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：傳統的低壓電動機保護是通過繼電保護二次回路實現，隨著電子技術的飛速發展，出現了一些對電路起保護的電動機控制器。根據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。

關鍵詞：電動機保護、智能化、通訊

一、概述：

    隨著科學技術的進步，我國發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現場生產工作負責的表現，只有在電動機正常發揮其功能的基礎上，才能夠保證整個行業的工作流程不會受到干擾，可以正常運行。在火力發電廠中，低壓電動機的控制原理和應用情況在火力發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重載起動，實現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

    在我國機電行業中，電動機是應用的，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]，所以控制器要能夠對在惡劣環境中工作的電動機進行實時保護、控制，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，并且帶通訊功能，控制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，以及電動機運行過程中的各種運動狀態等信號，經控制器內部處理運算，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，進而保證發電廠生產工作的安全連續運行^[4]。

    2、實現多種電動機控制方式

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

    3、實現現場實時監測電動機運行

    電廠通過控制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

    控制器可通過RS-485通訊接口，經過Modbus-RTU或Profibus-DP通訊協議與上位機管理系統進行通訊連接，將信息在zui短時間內發送給后臺管理系統并對故障信息發出報警信號，使操作人員能夠*時間發現故障原因并及時排除故障，實現電廠電動機設備的數據的實時傳輸功能。

    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，并可根據工業現場的實際應用選配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，實現了遠程自動控制、現場直接控制、液晶界面參數指示、信號報警、現場總線通信等功能，提高了整個控制回路的可靠性和穩定性的同時降低了操作人員現場調試和維護工作量。通過選配抗晃電模塊來實現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電廠低壓電動機保護中的應用

    隨著電廠DCS系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，并匯集到現場總線，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面的DCS遠程操控^[5]。

 圖1 ARD3智能型電動機控制器的現場總線布局

    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、控制邏輯、數據傳輸等要求，控制現場90L液晶顯示界面上電動機的運行狀態以及電廠電機設備控制回路中的一些重要電力參數的顯示值，以及控制開關量輸出的工作狀態，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系統讀取模擬量信號后判斷電機當前的運行狀態。同時，作為電動機控制器個體設備，實現就地保護是其基本功能。ARD3智能型電動機控制器能夠通過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于生產是至關重要的，電廠選用ARD3智能型電動機控制器后帶來的好處有：

    1、組網靈活性高，便于控制

    電廠中電動機控制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智能型電動機控制器提供了RS-485通訊接口，并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后臺實現遠程自動控制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智能型電動機控制器是采用模塊化的產品結構形式，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，便于用戶對現場電動機的維護和控制。

    3、節能降耗

    電動機控制器在節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時做自動停機，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后臺實時監測系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，提高了整個控制系統的安全性、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，報警和保護參數可以通過軟件根據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。用戶在選用ARD3智能型電動機控制器后，一旦現場電動機出現故障，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，便于現場問題分析

    在發電廠工作的電動機設備大多數處于高溫、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*時間發現故障原因，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制回路的性能。

五、結束語

    在發電廠低壓電動機保護和監控系統中采用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的綜合效益，做到了可靠性和經濟性的統一。并且，隨著技術的不斷發展，ARD3智能型電動機控制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.智能馬達控制器在發電廠的應用.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系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智能控制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：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能控制