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(guò)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)電路起全面保護(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。
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(guò)去采用熱繼電器、斷路器（或熔斷器）作為電動(dòng)機(jī)過(guò)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(wú)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，有效地保障了電機(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)用最為廣泛的，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(guò)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(guò)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埽刂破餍枰凶栽\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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)壓、欠壓、欠功率、過(guò)功率、tE時(shí)間等全面綜合保護(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(guò)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(lái)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(guò)顯示模塊上的按鍵進(jìn)行操作控制；3）通過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)RS-485通訊接口，經(jīng)過(guò)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，將信息在最短時(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)，使操作人員能夠第一時(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(guò)采用ARD3智能型電動(dòng)機(jī)控制器安裝在低壓開(kāi)關(guān)柜，與轉(zhuǎn)換開(kāi)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(guò)選配抗晃電模塊來(lái)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(guò)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(kāi)關(guān)KK1信號(hào)，控制器通過(guò)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)。控制器采集現(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(guò)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)纫螅刂片F(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(kāi)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(guò)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(guò)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。
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