徐秋霞

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘 要：

低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器是整套工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)中的重要的核心器件，可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)過程中電動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)程系統(tǒng)監(jiān)控與控制的智能化管理，幫助用戶及

時(shí)了解電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀況，為電動(dòng)機(jī)設(shè)備狀態(tài)分析、負(fù)荷預(yù)測(cè)、電壓合格率和配電規(guī)劃等提供科學(xué)的依據(jù)。既可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化無人值班或少人值班的運(yùn)行模式，又能夠提高工業(yè)自動(dòng)化變配電系統(tǒng)的供電安全性、**性、可靠性和電能質(zhì)量以及變配電電氣火災(zāi)的預(yù)防，加強(qiáng)用電負(fù)荷控制和電能成本統(tǒng)計(jì)分析管理，具有良好的可靠性與實(shí)時(shí)性。做好低壓電動(dòng)機(jī)的保護(hù)與控制具有節(jié)能顯著、提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益及保證安全生產(chǎn)的重要意義。

關(guān)鍵詞:

電動(dòng)機(jī)保護(hù)器;低壓電動(dòng)機(jī)控制器 ;電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)

0 引言

        隨著電力自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，近年來工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)過程中對(duì)低壓配電系統(tǒng)的智能化應(yīng)用越來越多，為保證供配電的安全性、可靠性、連續(xù)性，提高低壓配電系統(tǒng)的工業(yè)自動(dòng)化管理水平，在工業(yè)控制自動(dòng)化系統(tǒng)中主要有MCC用電負(fù)荷和PC廠用電負(fù)荷線路，MCC電動(dòng)機(jī)控制作為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化企業(yè)能耗大的用電部分，MCC電動(dòng)機(jī)控制如果出現(xiàn)問題將影響整個(gè)工業(yè)自動(dòng)化控制效應(yīng)，嚴(yán)重時(shí)將影響整個(gè)工業(yè)化生產(chǎn)停止運(yùn)行，造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。由于工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化及各種自動(dòng)控制，順序控制設(shè)備的出現(xiàn)，要求低壓電動(dòng)機(jī)經(jīng)常運(yùn)行在頻繁的起動(dòng)、制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、間歇以及變負(fù)荷等方式，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行要求越來越高，運(yùn)行環(huán)境也越來越苛刻，同時(shí)由于電動(dòng)機(jī)與配套機(jī)械在一起，當(dāng)電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)，經(jīng)常波及生產(chǎn)系統(tǒng)，因此對(duì)電動(dòng)機(jī)實(shí)行有效的保護(hù)是保證工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)的一項(xiàng)重要任務(wù)。

1產(chǎn)品應(yīng)用

        低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器集成了電動(dòng)機(jī)的多種起動(dòng)控制方案，監(jiān)視電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、運(yùn)行以及故障異常時(shí)電動(dòng)機(jī)的電參數(shù)，利用微處理器的快速處理能力，結(jié)合具體的電動(dòng)機(jī)額定參數(shù)和用戶整定的時(shí)間以及限值參數(shù)對(duì)電動(dòng)機(jī)是否異常和故障類別進(jìn)行正確判斷和區(qū)別處理，確保工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)過程中電動(dòng)機(jī)的安全運(yùn)行，并通過測(cè)量窗口顯示、發(fā)光指示、信號(hào)輸出和通信總線等多種形式及時(shí)告之用戶，同時(shí)低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器的使用簡(jiǎn)化了工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)過程中傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)二次控制保護(hù)電路，提供了完善的電動(dòng)機(jī)控制和保護(hù)措施，作為智能化終端可實(shí)現(xiàn)基于多種總線方式的通信組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分散控制保護(hù)和集中管理。低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器的應(yīng)用縮短了工業(yè)自動(dòng)化工程周期，很大程度提高了設(shè)計(jì)與工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)過程中生產(chǎn)效率，同時(shí)降低了用戶現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維護(hù)工作量。

2產(chǎn)品研究

        低壓電動(dòng)機(jī)作為拖動(dòng)系統(tǒng)中的重要組成部分在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有舉足輕重的地位，它的使用幾乎滲透到了各行各業(yè)，是工業(yè)、農(nóng)業(yè)和國(guó)防建設(shè)以及人民生活正常進(jìn)行的重要保證，因而確保電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行就顯得十分重要，而在使用中造成電動(dòng)機(jī)燒毀甚至引發(fā)重大安全事故的事件屢見不鮮，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國(guó)每年僅因電動(dòng)機(jī)燒毀所消耗的電量就達(dá)數(shù)千萬kW·h，電動(dòng)機(jī)燒毀的數(shù)量達(dá)20萬臺(tái)次以上，容量約0.4億kW，因維修所耗的電磁線約5 000萬kg，修理費(fèi)達(dá)20億元，而因停工停產(chǎn)所造成的損失更是一個(gè)無法估量的巨大數(shù)目。因此做好電動(dòng)機(jī)的保護(hù)具有節(jié)能顯著、提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益及保證安全生產(chǎn)的重要意義。

目前低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器普遍是根據(jù)電流的大小來決定是否需要保護(hù)，這顯然沒有考慮到環(huán)境因素對(duì)電動(dòng)機(jī)的影響。電動(dòng)機(jī)是否需要保護(hù)其根本的判斷依據(jù)應(yīng)該是電動(dòng)機(jī)繞組溫度是否超過其絕緣等級(jí)，在相同電流的情況下，對(duì)于環(huán)境溫度高的電動(dòng)機(jī)其燒毀的可能性顯然要大于環(huán)境溫度低的電動(dòng)機(jī)，這說明單純通過電流的大小來判斷電動(dòng)機(jī)是否需要保護(hù)并不是十分科學(xué)的，不能達(dá)到對(duì)電動(dòng)機(jī)在各種環(huán)境下的完全保護(hù)。

同所有的產(chǎn)品一樣，低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器經(jīng)歷了由簡(jiǎn)單到復(fù)雜逐漸科學(xué)完善的發(fā)展過程，通過研發(fā)設(shè)計(jì)一款對(duì)低壓電動(dòng)機(jī)運(yùn)行、控制、管理于一體的智能型低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器，將激發(fā)生產(chǎn)工業(yè)控制智能化領(lǐng)域的工業(yè)革命。

3 國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)與產(chǎn)品現(xiàn)狀

3.1. 國(guó)外低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器特點(diǎn)

        目前國(guó)外低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器在技術(shù)上處于較高水平，主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

        1）電動(dòng)機(jī)全電量監(jiān)測(cè)，可編程邏輯IO，電動(dòng)機(jī)故障數(shù)據(jù)曲線分析。

        2）高速率、實(shí)時(shí)測(cè)量、總線化功能模塊。

        3）功能化、智能化、模塊化、實(shí)施有效的電動(dòng)機(jī)能效分析。

        但是現(xiàn)在國(guó)外的低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器產(chǎn)品功能技術(shù)并不規(guī)范，針對(duì)石化領(lǐng)域晃電（失壓）再起功能，生產(chǎn)過程控制的群起群停以及電動(dòng)機(jī)漏電預(yù)防等功能并不完善。

3.2. 國(guó)產(chǎn)低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器狀況

        國(guó)產(chǎn)低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器技術(shù)開發(fā)起步較晚，尤其是針對(duì)國(guó)內(nèi)各應(yīng)用領(lǐng)域?qū)δ芤蟮牟町?，部分保護(hù)功能要求并不明確，導(dǎo)致缺少低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器功能要求的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，近幾年注重吸收**相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)與管理經(jīng)驗(yàn)，強(qiáng)化自主開發(fā)，取得了新的技術(shù)成果，電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制方式與產(chǎn)品功能正邁進(jìn)一個(gè)新的技術(shù)階段，但產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)單一，并未形成對(duì)電動(dòng)機(jī)的智能化管理，導(dǎo)致無法實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的故障預(yù)警，智能化生產(chǎn)過程控制相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用，還不能滿足未來工業(yè)自動(dòng)化電動(dòng)機(jī)智能管理的需求。

4 產(chǎn)品設(shè)計(jì)

        在設(shè)計(jì)中，對(duì)低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器裝置需解決電動(dòng)機(jī)的智能化保護(hù)與控制、生產(chǎn)工藝過程控制、電動(dòng)機(jī)智能維護(hù)、電動(dòng)機(jī)運(yùn)行負(fù)荷分析、故障預(yù)警及分析等關(guān)鍵技術(shù)，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行以下內(nèi)容進(jìn)行研究。

4.1. 產(chǎn)品應(yīng)用設(shè)計(jì)

        低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器適用于保護(hù)交流50 Hz，額定工作電壓至660 V的各種額定電流的電動(dòng)機(jī)。對(duì)電動(dòng)機(jī)的短路、堵轉(zhuǎn)、過載、欠載、斷相/不平衡、接地/漏電、過/欠電壓、TE時(shí)間及外部故障等引起的危害予以保護(hù)，并具有測(cè)量、操作控制、診斷維護(hù)、報(bào)警輸出、模擬量輸出及網(wǎng)絡(luò)通信（遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)）等功能，滿足不同現(xiàn)場(chǎng)的需要。產(chǎn)品應(yīng)用設(shè)計(jì)圖如圖1所示。

圖1 產(chǎn)品應(yīng)用設(shè)計(jì)圖

4.2. 產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)

        低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器采用獨(dú)具匠心的軟硬件設(shè)計(jì)：硬件采用高性能ADSP具有強(qiáng)大的實(shí)時(shí)信號(hào)處理能力，主頻可達(dá)到400 MHz，同步采樣模－數(shù)轉(zhuǎn)換器，準(zhǔn)確度高，響應(yīng)快，同時(shí)采用大容量SDRAM儲(chǔ)存器，記錄故障發(fā)生時(shí)的電動(dòng)機(jī)狀態(tài)及數(shù)據(jù)，有效還原發(fā)生故障狀態(tài)數(shù)據(jù)，其運(yùn)行系統(tǒng)穩(wěn)定性好又滿足通信總線、系統(tǒng)管理和人機(jī)交互等軟件比較復(fù)雜的功能。

（1）硬件結(jié)構(gòu)圖

        低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器內(nèi)部原理框圖如圖2所示

圖2 低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器內(nèi)部原理框圖

（2）高標(biāo)準(zhǔn)的電磁兼容設(shè)計(jì)

        產(chǎn)品一般安裝于低壓開關(guān)柜及現(xiàn)場(chǎng)操作柜內(nèi)，應(yīng)用環(huán)境相對(duì)惡劣，產(chǎn)品要滿足小體積、

高抗干擾、－25～＋65 ℃及高海拔可連續(xù)運(yùn)行等條件。

        為達(dá)到上述要求，在整機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)以**和國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品的高電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)為目標(biāo)，產(chǎn)品的硬件電源部分采用高頻開關(guān)電源，使得裝置更加節(jié)能，更能適應(yīng)各種不同的電源電壓環(huán)境，CPU及A－D采樣的電壓基準(zhǔn)采用高穩(wěn)定度且具有溫度補(bǔ)償?shù)幕鶞?zhǔn)源，同時(shí)所有輸入、輸出信號(hào)均采用隔離器件，從交流輸入、產(chǎn)品電源、開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出以及通信接口等各個(gè)環(huán)節(jié)考慮電磁兼容設(shè)計(jì)及線路板合理布局，并采取多項(xiàng)電磁兼容保護(hù)措施。

        同時(shí)，產(chǎn)品在軟件中采用了多種抗干擾和容錯(cuò)技術(shù)，如交流采樣中的傅里葉快速濾波技術(shù)，開關(guān)量輸入的延時(shí)復(fù)選濾波技術(shù)等以提高整機(jī)的抗干擾能力。

5 產(chǎn)品關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用

        供配電系統(tǒng)的故障是不可避免的，電動(dòng)機(jī)的再起動(dòng)技術(shù)是對(duì)供配電系統(tǒng)故障后的補(bǔ)救措施之一，目的是進(jìn)一步提高供配電系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)機(jī)供電的可靠性，保證生產(chǎn)連續(xù)化，因此要求用于電動(dòng)機(jī)再起動(dòng)技術(shù)的元件及設(shè)備的可靠性非常高，否則電動(dòng)機(jī)再起動(dòng)技術(shù)就失去了應(yīng)有的價(jià)值。交流電動(dòng)機(jī)普遍采用交流接觸器作為起動(dòng)開關(guān)，其操作電源也取自供電電源，當(dāng)外部供電電源因短路、雷擊引起的晃電使電源瞬間消失時(shí)，交流接觸器則由于失去操作電源而斷開，即使外部電源瞬間又恢復(fù)供電，電動(dòng)機(jī)仍需人工干預(yù)才能恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。為應(yīng)對(duì)這種供電電源瞬時(shí)故障的一種高度智能化的新型電動(dòng)機(jī)失電壓再起動(dòng)裝置，通過對(duì)供配電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，能快速判斷是否符合再起動(dòng)條件，采用**的嵌入式技術(shù)設(shè)計(jì)，體積小、接線簡(jiǎn)單，可以根據(jù)需要設(shè)定不同的自起動(dòng)時(shí)間，滿足實(shí)際生產(chǎn)工序要求；采用性能優(yōu)異的低功耗微型單片機(jī)結(jié)合獨(dú)特的電源設(shè)計(jì)，當(dāng)外部供電電源瞬時(shí)消失時(shí)，有后備電池立即供電，對(duì)于大量集中使用小容量低壓電動(dòng)機(jī)的石化行業(yè)采用這一技術(shù)可以解決晃電帶來的生產(chǎn)實(shí)際問題，當(dāng)電網(wǎng)電壓**和斷電時(shí)間小于整定時(shí)間時(shí)，只要電網(wǎng)恢復(fù)正常，電動(dòng)機(jī)將自行恢復(fù)原運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。

        國(guó)內(nèi)某石化企業(yè)使用低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器主要應(yīng)用于保護(hù)型控制以及失電壓（晃電）再起動(dòng)功能，由于電網(wǎng)電壓波動(dòng)或雷擊造成電網(wǎng)電壓瞬時(shí)失電壓，直接影響整個(gè)工藝化連續(xù)生產(chǎn)控制，此項(xiàng)目應(yīng)用低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器產(chǎn)品數(shù)量達(dá)到500多臺(tái)，作為石油化工的企業(yè)，生產(chǎn)連續(xù)性是企業(yè)的要點(diǎn)，在經(jīng)歷多次電網(wǎng)晃電故障中，低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器在工藝自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)控制中發(fā)揮了重要作用，晃電時(shí)間達(dá)到了30 ms，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程中因電網(wǎng)電壓晃電停機(jī)的電動(dòng)機(jī)全部自動(dòng)再起或分批集中再起，避免因電網(wǎng)故障引起工藝停產(chǎn)事故，減小人工干預(yù)次數(shù)，更好地提高生產(chǎn)效率，失電壓（晃電）立即（分批）再起技術(shù)的應(yīng)用達(dá)到了滿意的效果。

6 安科瑞智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器介紹

6.1產(chǎn)品介紹

        智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器(以下簡(jiǎn)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。

6.2技術(shù)參數(shù)

6.2.1數(shù)字式電動(dòng)機(jī)保護(hù)器

6.2.2模塊式電動(dòng)機(jī)保護(hù)器

6.3 產(chǎn)品選型

                                                                                  說明：“√”表示具備，“■”表示可選。

7結(jié)語

        低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器的技術(shù)發(fā)展要跟蹤用戶應(yīng)用需求的不斷變化，也明示了今后產(chǎn)品技術(shù)的發(fā)展趨向。隨著**加大智能電網(wǎng)建設(shè)以及節(jié)能減排力度，傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)保護(hù)器已不能滿足現(xiàn)代化工業(yè)領(lǐng)域控制需要，低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器市場(chǎng)需求量逐漸增加。

        從工業(yè)控制應(yīng)用的低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器在未來發(fā)展趨勢(shì)來看，低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器不僅是保護(hù)、測(cè)量、控制于一體，應(yīng)該具有電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀況分析功能，作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行性能故障預(yù)

        警功能，顯示接近實(shí)時(shí)的運(yùn)行數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)曲線，通過數(shù)據(jù)信息，工作人員可及時(shí)進(jìn)行判斷并進(jìn)行相應(yīng)處理，這樣能輔助用戶實(shí)時(shí)了解電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率，掌控負(fù)荷能耗效率，用戶可參考分析報(bào)告進(jìn)行設(shè)備維護(hù)與檢修工作，有利于提高生產(chǎn)效率，提高電動(dòng)機(jī)保護(hù)器智能化和功能化，這也是低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器未來的發(fā)展趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

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[3]夏靈敏，劉永勝， 吳東波， 張 丹.低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器的研發(fā)及其應(yīng)用

[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2020.06版

作者簡(jiǎn)介：

徐秋霞，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)供配電，郵箱: 2885187315@qq.com，手機(jī)：18702110578（同微信），QQ:2885187315