摘要:隨著工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展,我國(guó)的火力發(fā)電裝機(jī)容量溫度提升,電動(dòng)機(jī)在火力發(fā)電廠中的應(yīng)用也更加廣泛。傳統(tǒng)的低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)是通過(guò)繼電保護(hù)二次回路實(shí)現(xiàn),隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展,出現(xiàn)了一些對(duì)電路起全面保護(hù)的電動(dòng)機(jī)保護(hù)器,智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置逐步取代傳統(tǒng)熱繼電器成為電動(dòng)機(jī)保護(hù)。本文將根據(jù)電廠輔助控制設(shè)備的電機(jī)保護(hù)的特點(diǎn)及其控制要求,結(jié)合ARD3M系列電動(dòng)機(jī)保護(hù)器在發(fā)電廠低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制中的應(yīng)用,綜合介紹ARD3M系列電動(dòng)機(jī)保護(hù)器產(chǎn)品的特點(diǎn)及其智能化保護(hù)、測(cè)量、控制和通訊等,供工程設(shè)計(jì)中參考。
關(guān)鍵詞:電動(dòng)機(jī)保護(hù)、智能化、火力發(fā)電
一、概述:
電力的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用掀起了第二次工業(yè)革命的高潮,在當(dāng)今工業(yè)繁榮發(fā)展的中國(guó),電力已經(jīng)成為了關(guān)系國(guó)計(jì)民生的命脈。改革開(kāi)放以來(lái),國(guó)家投入了大量的人力物力進(jìn)行電力建設(shè),我國(guó)的年發(fā)電量每年一個(gè)臺(tái)階,飛速增長(zhǎng),而火力發(fā)電又在其中扮演了重要角色。2022年上半年,我國(guó)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(duì)。
同時(shí)隨著工業(yè)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,我國(guó)發(fā)電廠電機(jī)設(shè)備的使用量逐步增多,促使電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)揮成為了其他的設(shè)備能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)的前提條件,因此能夠合理選擇和使用電動(dòng)機(jī)保護(hù)器是對(duì)正常的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)工作負(fù)責(zé)的表現(xiàn),只有在電動(dòng)機(jī)正常發(fā)揮其功能的基礎(chǔ)上,才能夠保證整個(gè)行業(yè)的工作流程不會(huì)受到干擾,可以正常運(yùn)行。在火力發(fā)電廠中,低壓電動(dòng)機(jī)的控制原理和應(yīng)用情況在火力發(fā)電廠中一直是一項(xiàng)技術(shù)難題。
在電廠電機(jī)設(shè)備的保護(hù)設(shè)計(jì)中,低壓電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用及保護(hù)配置可采用多種方案進(jìn)行設(shè)計(jì),對(duì)于過(guò)去采用熱繼電器、斷路器(或熔斷器)作為電動(dòng)機(jī)過(guò)負(fù)荷保護(hù)、斷相保護(hù)、短路保護(hù)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(wú)法滿足日益發(fā)展的電廠設(shè)備自動(dòng)化生產(chǎn)的要求,而新型智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器可實(shí)現(xiàn)重載起動(dòng),實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的溫度保護(hù),還提供多種測(cè)控功能和多種電動(dòng)機(jī)控制模式,能夠滿足對(duì)電動(dòng)機(jī)的保護(hù)控制要求,有效地保障了電機(jī)的安全運(yùn)行。本文以ARD3M系列電動(dòng)機(jī)保護(hù)器在發(fā)電廠中的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行具體介紹。
二、電廠對(duì)電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的功能要求
在我國(guó)電廠行業(yè)中,電動(dòng)機(jī)是應(yīng)用是非常廣泛的,各類風(fēng)機(jī)、水泵、空壓機(jī)、提升機(jī)、輸送泵等電機(jī)設(shè)備種類繁多。同時(shí),發(fā)電廠電動(dòng)機(jī)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(zhǎng)期過(guò)載運(yùn)行等故障,所以保護(hù)器要能夠?qū)υ趷毫迎h(huán)境中工作的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)保護(hù)、控制,保證發(fā)電廠電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行。
根據(jù)《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》(DL/T 5153-2002),低壓廠用電動(dòng)機(jī)應(yīng)裝設(shè)相間短路保護(hù)、單相接地保護(hù)(或者單相接地短路保護(hù))、過(guò)負(fù)荷保護(hù)、低電壓保護(hù)、斷相保護(hù)[4]。因此,電廠項(xiàng)目需要電壓、電流全電量參數(shù)測(cè)量,并且?guī)ㄓ嵐δ?,保護(hù)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(shí)現(xiàn)完善的電機(jī)保護(hù)功能
保護(hù)器通過(guò)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(dòng)機(jī)功率、電能等電量參數(shù),以及電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等信號(hào),經(jīng)保護(hù)器內(nèi)部處理運(yùn)算,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)超時(shí)、過(guò)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(guò)壓、欠壓、欠功率、過(guò)功率、tE時(shí)間等全面綜合保護(hù),進(jìn)而保證發(fā)電廠生產(chǎn)工作的安全連續(xù)運(yùn)行。
2、實(shí)現(xiàn)多種電動(dòng)機(jī)控制方式
ARD3M智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器可以實(shí)現(xiàn)多種不同的電動(dòng)機(jī)起動(dòng)控制,采用保護(hù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)的操作控制權(quán)限包括:1)RS-485通訊接口實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制;2)通過(guò)顯示模塊上的按鍵進(jìn)行操作控制;3)通過(guò)DCS系統(tǒng)控制DI端子實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制;4)DI端子現(xiàn)場(chǎng)就地控制。同時(shí)可通過(guò)可編程設(shè)置實(shí)現(xiàn)多種控制位置之間的切換、復(fù)雜的工藝聯(lián)鎖控制等,滿足當(dāng)前電廠中復(fù)雜、靈活的控制要求,有效減少了中間繼電器、時(shí)間繼電器等硬接線。
3、實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行
電廠通過(guò)保護(hù)器能夠?qū)崟r(shí)觀察現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)機(jī)設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中的電壓、電流、功率、電能、頻率等參數(shù)以及電動(dòng)機(jī)當(dāng)前的運(yùn)行狀況,操作顯示模塊上的按鍵設(shè)置電廠電動(dòng)機(jī)設(shè)備的起動(dòng)方式(可選擇手步啟動(dòng)、兩步啟動(dòng)、雙速啟動(dòng)和保護(hù)方式)和保護(hù)參數(shù),顯示模塊上的指示燈直觀的顯示電機(jī)的運(yùn)行、故障狀態(tài)。
4、實(shí)現(xiàn)通訊功能
ARD3M系列電動(dòng)機(jī)保護(hù)器標(biāo)配2路RS-485通訊接口,滿足最常規(guī)的Modbus-RTU通訊。同時(shí)考慮到電廠對(duì)于控制和故障反饋的時(shí)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(shí)間內(nèi)發(fā)送給后臺(tái)管理系統(tǒng)并對(duì)故障信息發(fā)出報(bào)警信號(hào),使操作人員能夠第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)故障原因并及時(shí)排除故障,實(shí)現(xiàn)電廠電動(dòng)機(jī)設(shè)備的數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸功能。
ARD3M系列電動(dòng)機(jī)保護(hù)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、顯示模塊和選配的通訊模塊,并可根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用選配ARD3M系列電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的其他功能模塊和附件。通過(guò)采用ARD3M系列電動(dòng)機(jī)保護(hù)器安裝在低壓開(kāi)關(guān)柜,與轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、接觸器、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器等電器元件構(gòu)成電動(dòng)機(jī)控制保護(hù)單元,實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程自動(dòng)控制、現(xiàn)場(chǎng)直接控制、液晶界面參數(shù)指示、信號(hào)報(bào)警、現(xiàn)場(chǎng)總線通信等功能,提高了整個(gè)控制回路的可靠性和穩(wěn)定性的同時(shí)降低了操作人員現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維護(hù)工作量。通過(guò)選配抗晃電模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)電路的抗晃電和自起動(dòng),當(dāng)ARD3M系列電動(dòng)機(jī)保護(hù)器輔助電源斷電時(shí),可以向保護(hù)器持續(xù)供電,當(dāng)電壓恢復(fù)即可實(shí)現(xiàn)延時(shí)重啟動(dòng)來(lái)抵御晃電對(duì)生產(chǎn)帶來(lái)的不利影響。
三、 ARD3M電動(dòng)機(jī)保護(hù)器在電廠低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)中的應(yīng)用及效果
隨著電廠DCS系統(tǒng)的大規(guī)模推廣應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)機(jī)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)集中監(jiān)控已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化控制的關(guān)鍵點(diǎn)之一,圖1為ARD3M系列電動(dòng)機(jī)保護(hù)器在電廠應(yīng)用中的現(xiàn)場(chǎng)總線布局。ARD3M系列電動(dòng)機(jī)保護(hù)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(chǎng)的電動(dòng)機(jī)的三相交流電壓、零序電流、熱電阻值、電動(dòng)機(jī)電能以及狀態(tài)監(jiān)控信息,并匯集到現(xiàn)場(chǎng)總線,操作人員可通過(guò)上位機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行情況,實(shí)現(xiàn)運(yùn)行人員操作界面的DCS遠(yuǎn)程操控[5]。
圖1 ARD3M系列電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的現(xiàn)場(chǎng)總線布局
對(duì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行實(shí)施保護(hù)以及保證電動(dòng)機(jī)能夠連續(xù)不間斷的運(yùn)行對(duì)于生產(chǎn)是至關(guān)重要的,電廠選用ARD3M系列電動(dòng)機(jī)保護(hù)器后帶來(lái)的好處有:
1、組網(wǎng)靈活性高,便于控制
電廠中電動(dòng)機(jī)保護(hù)器與配電產(chǎn)品的應(yīng)用有著相同的比重,在實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)的工作過(guò)程中,它們是密不可分的。ARD3M系列電動(dòng)機(jī)保護(hù)器提供了RS-485通訊接口,并且實(shí)現(xiàn)多種協(xié)議的選擇(Modbus-RTU/Profibus-DP),通過(guò)RS-485與上位機(jī)之間的通信,能夠方便工程師通過(guò)計(jì)算機(jī)后臺(tái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制和在線監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行狀況等。
2、實(shí)時(shí)顯示參數(shù),方便現(xiàn)場(chǎng)巡檢
ARD3M系列電動(dòng)機(jī)保護(hù)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(guò)液晶界面即可實(shí)時(shí)觀察當(dāng)前電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài),便于用戶對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)機(jī)的維護(hù)和控制。
3、節(jié)能降耗
電動(dòng)機(jī)保護(hù)器在節(jié)能降耗方面的作用開(kāi)始為大家所重視,ARD3M系列電動(dòng)機(jī)保護(hù)器可以在電動(dòng)機(jī)設(shè)備處于欠載等運(yùn)行狀態(tài)時(shí)做自動(dòng)停機(jī),有效的避免了能源的浪費(fèi),為企業(yè)節(jié)省資金。
4、信息集中化
用戶可通過(guò)通訊模塊實(shí)現(xiàn)在后臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中各個(gè)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀況,隨時(shí)觀察設(shè)備的運(yùn)行參數(shù),如:電動(dòng)機(jī)電流、電壓、電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀況、電動(dòng)機(jī)電能等參數(shù),通過(guò)分析采集到的信息,用戶可以對(duì)各個(gè)設(shè)備的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)處理,提高了整個(gè)控制系統(tǒng)的安全性、可靠性。
5、智能化自控保護(hù)
ARD3M系列電動(dòng)機(jī)保護(hù)器使用靈活,報(bào)警和保護(hù)參數(shù)可以通過(guò)軟件根據(jù)電廠電動(dòng)機(jī)設(shè)備實(shí)際運(yùn)行條件預(yù)設(shè)不同的值,避免因過(guò)度保護(hù)影響實(shí)際生產(chǎn)。用戶在選用ARD3M系列電動(dòng)機(jī)保護(hù)器后,一旦現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障,保護(hù)器及時(shí)控制電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行,并對(duì)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(dòng)或者短時(shí)斷電又恢復(fù),帶抗晃電功能時(shí)可使電動(dòng)機(jī)保護(hù)器重新起動(dòng)。
6、記錄電機(jī)故障信息,便于現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題分析
在發(fā)電廠工作的電動(dòng)機(jī)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,一旦發(fā)生故障,檢修人員也很難第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)故障原因,并且需要一定的時(shí)間、人力和物力才能分析故障原因。ARD3M系列電動(dòng)機(jī)保護(hù)器有強(qiáng)大的故障和事件記錄、運(yùn)行管理信息為現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員節(jié)省了大量的時(shí)間,提高了維修人員的工作效率,進(jìn)一步提高了整個(gè)控制回路的性能。
四、ARD3M系列電動(dòng)機(jī)保護(hù)器產(chǎn)品介紹
1、產(chǎn)品概述
ARD3M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),適用于額定電壓至660V的低壓電動(dòng)機(jī)回路,集保護(hù)、測(cè)量、控制、通訊、運(yùn)維于一體。其完善的保護(hù)功能確保電動(dòng)機(jī)安全運(yùn)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(yīng)現(xiàn)場(chǎng)通訊需求。
該產(chǎn)品采用分體式結(jié)構(gòu),由主體、顯示單元、互感器和選配的通訊模塊組成,可適應(yīng)各種柜體的安裝。
2、技術(shù)參數(shù)
3、產(chǎn)品特點(diǎn)
■ 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(cè)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(fù)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(cè)量,分次諧波含有率及總諧波畸變率。
■ 保護(hù)功能包括過(guò)載反時(shí)限、過(guò)載定時(shí)限、接地、起動(dòng)超時(shí)、漏電、欠載、斷相、堵轉(zhuǎn)、阻塞、短路、溢出、不平衡(電流、電壓)、過(guò)功率、欠功率、過(guò)壓、欠壓、相序、溫度、tE時(shí)間、外部故障、起動(dòng)次數(shù)限制、運(yùn)行時(shí)間報(bào)警、故障次數(shù)報(bào)警。
■ 10路可編程DI輸入,默認(rèn)采用內(nèi)置DC24V電源,也可選擇外部有源濕接點(diǎn)(詳見(jiàn)選型表格)。
■ 6路可編程DO輸出,滿足直接起動(dòng),星—三角起動(dòng),自耦變壓器起動(dòng),等多種起動(dòng)方式,可通過(guò)通訊總線實(shí)現(xiàn)主站對(duì)電動(dòng)機(jī)的遙控“起/?!?。
■ 可選抗晃電功能:支持晃電立即再啟動(dòng)、失壓重起動(dòng)。
■ 標(biāo)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(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的監(jiān)控。
■ 具有故障記錄、起動(dòng)記錄、停車記錄、DI變位記錄和再起動(dòng)記錄等各類事件記錄,可查看多項(xiàng)電機(jī)運(yùn)維信息,同時(shí)可記錄電機(jī)運(yùn)行1-5小時(shí)運(yùn)行記錄。
■ 顯示界面支持中/英文顯示。
■ 支持U盤導(dǎo)出波形記錄與事件記錄數(shù)據(jù),可使用EXCEL打開(kāi)導(dǎo)出事件記錄文件。
■ 選配彩色液晶顯示時(shí)可加配WIFI功能,通過(guò)手機(jī)或電腦連接該WIFI查看、設(shè)置電機(jī)保護(hù)器相關(guān)數(shù)據(jù)。
五、結(jié)束語(yǔ)
在發(fā)電廠低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)和監(jiān)控系統(tǒng)中采用ARD3M系列電動(dòng)機(jī)保護(hù)器,在提高控制回路的自動(dòng)化水平和可靠性的同時(shí)也提高了企業(yè)的綜合效益,做到了可靠性和經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一。并且,隨著技術(shù)的不斷發(fā)展,ARD3M系列電動(dòng)機(jī)保護(hù)器在發(fā)電廠低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)及測(cè)控運(yùn)行過(guò)程中將起到越來(lái)越大的作用。
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