使得鐵路轉轍電機充分發(fā)揮過(guò)載能力，又可以避免損壞電動(dòng)機，不僅提高了電力拖動(dòng)系統的可靠性，也使得生產(chǎn)過(guò)程的連續性得到大大的提高，做到了可靠性和經(jīng)濟性的統一。

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