淺談智能電動(dòng)機(jī)控制保護(hù)裝置在智能配電網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

1智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置

智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置主要以單片機(jī)作為控制器，可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的智能化綜合保護(hù)，有的還具有遠(yuǎn)程通訊功能，可在PC機(jī)上對(duì)多聯(lián)網(wǎng)的電動(dòng)機(jī)實(shí)行在線綜合監(jiān)視與控制。在這里以RMD2系列電動(dòng)機(jī)保護(hù)器為例，簡要敘述一下智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置的功能特點(diǎn)與構(gòu)成。產(chǎn)品外形如圖3所示。

圖3 RMD2電動(dòng)機(jī)保護(hù)器

RMD2系列電動(dòng)機(jī)保護(hù)器是采用微電子技術(shù)、微處理器技術(shù)和現(xiàn)代控制理論研發(fā)的高技術(shù)產(chǎn)品。它使用DSP作為核心控制單元，從根本上改變了傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置的缺點(diǎn)，能迅速采集處理電動(dòng)機(jī)的各種故障信號(hào)，為電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行帶來了可靠的保障。RMD2提供的RS-485硬件通信接口，可使多達(dá)32臺(tái)從機(jī)裝置在同一通信信道上連接起來，與各種遠(yuǎn)端的計(jì)算機(jī)、可編程控制器以及分散控制系統(tǒng)之間進(jìn)行通信，達(dá)到了集中監(jiān)測(cè)保護(hù)控制的目的。RMD2是一種具有多種保護(hù)與控制功能于一體的高性能集中檢測(cè)控制保護(hù)裝置，可實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的智能綜合保護(hù)，也是傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置的理想換代產(chǎn)品。

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

在本系統(tǒng)中，接觸器CJ1作為電動(dòng)機(jī)的開斷裝置，接觸器的吸合與釋放由可編程的繼電器觸點(diǎn)輸出單元控制。電流信號(hào)取樣于套在母線上的電流互感器的二次輸出，經(jīng)過信號(hào)采樣電路濾波、保持處理后送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，微處理器對(duì)采樣所得的信號(hào)離散序列進(jìn)行計(jì)算，通過邏輯運(yùn)算與處理得到所需的電流信號(hào)值，并與預(yù)先存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元內(nèi)的整定值進(jìn)行比較，一旦檢測(cè)到故障狀態(tài)，微處理器觸發(fā)功率電路，驅(qū)動(dòng)繼電器輸出單元使接觸器釋放，斷開電動(dòng)機(jī)電源，保護(hù)電動(dòng)機(jī)在異常狀態(tài)下運(yùn)行引起的危害，系統(tǒng)構(gòu)成見圖4。

圖4 系統(tǒng)構(gòu)成原理

1.2 功能特點(diǎn)

1.2.1 核心控制單元

RMD2系列電動(dòng)機(jī)保護(hù)器采用高性能數(shù)字信號(hào)處理芯片DSP作為核心控制單元，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置不能實(shí)現(xiàn)的保護(hù)控制功能，大大提高了保護(hù)控制裝置的靈敏度和精度，而且對(duì)輕微故障的監(jiān)測(cè)和保護(hù)特性的完善都取得了突破性進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了集多種保護(hù)與控制于一體的全保護(hù)。RMD2利用DSP微處理器在數(shù)字信號(hào)處理方面的優(yōu)勢(shì)，采用數(shù)字信號(hào)濾波器（FIR）對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行軟件非線性校正，在采樣和保護(hù)精度方面有了質(zhì)的飛躍，降低了被測(cè)信號(hào)波形畸變帶來的影響，實(shí)現(xiàn)了高精度采樣。在保護(hù)特性整定方面采用數(shù)字整定，通過鍵盤由用戶在現(xiàn)場(chǎng)自行整定，去除了調(diào)整誤差。微電子技術(shù)與微處理器技術(shù)的合理應(yīng)用，提高了傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置存在的重復(fù)性能差、大電流過載或短路故障后不能再次使用、調(diào)整誤差大、易受環(huán)境溫度的影響誤動(dòng)或拒動(dòng)、功耗大、耗材多、性能指標(biāo)落后等缺陷。

1.2.2 控制功能

RMD2系列電動(dòng)機(jī)保護(hù)器通過不同的接線方式與外部接觸器連接，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)起動(dòng)方式：星/三角起動(dòng)、自耦變壓器（電抗器）減壓起動(dòng)。其邏輯時(shí)序由保護(hù)器本身完成，降低了用戶自行接線的難度，取消中間繼電器和延時(shí)繼電器，節(jié)省了傳統(tǒng)起動(dòng)方式的成本。另外，根據(jù)用戶不同的控制需求，RMD2還可實(shí)現(xiàn)直接（全壓）起動(dòng)，可逆（雙向）控制，雙速（變速）控制，軟起動(dòng)器配合起動(dòng)，變頻器配合起動(dòng)等多種操作控制功能。

1.2.3 保護(hù)特性

RMD2系列電動(dòng)機(jī)保護(hù)器具有完善的保護(hù)功能，可對(duì)電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)、運(yùn)行過程中發(fā)生的過載、相短路、堵轉(zhuǎn)、阻塞、欠電流、缺相、三相不平衡、接地故障、漏電、欠電壓、過電壓、欠功率、逆相、起動(dòng)超時(shí)、外部故障、過熱等非正常運(yùn)行情況產(chǎn)生的危害進(jìn)行保護(hù)，在故障前進(jìn)行報(bào)警，故障發(fā)生后記錄故障原因、故障數(shù)據(jù)、故障發(fā)生時(shí)間等信息用于日常維護(hù)。還具有電流電壓顯示、時(shí)間控制、軟件自診斷、來電自恢復(fù)、上電自起動(dòng)、自鎖和遠(yuǎn)程報(bào)警等功能。是相同硬件條件下集多種功能與一體的綜合控制保護(hù)器。

1.2.4 總線通信

RMD2系列電動(dòng)機(jī)保護(hù)器實(shí)現(xiàn)了Modbus-RTU串行通信標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)子集。許多流行的可編程控制器直接使用一個(gè)合適的接口卡來支持Modbus規(guī)約即可直接和RMD2相聯(lián)。RMD2選擇2根線的RS-485硬件接口作為串行通訊接口，在這種結(jié)構(gòu)中多達(dá)32個(gè)RMD2在同一通信信道上通過標(biāo)準(zhǔn)屏蔽雙絞線連接起來與各種遠(yuǎn)端的計(jì)算機(jī)、可編程控制器以及分散控制系統(tǒng)之間進(jìn)行通信，對(duì)有關(guān)的運(yùn)行參數(shù)及保護(hù)類別進(jìn)行顯示、打印、同時(shí)可對(duì)每臺(tái)保護(hù)裝置的保護(hù)參數(shù)進(jìn)行修改，還可以對(duì)電機(jī)直接控制，實(shí)現(xiàn)了集中監(jiān)測(cè)保護(hù)控制的目的。此外，RMD2還提供了4～20mA和0～10V模擬量輸出功能，以及多達(dá)9路光隔離輸入和6路繼電器觸點(diǎn)輸出。

1.2.5 模塊化結(jié)構(gòu)

RMD2系列采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其附加功能模塊包括顯示操作模塊、電壓功能模塊、漏電保護(hù)模塊、溫度檢測(cè)模塊、熱調(diào)節(jié)器模塊、電壓模擬量輸出模塊、電流模擬量輸出模塊、通訊模塊可拆卸，根據(jù)用戶的需求進(jìn)行安裝，可進(jìn)行多種功能的自由組合。

2 電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置的應(yīng)用

RMD2系列電動(dòng)機(jī)保護(hù)器覆蓋了額定電流800A及以下的電動(dòng)機(jī)，可廣泛應(yīng)用于各行業(yè)的交流電動(dòng)機(jī)的保護(hù)，是發(fā)電、供電、用電系統(tǒng)的重要組成部分。RMD2系列電動(dòng)機(jī)保護(hù)器被用作控制設(shè)備，在發(fā)生故障時(shí)驅(qū)動(dòng)繼電器輸出，使接觸器或斷路器斷開，見圖5。除保護(hù)電動(dòng)機(jī)之外，還有保護(hù)相關(guān)機(jī)械設(shè)備的特性，可以在故障發(fā)生之前報(bào)警，在故障發(fā)生之后記錄故障信息，以便分析原因并進(jìn)行日常維護(hù)。

圖5 保護(hù)器的應(yīng)用示意

2.1 典型應(yīng)用

(1) 電動(dòng)機(jī)基本電氣保護(hù)；

(2) 泵的機(jī)械式保護(hù)：利用低電流特性來檢測(cè)吸力的消失或排氣閥的關(guān)閉；

(3) 風(fēng)扇的機(jī)械式保護(hù)及人身安全：利用低電流特性來檢測(cè)礦道氣流的減少或蒸汽發(fā)生鍋爐氣流量的降低；

(4) 壓縮電動(dòng)機(jī)的電氣保護(hù)：用起動(dòng)定時(shí)器來斷開回路防止過度超時(shí)運(yùn)行；

(5) 傳動(dòng)裝置、泵、風(fēng)扇、切割機(jī)及壓縮機(jī)的機(jī)械式保護(hù)：利用機(jī)械阻塞跳閘特性來反應(yīng)機(jī)械阻塞故障；

(6) 保證危險(xiǎn)情況的人身安全：利用接地故障特性來檢測(cè)繞組短路及由礦內(nèi)濕度引起的漏電流；

(7) 利用熱記憶鎖定功能防止操作員誤操作電動(dòng)機(jī)和設(shè)備。

2.2 組網(wǎng)應(yīng)用

電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置與配電產(chǎn)品的應(yīng)用有著相同的比重，在實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)的工作中它們是密不可分的。目前，集散控制系統(tǒng)在工礦企業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，但是對(duì)電氣系統(tǒng)考慮較少，主要表現(xiàn)為：電氣系統(tǒng)主要的保護(hù)、安全自動(dòng)裝置基本獨(dú)立運(yùn)行；與DCS 系統(tǒng)間通過硬接線方式進(jìn)行有限的控制和信號(hào)交換；電氣系統(tǒng)的控制基本上采用常規(guī)控制手段；電氣系統(tǒng)的測(cè)量、保護(hù)動(dòng)作、定值整定、事故追憶、電量報(bào)表等電氣運(yùn)行參數(shù)在DCS系統(tǒng)無法完整反應(yīng)。

智能電網(wǎng)建設(shè)首先要求用戶端提高電氣系統(tǒng)自動(dòng)化水平，包括從電力變壓器到用電設(shè)備之間，對(duì)電能進(jìn)行傳輸、分配、控制、保護(hù)和管理的所有設(shè)備實(shí)現(xiàn)智能化，從而構(gòu)成統(tǒng)一、協(xié)調(diào)、互動(dòng)的智能變配電網(wǎng)絡(luò)。在這里以RMD2系列電動(dòng)機(jī)保護(hù)器為例，說明電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置在智能變配電網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，如圖6所示。

圖6 在智能電網(wǎng)中的典型應(yīng)用

3 安科瑞智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器介紹

3.1產(chǎn)品介紹

智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器(以下簡稱保護(hù)器)，采用單片機(jī)技術(shù)，具有抗干擾能力強(qiáng)、工作穩(wěn)定可靠、數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等特點(diǎn)。保護(hù)器能對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的過載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、堵轉(zhuǎn)、阻塞、外部故障等多種情況進(jìn)行保護(hù)，并設(shè)有SOE故障事件記錄功能，方便現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員查找故障原因。適用于煤礦、石化、冶煉、電力、以及民用建筑等領(lǐng)域。本保護(hù)器具有RS485遠(yuǎn)程通訊接口，DC4-20mA模擬量輸出，方便與PLC、PC等控制機(jī)組成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

3.2技術(shù)參數(shù)

3.2.1數(shù)字式電動(dòng)機(jī)保護(hù)器

技術(shù)參數(shù)技術(shù)指標(biāo)

ARD2(L)ARD2FARD3

輔助電源電壓AC85V~265V/DC100V~350V

功耗≤7VA≤15VA

額定工作電壓AC380V/AC660V，50Hz/60Hz

額定工作電流1A（0.1～9999）

5A（0.1～9999）

1.6A（0.4A～1.6A）

6.3A（1.6A～6.3A）

25A（6.3A～25A）

100A（25A～100A）

250A（63A～250A）

800A（250A～800A）

繼電器輸出觸點(diǎn)容量AC250V/ 3A；DC30V/ 3AAC250V/ 6A

開關(guān)量輸入2路9路

環(huán)境工作溫度：-10ºC～55ºC

貯存溫度：-20ºC～65ºC

相對(duì)濕度：5﹪～95﹪不結(jié)露

海拔高度：≤ 2000m

污染等級(jí)2

防護(hù)等級(jí)IP20主體IP20,顯示單元IP45

安裝類別III級(jí)

3.2.2模塊式電動(dòng)機(jī)保護(hù)器

技術(shù)參數(shù)技術(shù)指標(biāo)

ARD3T輔助電源AC/DC 110 / 220V或AC 380V，功耗≤15VA

電機(jī)額定工作電壓AC 380V / 660V，50Hz / 60Hz

電動(dòng)機(jī)額定工作電流1.6（0.40A-2.00A）使用測(cè)量模塊測(cè)量

6.3（1.6A-6.3A）

25（6.3A-25A）

100（25A-100A）

250（63A-250A）采用外置電流互感器 + 測(cè)量模塊

800（250A-800A）

漏電50mA-1A采用測(cè)量模塊 + 漏電流互感器

3A-30A

繼電器輸出觸點(diǎn)容量阻性負(fù)載AC250V、6A；DC24V、6A

感性負(fù)載AC250V、2A；DC24V、2A

主體開關(guān)量輸入、輸出4DI、4DO，DI可以為干節(jié)點(diǎn)或濕節(jié)點(diǎn)

開關(guān)量模塊4DI、3DO，DI可以為干節(jié)點(diǎn)或濕節(jié)點(diǎn)

溫度模塊外接傳感器類型：PT100、PT1000、Cu50、PTC、NTC

傳感器路數(shù)：3路

傳感器對(duì)應(yīng)測(cè)量范圍：

PT100/PT1000：-50°C～+500°C

Cu50：-50°C～+150°C

PTC/NTC：100Ω～30kΩ

模擬量模塊可實(shí)現(xiàn)：2路4～20mA輸入測(cè)量，2路4～20mA變送輸出4～20mA輸入測(cè)量精度±0.5% 4～20mA輸出帶載能力為≤500Ω

主體通訊RS485：Modbus-RTU

通訊模塊RS485：雙Modbus-RTU、Profibus

環(huán)境工作溫度-10ºC～55ºC

貯存溫度-25ºC～65ºC

相對(duì)濕度≤95﹪不結(jié)露，無腐蝕性氣體

海拔≤2000m

污染等級(jí)3級(jí)

防護(hù)等級(jí)主體IP20，分體顯示模塊IP45（安裝在柜體上）

安裝類別III級(jí)

3.3 產(chǎn)品選型

說明：“√”表示具備，“■”表示可選。

4 結(jié)語

與傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置相比，數(shù)字式、智能型、多功能化的電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)器以其技術(shù)指標(biāo)的*優(yōu)勢(shì)逐漸成為電動(dòng)機(jī)保護(hù)的選擇。在目前電力工業(yè)良好發(fā)展、國家重視智能電網(wǎng)建設(shè)工作以及節(jié)能環(huán)保勢(shì)在必行的背景之下，集監(jiān)測(cè)、保護(hù)、控制和總線通信功能于一體的智能型綜合保護(hù)控制裝置，必將成為廣泛應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)的電動(dòng)機(jī)及設(shè)備保護(hù)的理想選擇