趙娜
(安科瑞電氣股份有限公司,上海 嘉定 214405)
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(shè)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(yīng)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(shè)計中參考。
關(guān)鍵詞:電動機保護、智能化、通訊
隨著科學(xué)技術(shù)的進步,我發(fā)電廠電機設(shè)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(shè)備能夠正常運轉(zhuǎn)的提條件,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(fù)責(zé)的表現(xiàn),只有在電動機正常發(fā)揮其功能的基礎(chǔ)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(yīng)用情況在火力發(fā)電廠中直是項技術(shù)難題[1,2]。
在電廠電機設(shè)備的保護設(shè)計中,低壓電動機的應(yīng)用及保護配置可采用多種方案進行設(shè)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(fù)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(shè)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,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(yīng)用進行具體介紹。
在我機電行業(yè)中,電動機是應(yīng)用的,發(fā)電總量中消耗在電動機上的電量就占了很大部分,而各類風(fēng)機、水泵、空壓機又占電動機所耗電的半以上。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(shè)計技術(shù)規(guī)定》(DL/T 5153-2002),低壓廠用電動機應(yīng)裝設(shè)相間短路保護、單相接地保護(或者單相接地短路保護)、過負(fù)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、tE時間等全面綜合保護,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(yuǎn)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(yuǎn)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(shè)備在運行過程中的電壓、電流、頻率等參數(shù)以及電動機當(dāng)?shù)倪\行狀況,操作顯示模塊上的按鍵設(shè)置電廠電動機設(shè)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(shè)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(yīng)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(guān)柜,與轉(zhuǎn)換開關(guān)、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(yuǎn)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(dāng)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。
隨著電廠DCS系統(tǒng)的大規(guī)模推廣應(yīng)用,實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場電動機的遠(yuǎn)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(guān)鍵點之,圖1為ARD3智能型電動機控制器在電廠應(yīng)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、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(yuǎn)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(yīng)用方案圖中所示,電路通電后,控制器采集轉(zhuǎn)換開關(guān)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(yuǎn)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(yuǎn)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??刂破鞑杉F(xiàn)場三相交流電壓、三相交流電流、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(shè)備控制回路中的些重要電力參數(shù)的顯示值,以及控制開關(guān)量輸出的工作狀態(tài),對電動機設(shè)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(dāng)?shù)倪\行狀態(tài)。同時,作為電動機控制器個體設(shè)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(shè)備的運行狀況進行實時遠(yuǎn)程監(jiān)測、控制。
圖2 ARD3智能型電動機控制器工程典型應(yīng)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(guān)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(yīng)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(yuǎn)程自動控制和在線監(jiān)視設(shè)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(dāng)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(shè)備處于欠載等運行狀態(tài)時做自動停機,有效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(shè)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(shè)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(shè)備實際運行條件預(yù)設(shè)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,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(yīng)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(fù),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(shè)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,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,進步提高了整個控制回路的性能。
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)。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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