摘要：隨著工業(yè)的進一步發(fā)展，我國的火力發(fā)電裝機容量溫度提升，電動機在火力發(fā)電廠中的應用也更加廣泛。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)，隨著電子技術的飛速發(fā)展，出現(xiàn)了一些對電路起全面保護的電動機保護器，智能型電動機保護裝置逐步取代傳統(tǒng)熱繼電器成為電動機保護。本文將根據(jù)電廠輔助控制設備的電機保護的特點及其控制要求，結合ARD3M系列電動機保護器在發(fā)電廠低壓電動機保護控制中的應用，綜合介紹ARD3M系列電動機保護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、火力發(fā)電

一、概述：

電力的發(fā)現(xiàn)和應用掀起了第二次工業(yè)革命的高潮，在當今工業(yè)繁榮發(fā)展的中國，電力已經(jīng)成為了關系國計民生的命脈。改革開放以來，國家投入了大量的人力物力進行電力建設，我國的年發(fā)電量每年一個臺階，飛速增長，而火力發(fā)電又在其中扮演了重要角色。2022年上半年，我國火力發(fā)電總量占總發(fā)電量的比重約為68.83%，占據(jù)絕對。

同時隨著工業(yè)科學技術的進步，我國發(fā)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(fā)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保護器是對正常的工業(yè)現(xiàn)場生產工作負責的表現(xiàn)，只有在電動機正常發(fā)揮其功能的基礎上，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用情況在火力發(fā)電廠中一直是一項技術難題。

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(jīng)無法滿足日益發(fā)展的電廠設備自動化生產的要求，而新型智能電動機保護器可實現(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ARD3M系列電動機保護器在發(fā)電廠中的實際應用進行具體介紹。

二、電廠對電動機保護器的功能要求

在我國電廠行業(yè)中，電動機是應用是非常廣泛的，各類風機、水泵、空壓機、提升機、輸送泵等電機設備種類繁多。同時，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、短路、斷相或長期過載運行等故障，所以保護器要能夠對在惡劣環(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)電廠廠用電設計技術規(guī)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(shù)測量，并且?guī)ㄓ嵐δ?，保護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(xiàn)完善的電機保護功能

保護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、電動機功率、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)保護器內部處理運算，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)電廠生產工作的安全連續(xù)運行。

2、實現(xiàn)多種電動機控制方式

ARD3M智能型電動機保護器可以實現(xiàn)多種不同的電動機起動控制，采用保護器來實現(xiàn)的操作控制權限包括：1）RS-485通訊接口實現(xiàn)遠程控制；2）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)遠程自動控制；4）DI端子現(xiàn)場就地控制。同時可通過可編程設置實現(xiàn)多種控制位置之間的切換、復雜的工藝聯(lián)鎖控制等，滿足當前電廠中復雜、靈活的控制要求，有效減少了中間繼電器、時間繼電器等硬接線。

3、實現(xiàn)現(xiàn)場實時監(jiān)測電動機運行

電廠通過保護器能夠實時觀察現(xiàn)場電動機設備在運行過程中的電壓、電流、功率、電能、頻率等參數(shù)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）和保護參數(shù)，顯示模塊上的指示燈直觀的顯示電機的運行、故障狀態(tài)。

4、實現(xiàn)通訊功能

ARD3M系列電動機保護器標配2路RS-485通訊接口，滿足最常規(guī)的Modbus-RTU通訊。同時考慮到電廠對于控制和故障反饋的時效性要求，提供了Profibus_DP、Modbus_TCP、Profinet等通訊模塊可供選擇，將信息在最短時間內發(fā)送給后臺管理系統(tǒng)并對故障信息發(fā)出報警信號，使操作人員能夠第一時間發(fā)現(xiàn)故障原因并及時排除故障，實現(xiàn)電廠電動機設備的數(shù)據(jù)的實時傳輸功能。

ARD3M系列電動機保護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、顯示模塊和選配的通訊模塊，并可根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場的實際應用選配ARD3M系列電動機保護器的其他功能模塊和附件。通過采用ARD3M系列電動機保護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(xiàn)了遠程自動控制、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ARD3M系列電動機保護器輔助電源斷電時，可以向保護器持續(xù)供電，當電壓恢復即可實現(xiàn)延時重啟動來抵御晃電對生產帶來的不利影響。

三、 ARD3M電動機保護器在電廠低壓電動機保護中的應用及效果

隨著電廠DCS系統(tǒng)的大規(guī)模推廣應用，實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場電動機的遠程實時集中監(jiān)控已經(jīng)成為實現(xiàn)工業(yè)自動化控制的關鍵點之一，圖1為ARD3M系列電動機保護器在電廠應用中的現(xiàn)場總線布局。ARD3M系列電動機保護器為用戶提供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、零序電流、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遠程操控[5]。

圖1 ARD3M系列電動機保護器的現(xiàn)場總線布局

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是至關重要的，電廠選用ARD3M系列電動機保護器后帶來的好處有：

1、組網(wǎng)靈活性高，便于控制

電廠中電動機保護器與配電產品的應用有著相同的比重，在實現(xiàn)組網(wǎng)的工作過程中，它們是密不可分的。ARD3M系列電動機保護器提供了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)遠程自動控制和在線監(jiān)視設備的運行狀況等。

2、實時顯示參數(shù)，方便現(xiàn)場巡檢

ARD3M系列電動機保護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(tài)，便于用戶對現(xiàn)場電動機的維護和控制。

3、節(jié)能降耗

電動機保護器在節(jié)能降耗方面的作用開始為大家所重視，ARD3M系列電動機保護器可以在電動機設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

ARD3M系列電動機保護器使用靈活，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ARD3M系列電動機保護器后，一旦現(xiàn)場電動機出現(xiàn)故障，保護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(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，帶抗晃電功能時可使電動機保護器重新起動。

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，一旦發(fā)生故障，檢修人員也很難第一時間發(fā)現(xiàn)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。ARD3M系列電動機保護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，進一步提高了整個控制回路的性能。

四、ARD3M系列電動機保護器產品介紹

1、產品概述

ARD3M智能電動機保護器（以下簡稱保護器），采用單片機技術，適用于額定電壓至660V的低壓電動機回路，集保護、測量、控制、通訊、運維于一體。其完善的保護功能確保電動機安全運行，帶有邏輯可編程功能，可以滿足多種控制方式。可選配不同通訊模塊適應現(xiàn)場通訊需求。

該產品采用分體式結構，由主體、顯示單元、互感器和選配的通訊模塊組成，可適應各種柜體的安裝。

2、技術參數(shù)

3、產品特點

■ 輔助電源類型可選，AC220V電源模塊支持電源范圍AC85-265V/DC100-300V，AC380V電源模塊支持電源范圍AC/DC100-415V。

■ 支持基波和全波電力參數(shù)測量（U、I、P、Q、S、PF、F、EP、EQ），電壓及電流不平衡度，電壓、電流正序、負序、零序分量，三相電壓相角，剩余電流，電壓、電流2-63次分次諧波測量，分次諧波含有率及總諧波畸變率。

■ 保護功能包括過載反時限、過載定時限、接地、起動超時、漏電、欠載、斷相、堵轉、阻塞、短路、溢出、不平衡(電流、電壓)、過功率、欠功率、過壓、欠壓、相序、溫度、tE時間、外部故障、起動次數(shù)限制、運行時間報警、故障次數(shù)報警。

■ 10路可編程DI輸入，默認采用內置DC24V電源，也可選擇外部有源濕接點（詳見選型表格）。

■ 6路可編程DO輸出，滿足直接起動，星—三角起動，自耦變壓器起動，等多種起動方式，可通過通訊總線實現(xiàn)主站對電動機的遙控“起/停"。

■ 可選抗晃電功能：支持晃電立即再啟動、失壓重起動。

■ 標配2路MODBUS_RTU通訊，有PROFIBUS DPV1、以太網(wǎng)、PROFINET通訊模塊供選配。

■ 可選配2路DC4-20mA模擬量輸出接口，與DCS系統(tǒng)相接，可實現(xiàn)對現(xiàn)場設備的監(jiān)控。

■ 具有故障記錄、起動記錄、停車記錄、DI變位記錄和再起動記錄等各類事件記錄，可查看多項電機運維信息，同時可記錄電機運行1-5小時運行記錄。

■ 顯示界面支持中/英文顯示。

■ 支持U盤導出波形記錄與事件記錄數(shù)據(jù)，可使用EXCEL打開導出事件記錄文件。

■ 選配彩色液晶顯示時可加配WIFI功能，通過手機或電腦連接該WIFI查看、設置電機保護器相關數(shù)據(jù)。

五、結束語

在發(fā)電廠低壓電動機保護和監(jiān)控系統(tǒng)中采用ARD3M系列電動機保護器，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)一。并且，隨著技術的不斷發(fā)展，ARD3M系列電動機保護器在發(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。

參考文獻：

[1] 滿連善.低壓電動機保護在火力發(fā)電廠的應用.電子技術與軟件工程.2014(2)

[2] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.01版.

[3] GB 14048.4-2020 低壓開關設備和控制設備 第4-1部分：接觸器和電動機起動器 機電式接觸器和電動機起動器(含電動機保護器).