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智能型電動機控製器在電廠中的應用
趙斌
（安科瑞電氣股份有限公司，上海 嘉定 214405）
摘要：傳(chuan)統(tong)的(de)低(di)壓(ya)電(dian)動(dong)機(ji)保(bao)護(hu)是(shi)通(tong)過(guo)繼(ji)電(dian)保(bao)護(hu)二(er)次(ci)回(hui)路(lu)實(shi)現(xian)，隨(sui)著(zhe)電(dian)子(zi)技(ji)術(shu)的(de)飛(fei)速(su)發(fa)展(zhan)，出(chu)現(xian)了(le)一(yi)些(xie)對(dui)電(dian)路(lu)起(qi)全(quan)麵(mian)保(bao)護(hu)的(de)電(dian)動(dong)機(ji)控(kong)製(zhi)器(qi)。根(gen)據(ju)電(dian)廠(chang)輔(fu)助(zhu)控(kong)製(zhi)設(she)備(bei)的(de)電(dian)機(ji)保(bao)護(hu)的(de)特(te)點(dian)及(ji)其(qi)控(kong)製(zhi)要(yao)求(qiu)，結(jie)合(he)ARD3智能型電動機控製器在發電廠低壓電動機保護控製中的應用，綜合介紹ARD3智能型電動機控製器產品的特點及其智能化保護、測量、控製和通訊等，供工程設計中參考。
關鍵詞：電動機保護、智能化、通訊
一、概述：
suizhekexuejishudejinbu，woguofadianchangdianjishebeideshiyongliangzhubuzengduo，cushidiandongjidezhengchangyunzhuanfahuichengweileqitadeshebeinenggouzhengchangyunzhuandeqiantitiaojian，yincinenggouhelixuanzeheshiyongdiandongjikongzhiqishiduizhengchangdegongyexianchangshengchangongzuofuzedebiaoxian，zhiyouzaidiandongjizhengchangfahuiqigongnengdejichushang，cainenggoubaozhengzhenggexingyedegongzuoliuchengbuhuishoudaoganrao，keyizhengchangyunxing。zaihuolifadianchangzhong，diyadiandongjidekongzhiyuanliheyingyongqingkuangzaihuolifadianchangzhongyizhishiyixiangjishunanti[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，對於過去采用熱繼電器、斷路器（或熔斷器）作為電動機過負荷保護、斷相保護、短duan路lu保bao護hu和he控kong製zhi元yuan件jian，由you於yu受shou到dao通tong信xin功gong能neng不bu夠gou靈ling活huo等deng多duo種zhong條tiao件jian的de約yue束shu，已yi經jing無wu法fa滿man足zu日ri益yi發fa展zhan的de電dian廠chang設she備bei自zi動dong化hua生sheng產chan的de要yao求qiu，而er新xin型xing智zhi能neng電dian動dong機ji控kong製zhi器qi可ke實shi現xian重zhong載zai起qi動dong，實shi現xian對dui電dian動dong機ji的de溫wen度du保bao護hu，還hai提ti供gong多duo種zhong測ce控kong功gong能neng和he多duo種zhong電dian動dong機ji控kong製zhi模mo式shi，能neng夠gou滿man足zu對dui電dian動dong機ji的de保bao護hu控kong製zhi要yao求qiu，有you效xiao地di保bao障zhang了le電dian機ji的de安an全quan運yun行xing。本ben文wen以yiARD3智能型電動機控製器在發電廠中的實際應用進行具體介紹。
二、電廠對電動機控製器的功能要求
在我國機電行業中，電動機是應用最為廣泛的，發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。發電廠電動機的工作環境較惡劣，經常容易發生堵轉、短路、斷相或長期過載運行等故障[3]，所以控製器要能夠對在惡劣環境中工作的電動機進行實時保護、控製，保證發電廠電動機的正常運行。
根據《火力發電廠廠用電設計技術規定》（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、電流全電量參數測量，並且帶通訊功能，控製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、實現完善的電機保護功能
控製器通過采集三相交流電流、三相交流電壓、剩餘電流、PTC熱電阻阻值、電動機電能等電量參數，以及電動機運行過程中的各種運動狀態等信號，經控製器內部處理運算，從而實現對電動機起動超時、過載、阻塞、欠載、斷相、三相電流不平衡、剩餘電流（接地/漏電）、溫度、外部故障、相序、過壓、欠壓、欠功率、過功率、tE時間等全麵綜合保護，進而保證發電廠生產工作的安全連續運行[4]。
2、實現多種電動機控製方式
智能型電動機控製器通過程序控製，實現多種不同的電動機起動控製，采用控製器來實現的操作控製權限包括：1）RS-485通訊接口實現遠程控製；2）能夠通過顯示模塊上的按鍵進行操作控製；3）通過DCS係統控製DI端子實現遠程自動控製；4）DI端子現場就地控製。
3、實現現場實時監測電動機運行
電廠通過控製器能夠實時觀察現場電動機設備在運行過程中的電壓、電流、頻率等參數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、實現通訊功能
控製器可通過RS-485通訊接口，經過Modbus-RTU或Profibus-DP通(tong)訊(xun)協(xie)議(yi)與(yu)上(shang)位(wei)機(ji)管(guan)理(li)係(xi)統(tong)進(jin)行(xing)通(tong)訊(xun)連(lian)接(jie)，將(jiang)信(xin)息(xi)在(zai)最(zui)短(duan)時(shi)間(jian)內(nei)發(fa)送(song)給(gei)後(hou)台(tai)管(guan)理(li)係(xi)統(tong)並(bing)對(dui)故(gu)障(zhang)信(xin)息(xi)發(fa)出(chu)報(bao)警(jing)信(xin)號(hao)，使(shi)操(cao)作(zuo)人(ren)員(yuan)能(neng)夠(gou)第(di)一(yi)時(shi)間(jian)發(fa)現(xian)故(gu)障(zhang)原(yuan)因(yin)並(bing)及(ji)時(shi)排(pai)除(chu)故(gu)障(zhang)，實(shi)現(xian)電(dian)廠(chang)電(dian)動(dong)機(ji)設(she)備(bei)的(de)數(shu)據(ju)的(de)實(shi)時(shi)傳(chuan)輸(shu)功(gong)能(neng)。
ARD3智能型電動機控製器采用模塊化的產品結構形式，包括主體控製模塊、互感器模塊和顯示模塊，並可根據工業現場的實際應用選配ARD3智能型電動機控製器的其他功能模塊和附件。通過采用ARD3智能型電動機控製器安裝在低壓開關櫃，與轉換開關、接觸器、電動機起動器等電器元件構成電動機控製保護單元，實現了遠程自動控製、現場直接控製、液晶界麵參數指示、信號報警、現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)通(tong)信(xin)等(deng)功(gong)能(neng)，提(ti)高(gao)了(le)整(zheng)個(ge)控(kong)製(zhi)回(hui)路(lu)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)和(he)穩(wen)定(ding)性(xing)的(de)同(tong)時(shi)降(jiang)低(di)了(le)操(cao)作(zuo)人(ren)員(yuan)現(xian)場(chang)調(tiao)試(shi)和(he)維(wei)護(hu)工(gong)作(zuo)量(liang)。通(tong)過(guo)選(xuan)配(pei)抗(kang)晃(huang)電(dian)模(mo)塊(kuai)來(lai)實(shi)現(xian)電(dian)路(lu)的(de)抗(kang)晃(huang)電(dian)和(he)自(zi)起(qi)動(dong)，當(dang)ARD3智能型電動機控製器輔助電源斷電時，可以向控製器持續供電10s，同時，選配AC380V電源模塊，用於控製器使用AC380V作為輔助電源的場所。
三、 ARD3智能型電動機控製器在發電廠低壓電動機保護中的應用
隨著電廠DCS係統的大規模推廣應用，實現工業現場電動機的遠程實時集中監控已經成為實現工業自動化控製的關鍵點之一，圖1為ARD3智能型電動機控製器在電廠應用中的現場總線布局。ARD3智能型電動機控製器為用戶提供RS485（Modbus-RTU/Profibus-DP）通訊接口，可以采集工業現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監控信息，並彙集到現場總線，操作人員可通過上位機實時監控工業現場的運行情況，實現運行人員操作界麵的DCS遠程操控[5]。
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圖1 ARD3智能型電動機控製器的現場總線布局
如圖2 ARD3智能型電動機控製器工程典型應用方案圖中所示，電路通電後，控製器采集轉換開關KK1信號，控製器通過讀取控製權限端口（14，15）的信號值選擇遠程控製或者就地控製電機起動。如圖2中接線所示，若控製器端口（15）采集到的信號為“1”，則遠程控製電機起動；若控製器端口（15）采集到的信號為“0”，則就地控製電機起動。控製器采集現場三相交流電壓、三相交流電流、零序電流、接觸器工作狀態、斷路器工作狀態以及DCS櫃急停按鈕SA等電器元件的信號，通過控製器處理電路後經CPU進行運算、處理後，按照實際生產要求的各種保護性能、測量參數、控製邏輯、數據傳輸等要求，控製現場90L液ye晶jing顯xian示shi界jie麵mian上shang電dian動dong機ji的de運yun行xing狀zhuang態tai以yi及ji電dian廠chang電dian機ji設she備bei控kong製zhi回hui路lu中zhong的de一yi些xie重zhong要yao電dian力li參can數shu的de顯xian示shi值zhi，以yi及ji控kong製zhi開kai關guan量liang輸shu出chu的de工gong作zuo狀zhuang態tai，對dui電dian動dong機ji設she備bei的de起qi動dong方fang式shi以yi及ji運yun行xing過guo程cheng進jin行xing控kong製zhi保bao、護。控製器的模擬量輸出口（35，36）輸出4-20mA的模擬量信號，DCS係統讀取模擬量信號後判斷電機當前的運行狀態。同時，作為電動機控製器個體設備，實現就地保護是其基本功能。ARD3智能型電動機控製器能夠通過RS485通訊接口（25，26）將現場檢測的參數實時反饋至上位機，方便現場維護人員對各個點設備的運行狀況進行實時遠程監測、控製。
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圖2 ARD3智能型電動機控製器工程典型應用方案圖
四、電廠選用ARD3智能型電動機控製器產生的效果
對電動機的運行實施保護以及保證電動機能夠連續不間斷的運行對於生產是至關重要的，電廠選用ARD3智能型電動機控製器後帶來的好處有：
1、組網靈活性高，便於控製
電廠中電動機控製器與配電產品的應用有著相同的比重，在實現組網的工作過程中，它們是密不可分的。ARD3智能型電動機控製器提供了RS-485通訊接口，並且實現多種協議的選擇（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後台實現遠程自動控製和在線監視設備的運行狀況等。
2、實時顯示參數，方便現場巡檢
ARD3智能型電動機控製器是采用模塊化的產品結構形式，將顯示模塊安裝在DCS櫃體，通過液晶界麵即可實時觀察當前電動機的運行狀態，便於用戶對現場電動機的維護和控製。
3、節能降耗
電動機控製器在節能降耗方麵的作用開始為大家所重視，ARD3智能型電動機控製器可以在電動機設備處於欠載等運行狀態時做自動停機，有效的避免了能源的浪費，為企業節省資金。
4、信息集中化
用戶可通過通訊模塊實現在後台實時監測係統中各個電動機的運行狀況，隨時觀察設備的運行參數，如：電動機電流、電壓、電動機運行狀況、電動機電能等參數，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，提高了整個控製係統的安全性、可靠性。
5、智能化自控保護
ARD3智(zhi)能(neng)型(xing)電(dian)動(dong)機(ji)控(kong)製(zhi)器(qi)使(shi)用(yong)靈(ling)活(huo)，報(bao)警(jing)和(he)保(bao)護(hu)參(can)數(shu)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)軟(ruan)件(jian)根(gen)據(ju)電(dian)廠(chang)電(dian)動(dong)機(ji)設(she)備(bei)實(shi)際(ji)運(yun)行(xing)條(tiao)件(jian)預(yu)設(she)不(bu)同(tong)的(de)值(zhi)，避(bi)免(mian)因(yin)過(guo)度(du)保(bao)護(hu)影(ying)響(xiang)實(shi)際(ji)生(sheng)產(chan)。用(yong)戶(hu)在(zai)選(xuan)用(yong)ARD3zhinengxingdiandongjikongzhiqihou，yidanxianchangdiandongjichuxianguzhang，kongzhiqijishikongzhidiandongjitingzhiyunxing，bingduigezhongguzhangxinxizuochuxiangyingdezhishihejilu，fangbianyonghuzhaxunguzhangxinxi。zaidianwangguzhangzaochengdianyashunjianjiaodafududebodonghuozheduanshiduandianyouhuifu，daikanghuangdiangongnengshikeshidiandongjikongzhiqizhongxinqidong。
6、記錄電機故障信息，便於現場問題分析
在發電廠工作的電動機設備大多數處於高溫、潮濕、多塵埃的工況下，很容易出現故障，一旦發生故障，檢修人員也很難第一時間發現故障原因，並且需要一定的時間、人力和物力才能分析故障原因。ARD3智能型電動機控製器有強大的故障和事件記錄、運行管理信息為現場維護人員節省了大量的時間，提高了維修人員的工作效率，進一步提高了整個控製回路的性能。
五、結束語
在發電廠低壓電動機保護和監控係統中采用ARD3智zhi能neng型xing電dian動dong機ji控kong製zhi器qi，在zai提ti高gao控kong製zhi回hui路lu的de自zi動dong化hua水shui平ping和he可ke靠kao性xing的de同tong時shi也ye提ti高gao了le企qi業ye的de綜zong合he效xiao益yi，做zuo到dao了le可ke靠kao性xing和he經jing濟ji性xing的de統tong一yi。並bing且qie，隨sui著zhe技ji術shu的de不bu斷duan發fa展zhan，ARD3智能型電動機控製器在發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。
參考文獻：
[1]滿連善.低壓電動機保護在火力發電廠的應用.電子技術與軟件工程.2014(2)
[2]嚴剛,郭英臣.智能馬達控製器在發電廠的應用.華電技術.2008(3)
[3]周中.智能電網用戶端電力監控與電能管理係統產品選型及解決方案[M].北京.機械工業出版社. 2011.10
[4]胡剛.低壓電動機保護在火力發電廠的應用.企業科技與發展.2009(16)
[5]張宇偉.ST500智能控製器在發電廠低壓電動機保護中的應用.科技風.2011(6)
作者簡介：
趙斌，男，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為醫療供配電設計，手機：，座機：，QQ:2880157852,E-mail:
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