智能型電動機控制器在電廠中的應用

徐霜

（安科瑞電氣股份有限公司，上海 嘉定  201801）

摘要：傳統(tǒng)的低壓電動機保護是通過繼電保護二次回路實現(xiàn)，隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，出現(xiàn)了一些對電路起保護的電動機控制器。根據(jù)電廠輔助控制設備的電機保護的特點及其控制要求，結(jié)合ARD3智能型電動機控制器在發(fā)電廠低壓電動機保護控制中的應用，綜合介紹ARD3智能型電動機控制器產(chǎn)品的特點及其智能化保護、測量、控制和通訊等，供工程設計中參考。

關鍵詞：電動機保護、智能化、通訊

一、概述：

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

    在電廠電機設備的保護設計中，低壓電動機的應用及保護配置可采用多種方案進行設計，對于過去采用熱繼電器、斷路器（或熔斷器）作為電動機過負荷保護、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)無法滿足日益發(fā)展的電廠設備自動化生產(chǎn)的要求，而新型智能電動機控制器可實現(xiàn)重載起動，實現(xiàn)對電動機的溫度保護，還提供多種測控功能和多種電動機控制模式，能夠滿足對電動機的保護控制要求，地保障了電機的安全運行。本文以ARD3智能型電動機控制器在發(fā)電廠中的實際應用進行具體介紹。

二、電廠對電動機控制器的功能要求

    在我國機電行業(yè)中，電動機是應用的，發(fā)電總量中消耗在電動機上的電量就占了很大一部分，而各類風機、水泵、空壓機又占電動機所耗電的一半以上。發(fā)電廠電動機的工作環(huán)境較惡劣，經(jīng)常容易發(fā)生堵轉(zhuǎn)、短路、斷相或長期過載運行等故障^[3]，所以控制器要能夠?qū)υ趷毫迎h(huán)境中工作的電動機進行實時保護、控制，保證發(fā)電廠電動機的正常運行。

    根據(jù)《火力發(fā)電廠廠用電設計技術(shù)規(guī)定》（DL/T 5153-2002），低壓廠用電動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）、過負荷保護、低電壓保護、斷相保護^[4]。因此，電廠項目需要電壓、電流全電量參數(shù)測量，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、實現(xiàn)完善的電機保護功能

    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、電動機電能等電量參數(shù)，以及電動機運行過程中的各種運動狀態(tài)等信號，經(jīng)控制器內(nèi)部處理運算，從而實現(xiàn)對電動機起動超時、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時間等綜合保護，進而保證發(fā)電廠生產(chǎn)工作的安全連續(xù)運行^[4]。

    2、實現(xiàn)多種電動機控制方式

    智能型電動機控制器通過程序控制，實現(xiàn)多種不同的電動機起動控制，采用控制器來實現(xiàn)的操作控制權(quán)限包括：1）RS-485通訊接口實現(xiàn)遠程控制；2）能夠通過顯示模塊上的按鍵進行操作控制；3）通過DCS系統(tǒng)控制DI端子實現(xiàn)遠程自動控制；4）DI端子現(xiàn)場就地控制。

    3、實現(xiàn)現(xiàn)場實時監(jiān)測電動機運行

    電廠通過控制器能夠?qū)崟r觀察現(xiàn)場電動機設備在運行過程中的電壓、電流、頻率等參數(shù)以及電動機當前的運行狀況，操作顯示模塊上的按鍵設置電廠電動機設備的起動方式（可選擇手步啟動、兩步啟動、雙速啟動和保護方式）。

    4、實現(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)議與上位機管理系統(tǒng)進行通訊連接，將信息在zui短時間內(nèi)發(fā)送給后臺管理系統(tǒng)并對故障信息發(fā)出報警信號，使操作人員能夠*時間發(fā)現(xiàn)故障原因并及時排除故障，實現(xiàn)電廠電動機設備的數(shù)據(jù)的實時傳輸功能。

    ARD3智能型電動機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)場的實際應用選配ARD3智能型電動機控制器的其他功能模塊和附件。通過采用ARD3智能型電動機控制器安裝在低壓開關柜，與轉(zhuǎn)換開關、接觸器、電動機起動器等電器元件構(gòu)成電動機控制保護單元，實現(xiàn)了遠程自動控制、現(xiàn)場直接控制、液晶界面參數(shù)指示、信號報警、現(xiàn)場總線通信等功能，提高了整個控制回路的可靠性和穩(wěn)定性的同時降低了操作人員現(xiàn)場調(diào)試和維護工作量。通過選配抗晃電模塊來實現(xiàn)電路的抗晃電和自起動，當ARD3智能型電動機控制器輔助電源斷電時，可以向控制器持續(xù)供電10s，同時，選配AC380V電源模塊，用于控制器使用AC380V作為輔助電源的場所。

三、 ARD3智能型電動機控制器在發(fā)電廠低壓電動機保護中的應用

    隨著電廠DCS系統(tǒng)的大規(guī)模推廣應用，實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場電動機的遠程實時集中監(jiān)控已經(jīng)成為實現(xiàn)工業(yè)自動化控制的關鍵點之一，圖1為ARD3智能型電動機控制器在電廠應用中的現(xiàn)場總線布局。ARD3智能型電動機控制器為用戶提供RS485（Modbus-RTU/Profibus-DP）通訊接口，可以采集工業(yè)現(xiàn)場的電動機的三相交流電壓、零序電流、熱電阻值、電動機電能以及狀態(tài)監(jiān)控信息，并匯集到現(xiàn)場總線，操作人員可通過上位機實時監(jiān)控工業(yè)現(xiàn)場的運行情況，實現(xiàn)運行人員操作界面的DCS遠程操控^[5]。

 圖1 ARD3智能型電動機控制器的現(xiàn)場總線布局

    如圖2 ARD3智能型電動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(zhuǎn)換開關KK1信號，控制器通過讀取控制權(quán)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。如圖2中接線所示，若控制器端口（15）采集到的信號為“1"，則遠程控制電機起動；若控制器端口（15）采集到的信號為“0"，則就地控制電機起動。控制器采集現(xiàn)場三相交流電壓、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，通過控制器處理電路后經(jīng)CPU進行運算、處理后，按照實際生產(chǎn)要求的各種保護性能、測量參數(shù)、控制邏輯、數(shù)據(jù)傳輸?shù)纫螅刂片F(xiàn)場90L液晶顯示界面上電動機的運行狀態(tài)以及電廠電機設備控制回路中的一些重要電力參數(shù)的顯示值，以及控制開關量輸出的工作狀態(tài)，對電動機設備的起動方式以及運行過程進行控制保、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(tǒng)讀取模擬量信號后判斷電機當前的運行狀態(tài)。同時，作為電動機控制器個體設備，實現(xiàn)就地保護是其基本功能。ARD3智能型電動機控制器能夠通過RS485通訊接口（25，26）將現(xiàn)場檢測的參數(shù)實時反饋至上位機，方便現(xiàn)場維護人員對各個點設備的運行狀況進行實時遠程監(jiān)測、控制。

圖2 ARD3智能型電動機控制器工程典型應用方案圖

四、電廠選用ARD3智能型電動機控制器產(chǎn)生的效果

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

    1、組網(wǎng)靈活性高，便于控制

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

    2、實時顯示參數(shù)，方便現(xiàn)場巡檢

    ARD3智能型電動機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時觀察當前電動機的運行狀態(tài)，便于用戶對現(xiàn)場電動機的維護和控制。

    3、節(jié)能降耗

    電動機控制器在節(jié)能降耗方面的作用開始為大家所重視，ARD3智能型電動機控制器可以在電動機設備處于欠載等運行狀態(tài)時做自動停機，的避免了能源的浪費，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現(xiàn)在后臺實時監(jiān)測系統(tǒng)中各個電動機的運行狀況，隨時觀察設備的運行參數(shù)，如：電動機電流、電壓、電動機運行狀況、電動機電能等參數(shù)，通過分析采集到的信息，用戶可以對各個設備的電動機運行情況進行實時處理，提高了整個控制系統(tǒng)的安全性、可靠性。

    5、智能化自控保護

    ARD3智能型電動機控制器使用靈活，報警和保護參數(shù)可以通過軟件根據(jù)電廠電動機設備實際運行條件預設不同的值，避免因過度保護影響實際生產(chǎn)。用戶在選用ARD3智能型電動機控制器后，一旦現(xiàn)場電動機出現(xiàn)故障，控制器及時控制電動機停止運行，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或者短時斷電又恢復，帶抗晃電功能時可使電動機控制器重新起動。

    6、記錄電機故障信息，便于現(xiàn)場問題分析

    在發(fā)電廠工作的電動機設備大多數(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*時間發(fā)現(xiàn)故障原因，并且需要一定的時間、人力和物力才能分析故障原因。ARD3智能型電動機控制器有強大的故障和事件記錄、運行管理信息為現(xiàn)場維護人員節(jié)省了大量的時間，提高了維修人員的工作效率，進一步提高了整個控制回路的性能。

五、結(jié)束語

    在發(fā)電廠低壓電動機保護和監(jiān)控系統(tǒng)中采用ARD3智能型電動機控制器，在提高控制回路的自動化水平和可靠性的同時也提高了企業(yè)的綜合效益，做到了可靠性和經(jīng)濟性的統(tǒng)一。并且，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，ARD3智能型電動機控制器在發(fā)電廠低壓電動機保護及測控運行過程中將起到越來越大的作用。

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作者簡介：徐霜，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為電機保護節(jié)能控制