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)，隨著電子技術的飛速發(fā)展，出現(xiàn)了一些對電路起全面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。
一、概述：
隨著科學技術的進步，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機控制器是對正常的工業(yè)現(xiàn)場生產工作負責的表現(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，已經無法滿足日益發(fā)展的電廠設備自動化生產的要求，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，有效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，電動機是應用最為廣泛的，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，經常容易發(fā)生堵轉、短路、斷相或長期過載運行等故障[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埽刂破餍枰凶栽\斷輸出、斷電輸出、故障記錄等功能，總結為如下功能：
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，經控制器內部處理運算，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、tE時間等全面綜合保護，進而保證發(fā)電廠生產工作的安全連續(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實時觀察現(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，將信息在最短時間內發(fā)送給后臺管理系統(tǒng)并對故障信息發(fā)出報警信號，使操作人員能夠第一時間發(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(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，與轉換開關、接觸器、電動機起動器等電器元件構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，控制器采集轉換開關KK1信號，控制器通過讀取控制權限端口（14，15）的信號值選擇遠程控制或者就地控制電機起動。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CPU進行運算、處理后，按照實際生產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。控制器的模擬量輸出口（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。
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