淺談智能電動機控制保護裝置在智能配電網絡中的應用

1智能型電動機保護裝置

智能型電動機保護裝置主要以單片機作為控制器，可實現電動機的智能化綜合保護，有的還具有遠程通訊功能，可在PC機上對多聯網的電動機實行在線綜合監視與控制。在這里以RMD2系列電動機保護器為例，簡要敘述一下智能電動機保護裝置的功能特點與構成。產品外形如圖3所示。

圖3 RMD2電動機保護器

RMD2系列電動機保護器是采用微電子技術、微處理器技術和現代控制理論研發的高技術產品。它使用DSP作為核心控制單元，從根本上改變了傳統電動機保護裝置的缺點，能迅速采集處理電動機的各種故障信號，為電動機的正常運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32臺從機裝置在同一通信信道上連接起來，與各種遠端的計算機、可編程控制器以及分散控制系統之間進行通信，達到了集中監測保護控制的目的。RMD2是一種具有多種保護與控制功能于一體的高性能集中檢測控制保護裝置，可實現對電動機的智能綜合保護，也是傳統電動機保護裝置的理想換代產品。

1.1 系統構成

在本系統中，接觸器CJ1作為電動機的開斷裝置，接觸器的吸合與釋放由可編程的繼電器觸點輸出單元控制。電流信號取樣于套在母線上的電流互感器的二次輸出，經過信號采樣電路濾波、保持處理后送入模數轉換器轉換為數字信號，微處理器對采樣所得的信號離散序列進行計算，通過邏輯運算與處理得到所需的電流信號值，并與預先存儲在數據存儲單元內的整定值進行比較，一旦檢測到故障狀態，微處理器觸發功率電路，驅動繼電器輸出單元使接觸器釋放，斷開電動機電源，保護電動機在異常狀態下運行引起的危害，系統構成見圖4。

圖4 系統構成原理

1.2 功能特點

1.2.1 核心控制單元

RMD2系列電動機保護器采用高性能數字信號處理芯片DSP作為核心控制單元，實現了傳統電動機保護裝置不能實現的保護控制功能，大大提高了保護控制裝置的靈敏度和精度，而且對輕微故障的監測和保護特性的完善都取得了突破性進展，實現了集多種保護與控制于一體的全保護。RMD2利用DSP微處理器在數字信號處理方面的優勢，采用數字信號濾波器（FIR）對采樣信號進行軟件非線性校正，在采樣和保護精度方面有了質的飛躍，降低了被測信號波形畸變帶來的影響，實現了高精度采樣。在保護特性整定方面采用數字整定，通過鍵盤由用戶在現場自行整定，去除了調整誤差。微電子技術與微處理器技術的合理應用，提高了傳統電動機保護裝置存在的重復性能差、大電流過載或短路故障后不能再次使用、調整誤差大、易受環境溫度的影響誤動或拒動、功耗大、耗材多、性能指標落后等缺陷。

1.2.2 控制功能

RMD2系列電動機保護器通過不同的接線方式與外部接觸器連接，實現了傳統起動方式：星/三角起動、自耦變壓器（電抗器）減壓起動。其邏輯時序由保護器本身完成，降低了用戶自行接線的難度，取消中間繼電器和延時繼電器，節省了傳統起動方式的成本。另外，根據用戶不同的控制需求，RMD2還可實現直接（全壓）起動，可逆（雙向）控制，雙速（變速）控制，軟起動器配合起動，變頻器配合起動等多種操作控制功能。

1.2.3 保護特性

RMD2系列電動機保護器具有完善的保護功能，可對電動機在起動、運行過程中發生的過載、相短路、堵轉、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、起動超時、外部故障、過熱等非正常運行情況產生的危害進行保護，在故障前進行報警，故障發生后記錄故障原因、故障數據、故障發生時間等信息用于日常維護。還具有電流電壓顯示、時間控制、軟件自診斷、來電自恢復、上電自起動、自鎖和遠程報警等功能。是相同硬件條件下集多種功能與一體的綜合控制保護器。

1.2.4 總線通信

RMD2系列電動機保護器實現了Modbus-RTU串行通信標準的一個子集。許多流行的可編程控制器直接使用一個合適的接口卡來支持Modbus規約即可直接和RMD2相聯。RMD2選擇2根線的RS-485硬件接口作為串行通訊接口，在這種結構中多達32個RMD2在同一通信信道上通過標準屏蔽雙絞線連接起來與各種遠端的計算機、可編程控制器以及分散控制系統之間進行通信，對有關的運行參數及保護類別進行顯示、打印、同時可對每臺保護裝置的保護參數進行修改，還可以對電機直接控制，實現了集中監測保護控制的目的。此外，RMD2還提供了4～20mA和0～10V模擬量輸出功能，以及多達9路光隔離輸入和6路繼電器觸點輸出。

1.2.5 模塊化結構

RMD2系列采用模塊化結構設計，其附加功能模塊包括顯示操作模塊、電壓功能模塊、漏電保護模塊、溫度檢測模塊、熱調節器模塊、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，根據用戶的需求進行安裝，可進行多種功能的自由組合。

2 電動機保護裝置的應用

RMD2系列電動機保護器覆蓋了額定電流800A及以下的電動機，可廣泛應用于各行業的交流電動機的保護，是發電、供電、用電系統的重要組成部分。RMD2系列電動機保護器被用作控制設備，在發生故障時驅動繼電器輸出，使接觸器或斷路器斷開，見圖5。除保護電動機之外，還有保護相關機械設備的特性，可以在故障發生之前報警，在故障發生之后記錄故障信息，以便分析原因并進行日常維護。

圖5 保護器的應用示意

2.1 典型應用

(1) 電動機基本電氣保護；

(2) 泵的機械式保護：利用低電流特性來檢測吸力的消失或排氣閥的關閉；

(3) 風扇的機械式保護及人身安全：利用低電流特性來檢測礦道氣流的減少或蒸汽發生鍋爐氣流量的降低；

(4) 壓縮電動機的電氣保護：用起動定時器來斷開回路防止過度超時運行；

(5) 傳動裝置、泵、風扇、切割機及壓縮機的機械式保護：利用機械阻塞跳閘特性來反應機械阻塞故障；

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

(7) 利用熱記憶鎖定功能防止操作員誤操作電動機和設備。

2.2 組網應用

電動機保護裝置與配電產品的應用有著相同的比重，在實現組網的工作中它們是密不可分的。目前，集散控制系統在工礦企業中得到了廣泛的應用，但是對電氣系統考慮較少，主要表現為：電氣系統主要的保護、安全自動裝置基本獨立運行；與DCS 系統間通過硬接線方式進行有限的控制和信號交換；電氣系統的控制基本上采用常規控制手段；電氣系統的測量、保護動作、定值整定、事故追憶、電量報表等電氣運行參數在DCS系統無法完整反應。

智能電網建設首先要求用戶端提高電氣系統自動化水平，包括從電力變壓器到用電設備之間，對電能進行傳輸、分配、控制、保護和管理的所有設備實現智能化，從而構成統一、協調、互動的智能變配電網絡。在這里以RMD2系列電動機保護器為例，說明電動機保護裝置在智能變配電網絡中的應用，如圖6所示。

圖6 在智能電網中的典型應用

3 安科瑞智能電動機保護器介紹

3.1產品介紹

智能電動機保護器(以下簡稱保護器)，采用單片機技術，具有抗干擾能力強、工作穩定可靠、數字化、智能化、網絡化等特點。保護器能對電動機運行過程中出現的過載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、堵轉、阻塞、外部故障等多種情況進行保護，并設有SOE故障事件記錄功能，方便現場維護人員查找故障原因。適用于煤礦、石化、冶煉、電力、以及民用建筑等領域。本保護器具有RS485遠程通訊接口，DC4-20mA模擬量輸出，方便與PLC、PC等控制機組成網絡系統。實現電動機運行的遠程監控。

3.2技術參數

3.2.1數字式電動機保護器

技術參數技術指標

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）

繼電器輸出觸點容量AC250V/ 3A；DC30V/ 3AAC250V/ 6A

開關量輸入2路9路

環境工作溫度：-10ºC～55ºC

貯存溫度：-20ºC～65ºC

相對濕度：5﹪～95﹪不結露

海拔高度：≤ 2000m

污染等級2

防護等級IP20主體IP20,顯示單元IP45

安裝類別III級

3.2.2模塊式電動機保護器

技術參數技術指標

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

電機額定工作電壓AC 380V / 660V，50Hz / 60Hz

電動機額定工作電流1.6（0.40A-2.00A）使用測量模塊測量

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 + 測量模塊

800（250A-800A）

漏電50mA-1A采用測量模塊 + 漏電流互感器

3A-30A

繼電器輸出觸點容量阻性負載AC250V、6A；DC24V、6A

感性負載AC250V、2A；DC24V、2A

主體開關量輸入、輸出4DI、4DO，DI可以為干節點或濕節點

開關量模塊4DI、3DO，DI可以為干節點或濕節點

溫度模塊外接傳感器類型：PT100、PT1000、Cu50、PTC、NTC

傳感器路數：3路

傳感器對應測量范圍：

PT100/PT1000：-50°C～+500°C

Cu50：-50°C～+150°C

PTC/NTC：100Ω～30kΩ

模擬量模塊可實現：2路4～20mA輸入測量，2路4～20mA變送輸出4～20mA輸入測量精度±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

環境工作溫度-10ºC～55ºC

貯存溫度-25ºC～65ºC

相對濕度≤95﹪不結露，無腐蝕性氣體

海拔≤2000m

污染等級3級

防護等級主體IP20，分體顯示模塊IP45（安裝在柜體上）

安裝類別III級

3.3 產品選型

說明：“√”表示具備，“■”表示可選。

4 結語

與傳統電動機保護裝置相比，數字式、智能型、多功能化的電動機綜合保護器以其技術指標的*優勢逐漸成為電動機保護的選擇。在目前電力工業良好發展、國家重視智能電網建設工作以及節能環保勢在必行的背景之下，集監測、保護、控制和總線通信功能于一體的智能型綜合保護控制裝置，必將成為廣泛應用領域內的電動機及設備保護的理想選擇