智能型電動(dòng)機(jī)控制器在電廠中的應(yīng)用

徐霜

（安科瑞電氣股份有限公司，上海 嘉定  201801）

摘要：傳統(tǒng)的低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)是通過繼電保護(hù)二次回路實(shí)現(xiàn)，隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，出現(xiàn)了一些對(duì)電路起保護(hù)的電動(dòng)機(jī)控制器。根據(jù)電廠輔助控制設(shè)備的電機(jī)保護(hù)的特點(diǎn)及其控制要求，結(jié)合ARD3智能型電動(dòng)機(jī)控制器在發(fā)電廠低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制中的應(yīng)用，綜合介紹ARD3智能型電動(dòng)機(jī)控制器產(chǎn)品的特點(diǎn)及其智能化保護(hù)、測(cè)量、控制和通訊等，供工程設(shè)計(jì)中參考。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)機(jī)保護(hù)、智能化、通訊

一、概述：

    隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，我國(guó)發(fā)電廠電機(jī)設(shè)備的使用量逐步增多，促使電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)揮成為了其他的設(shè)備能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)的前提條件，因此能夠合理選擇和使用電動(dòng)機(jī)控制器是對(duì)正常的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)工作負(fù)責(zé)的表現(xiàn)，只有在電動(dòng)機(jī)正常發(fā)揮其功能的基礎(chǔ)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(yùn)行。在火力發(fā)電廠中，低壓電動(dòng)機(jī)的控制原理和應(yīng)用情況在火力發(fā)電廠中一直是一項(xiàng)技術(shù)難題^[1,2]。

    在電廠電機(jī)設(shè)備的保護(hù)設(shè)計(jì)中，低壓電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用及保護(hù)配置可采用多種方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)于過去采用熱繼電器、斷路器（或熔斷器）作為電動(dòng)機(jī)過負(fù)荷保護(hù)、斷相保護(hù)、短路保護(hù)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)無法滿足日益發(fā)展的電廠設(shè)備自動(dòng)化生產(chǎn)的要求，而新型智能電動(dòng)機(jī)控制器可實(shí)現(xiàn)重載起動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的溫度保護(hù)，還提供多種測(cè)控功能和多種電動(dòng)機(jī)控制模式，能夠滿足對(duì)電動(dòng)機(jī)的保護(hù)控制要求，地保障了電機(jī)的安全運(yùn)行。本文以ARD3智能型電動(dòng)機(jī)控制器在發(fā)電廠中的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行具體介紹。

二、電廠對(duì)電動(dòng)機(jī)控制器的功能要求

    在我國(guó)機(jī)電行業(yè)中，電動(dòng)機(jī)是應(yīng)用的，發(fā)電總量中消耗在電動(dòng)機(jī)上的電量就占了很大一部分，而各類風(fēng)機(jī)、水泵、空壓機(jī)又占電動(dòng)機(jī)所耗電的一半以上。發(fā)電廠電動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境較惡劣，經(jīng)常容易發(fā)生堵轉(zhuǎn)、短路、斷相或長(zhǎng)期過載運(yùn)行等故障^[3]，所以控制器要能夠?qū)υ趷毫迎h(huán)境中工作的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)保護(hù)、控制，保證發(fā)電廠電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行。

    根據(jù)《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》（DL/T 5153-2002），低壓廠用電動(dòng)機(jī)應(yīng)裝設(shè)相間短路保護(hù)、單相接地保護(hù)（或者單相接地短路保護(hù)）、過負(fù)荷保護(hù)、低電壓保護(hù)、斷相保護(hù)^[4]。因此，電廠項(xiàng)目需要電壓、電流全電量參數(shù)測(cè)量，并且?guī)ㄓ嵐δ?，控制器需要有自診斷輸出、斷電輸出、故障記錄等功能，總結(jié)為如下功能：

    1、實(shí)現(xiàn)完善的電機(jī)保護(hù)功能

    控制器通過采集三相交流電流、三相交流電壓、剩余電流、PTC熱電阻阻值、電動(dòng)機(jī)電能等電量參數(shù)，以及電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中的各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等信號(hào)，經(jīng)控制器內(nèi)部處理運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)超時(shí)、過載、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、過壓、欠壓、欠功率、過功率、t_E時(shí)間等綜合保護(hù)，進(jìn)而保證發(fā)電廠生產(chǎn)工作的安全連續(xù)運(yùn)行^[4]。

    2、實(shí)現(xiàn)多種電動(dòng)機(jī)控制方式

    智能型電動(dòng)機(jī)控制器通過程序控制，實(shí)現(xiàn)多種不同的電動(dòng)機(jī)起動(dòng)控制，采用控制器來實(shí)現(xiàn)的操作控制權(quán)限包括：1）RS-485通訊接口實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制；2）能夠通過顯示模塊上的按鍵進(jìn)行操作控制；3）通過DCS系統(tǒng)控制DI端子實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制；4）DI端子現(xiàn)場(chǎng)就地控制。

    3、實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行

    電廠通過控制器能夠?qū)崟r(shí)觀察現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)機(jī)設(shè)備在運(yùn)行過程中的電壓、電流、頻率等參數(shù)以及電動(dòng)機(jī)當(dāng)前的運(yùn)行狀況，操作顯示模塊上的按鍵設(shè)置電廠電動(dòng)機(jī)設(shè)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(hù)方式）。

    4、實(shí)現(xiàn)通訊功能

    控制器可通過RS-485通訊接口，經(jīng)過Modbus-RTU或Profibus-DP通訊協(xié)議與上位機(jī)管理系統(tǒng)進(jìn)行通訊連接，將信息在zui短時(shí)間內(nèi)發(fā)送給后臺(tái)管理系統(tǒng)并對(duì)故障信息發(fā)出報(bào)警信號(hào)，使操作人員能夠*時(shí)間發(fā)現(xiàn)故障原因并及時(shí)排除故障，實(shí)現(xiàn)電廠電動(dòng)機(jī)設(shè)備的數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸功能。

    ARD3智能型電動(dòng)機(jī)控制器采用模塊化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式，包括主體控制模塊、互感器模塊和顯示模塊，并可根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用選配ARD3智能型電動(dòng)機(jī)控制器的其他功能模塊和附件。通過采用ARD3智能型電動(dòng)機(jī)控制器安裝在低壓開關(guān)柜，與轉(zhuǎn)換開關(guān)、接觸器、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器等電器元件構(gòu)成電動(dòng)機(jī)控制保護(hù)單元，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程自動(dòng)控制、現(xiàn)場(chǎng)直接控制、液晶界面參數(shù)指示、信號(hào)報(bào)警、現(xiàn)場(chǎng)總線通信等功能，提高了整個(gè)控制回路的可靠性和穩(wěn)定性的同時(shí)降低了操作人員現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維護(hù)工作量。通過選配抗晃電模塊來實(shí)現(xiàn)電路的抗晃電和自起動(dòng)，當(dāng)ARD3智能型電動(dòng)機(jī)控制器輔助電源斷電時(shí)，可以向控制器持續(xù)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(jī)控制器在發(fā)電廠低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)中的應(yīng)用

    隨著電廠DCS系統(tǒng)的大規(guī)模推廣應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)機(jī)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)集中監(jiān)控已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化控制的關(guān)鍵點(diǎn)之一，圖1為ARD3智能型電動(dòng)機(jī)控制器在電廠應(yīng)用中的現(xiàn)場(chǎng)總線布局。ARD3智能型電動(dòng)機(jī)控制器為用戶提供RS485（Modbus-RTU/Profibus-DP）通訊接口，可以采集工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的電動(dòng)機(jī)的三相交流電壓、零序電流、熱電阻值、電動(dòng)機(jī)電能以及狀態(tài)監(jiān)控信息，并匯集到現(xiàn)場(chǎng)總線，操作人員可通過上位機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行人員操作界面的DCS遠(yuǎn)程操控^[5]。

 圖1 ARD3智能型電動(dòng)機(jī)控制器的現(xiàn)場(chǎng)總線布局

    如圖2 ARD3智能型電動(dòng)機(jī)控制器工程典型應(yīng)用方案圖中所示，電路通電后，控制器采集轉(zhuǎn)換開關(guān)KK1信號(hào)，控制器通過讀取控制權(quán)限端口（14，15）的信號(hào)值選擇遠(yuǎn)程控制或者就地控制電機(jī)起動(dòng)。如圖2中接線所示，若控制器端口（15）采集到的信號(hào)為“1"，則遠(yuǎn)程控制電機(jī)起動(dòng)；若控制器端口（15）采集到的信號(hào)為“0"，則就地控制電機(jī)起動(dòng)?？刂破鞑杉F(xiàn)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(hào)，通過控制器處理電路后經(jīng)CPU進(jìn)行運(yùn)算、處理后，按照實(shí)際生產(chǎn)要求的各種保護(hù)性能、測(cè)量參數(shù)、控制邏輯、數(shù)據(jù)傳輸?shù)纫?，控制現(xiàn)場(chǎng)90L液晶顯示界面上電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)以及電廠電機(jī)設(shè)備控制回路中的一些重要電力參數(shù)的顯示值，以及控制開關(guān)量輸出的工作狀態(tài)，對(duì)電動(dòng)機(jī)設(shè)備的起動(dòng)方式以及運(yùn)行過程進(jìn)行控制保、護(hù)。控制器的模擬量輸出口（35，36）輸出4-20mA的模擬量信號(hào)，DCS系統(tǒng)讀取模擬量信號(hào)后判斷電機(jī)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)，作為電動(dòng)機(jī)控制器個(gè)體設(shè)備，實(shí)現(xiàn)就地保護(hù)是其基本功能。ARD3智能型電動(dòng)機(jī)控制器能夠通過RS485通訊接口（25，26）將現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的參數(shù)實(shí)時(shí)反饋至上位機(jī)，方便現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員對(duì)各個(gè)點(diǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、控制。

圖2 ARD3智能型電動(dòng)機(jī)控制器工程典型應(yīng)用方案圖

四、電廠選用ARD3智能型電動(dòng)機(jī)控制器產(chǎn)生的效果

    對(duì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行實(shí)施保護(hù)以及保證電動(dòng)機(jī)能夠連續(xù)不間斷的運(yùn)行對(duì)于生產(chǎn)是至關(guān)重要的，電廠選用ARD3智能型電動(dòng)機(jī)控制器后帶來的好處有：

    1、組網(wǎng)靈活性高，便于控制

    電廠中電動(dòng)機(jī)控制器與配電產(chǎn)品的應(yīng)用有著相同的比重，在實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)的工作過程中，它們是密不可分的。ARD3智能型電動(dòng)機(jī)控制器提供了RS-485通訊接口，并且實(shí)現(xiàn)多種協(xié)議的選擇（Modbus-RTU/Profibus-DP），通過RS-485與上位機(jī)之間的通信，能夠方便工程師通過計(jì)算機(jī)后臺(tái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制和在線監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行狀況等。

    2、實(shí)時(shí)顯示參數(shù)，方便現(xiàn)場(chǎng)巡檢

    ARD3智能型電動(dòng)機(jī)控制器是采用模塊化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式，將顯示模塊安裝在DCS柜體，通過液晶界面即可實(shí)時(shí)觀察當(dāng)前電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，便于用戶對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)機(jī)的維護(hù)和控制。

    3、節(jié)能降耗

    電動(dòng)機(jī)控制器在節(jié)能降耗方面的作用開始為大家所重視，ARD3智能型電動(dòng)機(jī)控制器可以在電動(dòng)機(jī)設(shè)備處于欠載等運(yùn)行狀態(tài)時(shí)做自動(dòng)停機(jī)，的避免了能源的浪費(fèi)，為企業(yè)節(jié)省資金。

    4、信息集中化

    用戶可通過通訊模塊實(shí)現(xiàn)在后臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中各個(gè)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀況，隨時(shí)觀察設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，如：電動(dòng)機(jī)電流、電壓、電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀況、電動(dòng)機(jī)電能等參數(shù)，通過分析采集到的信息，用戶可以對(duì)各個(gè)設(shè)備的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，提高了整個(gè)控制系統(tǒng)的安全性、可靠性。

    5、智能化自控保護(hù)

    ARD3智能型電動(dòng)機(jī)控制器使用靈活，報(bào)警和保護(hù)參數(shù)可以通過軟件根據(jù)電廠電動(dòng)機(jī)設(shè)備實(shí)際運(yùn)行條件預(yù)設(shè)不同的值，避免因過度保護(hù)影響實(shí)際生產(chǎn)。用戶在選用ARD3智能型電動(dòng)機(jī)控制器后，一旦現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障，控制器及時(shí)控制電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行，并對(duì)各種故障信息作出相應(yīng)的指示和記錄，方便用戶查詢故障信息。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(fù)，帶抗晃電功能時(shí)可使電動(dòng)機(jī)控制器重新起動(dòng)。

    6、記錄電機(jī)故障信息，便于現(xiàn)場(chǎng)問題分析

    在發(fā)電廠工作的電動(dòng)機(jī)設(shè)備大多數(shù)處于高溫、潮濕、多塵埃的工況下，很容易出現(xiàn)故障，一旦發(fā)生故障，檢修人員也很難*時(shí)間發(fā)現(xiàn)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(jī)控制器有強(qiáng)大的故障和事件記錄、運(yùn)行管理信息為現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員節(jié)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(jié)束語(yǔ)

    在發(fā)電廠低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)和監(jiān)控系統(tǒng)中采用ARD3智能型電動(dòng)機(jī)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(jì)性的統(tǒng)一。并且，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，ARD3智能型電動(dòng)機(jī)控制器在發(fā)電廠低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)及測(cè)控運(yùn)行過程中將起到越來越大的作用。

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作者簡(jiǎn)介：徐霜，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)殡姍C(jī)保護(hù)節(jié)能控制