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中壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)專用互感器 AKH-L零序電流互感器 AKH-0.66Z三相電流互感器 AKH-0.66K開(kāi)口電流互感器 AKH-0.66G計(jì)量電流互感器 AKH-0.66測(cè)量型電流互感器 AKH-0.66P保護(hù)電流互感器 AKH-0.66L剩余電流互感器 AKH-0.66M8直接接互感器 AKH-0.66J澆注計(jì)量互感器 AKH-0.66H戶外電流互感器 AKH-0.66φ卡式電流互感器 ARU系列浪涌保護(hù)器 JDG-0.4電壓互感器 AKH-0.66W微型電流互感器 AKH-0.66D導(dǎo)軌電流互感器 AKH-0.66SM雙繞組傳感器 BD系列電力變送器 BM系列模擬信號(hào)隔離器 BA系列交流電流傳感器 霍爾傳感器
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面板式數(shù)顯表 高精度計(jì)量表 直流檢測(cè)儀表 多用戶電能表 交流多回路電力儀表 DJSF1352系列直流電能表 Acrel Cloud-3100宿舍預(yù)付費(fèi)管控云平臺(tái) ADM130 宿舍用電管理終端 DDS/DTS/DTZ系列計(jì)量表 ADF300多用戶計(jì)量箱 DDSY/DTSY系列預(yù)付費(fèi)表 ADW系列變電所環(huán)境監(jiān)測(cè)智能電力儀表 AWT100無(wú)線通信終端 adw350網(wǎng)絡(luò)電力儀表 APM網(wǎng)絡(luò)電力儀表 鐵塔基站電表 DTSY預(yù)付費(fèi)電表 AEM96嵌入電能計(jì)量裝置 ACR網(wǎng)絡(luò)電力儀表 單相導(dǎo)軌電表 三相網(wǎng)絡(luò)電力儀表 多用戶計(jì)量箱 AEW100無(wú)線計(jì)量模塊
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
閱讀：863 發(fā)布時(shí)間：2021-5-28
摘 要：簡(jiǎn)要分析了電動(dòng)機(jī)保護(hù)與控制的特征及關(guān)鍵技術(shù)，介紹了一種集測(cè)量、診斷、保護(hù)、控制和總線通信于一體的智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置及其在智能變配電網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用
關(guān)鍵詞:電動(dòng)機(jī)；保護(hù)與控制；智能
0 引言
計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展、互相滲透與有機(jī)結(jié)合，使信息技術(shù)得到了高速發(fā)展，并將人類社會(huì)帶進(jìn)信息社會(huì)。2003年，美國(guó)電科院首先提出《智能電網(wǎng)研究框架》后，隨之掀起了一股智能電網(wǎng)熱潮。2009年3月，國(guó)家電網(wǎng)公司提出了“建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”，拉開(kāi)了中國(guó)智能電網(wǎng)建設(shè)的序幕。
1 智能變配電系統(tǒng)介紹
1.1 智能電網(wǎng)
智能電網(wǎng)的研究依然處于起始階段，至今還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的定義。目前，初步形成的智能電網(wǎng)的基本概念是：以物理電網(wǎng)為基礎(chǔ)，將的傳感測(cè)量技術(shù)、通信技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和決策支持系統(tǒng)技術(shù)與物理電網(wǎng)高度集成而形成的新型電網(wǎng)，其目標(biāo)在于使電網(wǎng)更加安全、可靠、經(jīng)濟(jì)與環(huán)保。智能電網(wǎng)的總體特征如圖1所示。
圖1 智能電網(wǎng)總體特征
智能電網(wǎng)建設(shè)將帶動(dòng)信息化平臺(tái)、調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、電網(wǎng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)、柔性交流輸電、變電站自動(dòng)化系統(tǒng)、微機(jī)綜合繼電保護(hù)系統(tǒng)、配電自動(dòng)化系統(tǒng)、用電管理采集系統(tǒng)和智能電器的市場(chǎng)需求。
1.2 智能變配電系統(tǒng)
80%以上的電能是通過(guò)用戶端配電網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)接脩舨⒃诮K端用電設(shè)備上消耗的，變配電網(wǎng)絡(luò)是構(gòu)建堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的重要組成部分，這就對(duì)配電系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性及其智能化管理提出了更高的要求。利用現(xiàn)代電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將電力設(shè)備正常及事故情況下監(jiān)測(cè)、保護(hù)、控制、電力計(jì)量同工廠集散控制系統(tǒng)DCS、PLC、企業(yè)資源計(jì)劃管理融合一起，達(dá)到高層次、高透明度良好管理，已成為一種必然趨勢(shì)和發(fā)展方向。智能變配電系統(tǒng)的概念應(yīng)運(yùn)而生。
智能變配電系統(tǒng)由具有通信功能的智能化元件經(jīng)數(shù)字通信與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)變電站設(shè)備運(yùn)行管理的自動(dòng)化、智能化?？蓪?shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、數(shù)字通信、遠(yuǎn)程操作與程序控制、保護(hù)定值管理、事件記錄與告警、故障分析、各類報(bào)表及設(shè)備維護(hù)信息管理等功能。其基本構(gòu)架如圖2所示。由于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用，系統(tǒng)中智能化元件可不依賴計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)而獨(dú)立運(yùn)行，提高系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)性和可靠性，滿足電氣設(shè)備運(yùn)行管理的需要及工廠生產(chǎn)過(guò)程控制的要求。
圖2 智能變配電網(wǎng)絡(luò)典型架構(gòu)
2 電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置概況及分析
在現(xiàn)代工業(yè)中，電動(dòng)機(jī)作為一種拖動(dòng)機(jī)械，成為所有動(dòng)力機(jī)械的基礎(chǔ)。電機(jī)的廣泛應(yīng)用，使電機(jī)（包括各種發(fā)電機(jī)和各類電機(jī)）保護(hù)控制裝置已滲透所有發(fā)電、供電、用電系統(tǒng)等領(lǐng)域，是智能電網(wǎng)用戶端的重要組成部分。近年來(lái)，我國(guó)電力建設(shè)正以超常速度發(fā)展，有資料顯示，從2005年至今，我國(guó)每年新增發(fā)電機(jī)裝機(jī)容量保持在9 000萬(wàn)kW以上，至2008年我國(guó)發(fā)電機(jī)容量已達(dá)到7.925億kW。預(yù)測(cè)2015年為12.80億kW。然而，惡劣的使用環(huán)境和復(fù)雜的工況條件以及多變的供電狀態(tài)，使電動(dòng)機(jī)容易發(fā)生故障。據(jù)不*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(wàn)kW·h，電動(dòng)機(jī)燒毀的數(shù)量達(dá)20萬(wàn)臺(tái)次以上，容量約0.4億kW，因維修損耗的電磁線約5 000萬(wàn)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(wú)法估量的巨大數(shù)目。因此，超前、準(zhǔn)確、及時(shí)地判斷電動(dòng)機(jī)的故障，并對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行相應(yīng)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。電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置成為節(jié)能降耗和自動(dòng)化保護(hù)控制系統(tǒng)*的重要裝置，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和節(jié)約能源事業(yè)中有著不可替代的重要地位和作用。
2.1 電動(dòng)機(jī)保護(hù)現(xiàn)狀
目前，我國(guó)電機(jī)保護(hù)控制技術(shù)水平與國(guó)家相比還有一定差距，主要體現(xiàn)在技術(shù)含量低、品種和功能少、參數(shù)精度低、生產(chǎn)工藝落后、產(chǎn)品未形成系列化，普及應(yīng)用程度低等方面。因此，盡快提高我國(guó)電機(jī)保護(hù)控制科技水平已刻不容緩。隨著微電子技術(shù)與微處理器技術(shù)的發(fā)展以及現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，電動(dòng)機(jī)保護(hù)器正朝著智能化、綜合化、高精度、高可靠性方向發(fā)展。
我國(guó)的電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置經(jīng)歷了仿蘇、自行設(shè)計(jì)、更新?lián)Q代、引進(jìn)技術(shù)、智能化發(fā)展等幾個(gè)階段。從機(jī)械式的雙金屬熱繼電器發(fā)展到雙金屬溫度開(kāi)關(guān)和電子式保護(hù)控制等。值得一提的是近年來(lái)微處理器技術(shù)的發(fā)展，給電動(dòng)機(jī)保護(hù)器向智能化、多功能化方向發(fā)展提供了硬件平臺(tái)，使得電機(jī)保護(hù)進(jìn)入了一個(gè)飛速發(fā)展的階段。
2.2 電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置的發(fā)展
傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置的檢測(cè)和保護(hù)功能多由熱繼電器和電磁元件完成，其保護(hù)靈敏度低、動(dòng)作時(shí)間誤差大、保護(hù)精度低、整定困難，已經(jīng)難以滿足人們對(duì)電動(dòng)機(jī)保護(hù)可靠性越來(lái)越高的要求。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和工藝控制的不斷完善，尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)的要求，迫切需要開(kāi)發(fā)和完善電動(dòng)機(jī)的調(diào)速、控制和保護(hù)設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程和大型機(jī)械的遙控、遙測(cè)、遙調(diào)、故障診斷以及集中控制等功能。近年來(lái)，電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制理論研究和新技術(shù)應(yīng)用等方面都取得了突破。
新理論的研究：通過(guò)故障建模和仿真計(jì)算，并引入序分量、諧波分量、阻抗量、相位量、突破量等多種對(duì)電機(jī)故障敏感的檢測(cè)量作判據(jù)和小波分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)進(jìn)入電機(jī)保護(hù)控制領(lǐng)域，不但大大提高了保護(hù)控制裝置的靈感度和精度，而且對(duì)輕微故障的監(jiān)測(cè)和保護(hù)方面的理論研究都取得了突破性進(jìn)展。新技術(shù)的應(yīng)用：利用新的理論和各種傳感器（包括紅外線、高頻電磁波、振動(dòng)、位移、電、熱、機(jī)械、光聲等）對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行判斷、分類、確定故障類型和嚴(yán)重程度，實(shí)現(xiàn)各種電動(dòng)機(jī)的保護(hù)控制功能。
3 電動(dòng)機(jī)保護(hù)原理
電動(dòng)機(jī)保護(hù)器是為了防止非正常情況損壞電動(dòng)機(jī)而設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置。主要用于操作電動(dòng)機(jī)控制回路中的接觸器，通過(guò)輸出繼電器控制交流接觸器以起動(dòng)電動(dòng)機(jī)和將電動(dòng)機(jī)加速到額定轉(zhuǎn)速，保證電動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行，對(duì)電動(dòng)機(jī)及其有關(guān)電路的過(guò)載等多種非正常運(yùn)行情況引起的危害予以保護(hù)，以及切斷電動(dòng)機(jī)的電源。
3.1 電動(dòng)機(jī)故障分析
電動(dòng)機(jī)的故障種類可分為外部故障和內(nèi)部故障，其故障形式主要為繞組損壞和軸承損壞兩方面。常規(guī)的外部故障保護(hù)無(wú)論從理論上還是從診斷與保護(hù)的實(shí)現(xiàn)方法上都相對(duì)完善。對(duì)稱故障主要包括過(guò)載、堵轉(zhuǎn)等，這類故障對(duì)電動(dòng)機(jī)的影響主要是電流變大而引起的熱效應(yīng)的積聚。電動(dòng)機(jī)發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí)，通常不會(huì)發(fā)生顯著的過(guò)流現(xiàn)象，過(guò)負(fù)荷保護(hù)不能及時(shí)動(dòng)作。這類故障包括斷相、不平衡運(yùn)行、接地故障等。會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)端部發(fā)熱、轉(zhuǎn)子振動(dòng)、減小起動(dòng)力矩等一系列問(wèn)題。
3.2 電動(dòng)機(jī)常規(guī)保護(hù)
國(guó)內(nèi)關(guān)于電動(dòng)機(jī)保護(hù)一般采用熱繼電器或電磁式的過(guò)電流保護(hù)，大型電動(dòng)機(jī)會(huì)配置零序電流保護(hù)，個(gè)別的還會(huì)采用差動(dòng)保護(hù)。過(guò)電流保護(hù)的原理主要是以定子電流幅值的增加作為故障判據(jù)，根據(jù)對(duì)稱分量原理，這種方式只能反應(yīng)對(duì)稱故障，而對(duì)斷相、接地、不平衡運(yùn)行等不對(duì)稱故障不能及時(shí)有效的保護(hù)。常規(guī)過(guò)電流保護(hù)不能有效保護(hù)不對(duì)稱故障的原因主要有兩個(gè)方面：一是各種不對(duì)稱故障發(fā)生時(shí)不一定出現(xiàn)明顯的過(guò)電流；二是不對(duì)稱故障對(duì)電動(dòng)機(jī)的危害不僅僅表現(xiàn)在過(guò)流引起的過(guò)熱效應(yīng)，更主要的是負(fù)序電流效應(yīng)。雖然電動(dòng)機(jī)常規(guī)保護(hù)方式存在許多嚴(yán)重缺陷，但目前仍是電動(dòng)機(jī)保護(hù)的主體。
3.3 基于對(duì)稱向量法的電動(dòng)機(jī)保護(hù)
根據(jù)對(duì)稱分量原理，電動(dòng)機(jī)在發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí)，其定子電流可以分解為正序、負(fù)序和零序分量，其中正序分量可以反映電動(dòng)機(jī)過(guò)流程度，負(fù)序分量和零序分量在電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)沒(méi)有或很小。因此利用電流中的負(fù)序和零序分量的檢測(cè)來(lái)鑒別各類不對(duì)稱故障具有很高的靈敏度和可靠性。電動(dòng)機(jī)常見(jiàn)故障信息分析結(jié)果見(jiàn)表1。
表1 電動(dòng)機(jī)常見(jiàn)故障特征分布
根據(jù)以上分析可知，若以過(guò)流信息發(fā)映對(duì)稱故障，以負(fù)序和零序電流反映各類不對(duì)稱故障，可構(gòu)成對(duì)電動(dòng)機(jī)的保護(hù)。
3.4 過(guò)負(fù)荷保護(hù)
電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間過(guò)負(fù)荷或短時(shí)間連續(xù)續(xù)起動(dòng)而造成電動(dòng)機(jī)過(guò)熱，絕緣老化，是損壞電動(dòng)機(jī)的常見(jiàn)原因。電動(dòng)機(jī)的過(guò)負(fù)荷會(huì)導(dǎo)致過(guò)熱，但在低倍過(guò)負(fù)荷情況下又允許運(yùn)行一定時(shí)間，所以電動(dòng)機(jī)的過(guò)負(fù)荷保護(hù)特性是反時(shí)限特性。電動(dòng)機(jī)過(guò)負(fù)荷的過(guò)程就是電動(dòng)機(jī)的熱累積過(guò)程，其根本的判斷依據(jù)是電機(jī)繞組溫度是否超過(guò)其絕緣等級(jí)溫度。
電動(dòng)機(jī)發(fā)熱和散熱過(guò)程比較復(fù)雜，它與固定損耗及可變損耗等多種因素有關(guān)。根據(jù)對(duì)電動(dòng)機(jī)發(fā)熱過(guò)程的分析，其熱態(tài)平衡微分方程為：
由上式解得，在初始條件下，
電動(dòng)機(jī)在某一時(shí)刻的溫升由下式?jīng)Q定：
電動(dòng)機(jī)在某一時(shí)刻的溫升由下式?jīng)Q定：
式2表明，熱過(guò)渡過(guò)程包括兩個(gè)分量，一個(gè)是強(qiáng)制分量 ，它是過(guò)渡過(guò)程結(jié)束時(shí)的溫態(tài)值，另一個(gè)是自由分量 ，它按指數(shù)規(guī)律衰減至零。電動(dòng)機(jī)過(guò)負(fù)荷情況下的熱累積過(guò)程，應(yīng)采用模擬電動(dòng)機(jī)發(fā)熱曲線的方法，并針對(duì)不同的脫扣級(jí)別采用不同的發(fā)熱曲線。以RMD2電動(dòng)機(jī)保護(hù)器為例，針對(duì)過(guò)負(fù)荷保護(hù)，RMD2共提供16條過(guò)負(fù)荷曲線，與不同啟動(dòng)時(shí)間的負(fù)載類型相對(duì)應(yīng)。
3.5 其他保護(hù)
由于供電狀態(tài)的多變性，系統(tǒng)電源電壓很難保證恒定，容易出現(xiàn)電壓瞬間跌落等非正常情況。如果電動(dòng)機(jī)在系統(tǒng)電壓低于額定電壓一定程度時(shí)啟動(dòng)，則難以提升到額定轉(zhuǎn)速。當(dāng)電源電壓降低或短時(shí)中斷時(shí)，一些不允許或不需要自起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，須從電力網(wǎng)中斷開(kāi)。另一方面，如果電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載運(yùn)行時(shí)，電源電壓升高，則電動(dòng)機(jī)電流降低，但鐵損和銅損變大，會(huì)引起電動(dòng)機(jī)溫度上升。因此，針對(duì)電源電壓的變化，可以配置電壓保護(hù)。
另外，當(dāng)電動(dòng)機(jī)發(fā)生短路故障時(shí)，會(huì)引起母線電壓瞬間大幅度下降，此時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速一時(shí)無(wú)法降低，電動(dòng)機(jī)將轉(zhuǎn)為發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，向短路點(diǎn)送出逆功率，從而對(duì)系統(tǒng)造成危害。針對(duì)這種情況，可采用逆功率保護(hù)，當(dāng)檢測(cè)到送往電動(dòng)機(jī)的功率方向與正常情況相反時(shí)，逆功率保護(hù)起動(dòng)。其他諸如溫度保護(hù)等，和電流保護(hù)、電壓保護(hù)以及逆功率保護(hù)一起構(gòu)成了智能型微機(jī)綜合保護(hù)方案。
4 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)多臺(tái)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(jiǎn)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(lái)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(lái)，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。
4.1 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(kāi)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(guò)信號(hào)采樣調(diào)理電路濾波、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)行真有效值計(jì)算，通過(guò)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(kāi)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(jiàn)圖4。
圖4 系統(tǒng)構(gòu)成原理
4.2 功能特點(diǎn)
4.2.1 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(lái)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(guò)鍵盤由用戶在現(xiàn)場(chǎng)自行整定，消除了調(diào)整誤差。微電子技術(shù)與微處理器技術(shù)的合理應(yīng)用，改善了傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置存在的重復(fù)性能差、大電流過(guò)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。
4.2.2 控制功能
RMD2系列電動(dòng)機(jī)保護(hù)器通過(guò)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。
4.2.3 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(guò)程中發(fā)生的過(guò)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(guò)電壓、欠功率、逆相、起動(dòng)超時(shí)、外部故障、過(guò)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(lái)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。
4.2.4 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(lái)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(guò)標(biāo)準(zhǔn)屏蔽雙絞線連接起來(lái)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。
4.2.5 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。
5 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(kāi)，見(jiàn)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
5.1 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(lái)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(lái)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(lái)斷開(kāi)回路防止過(guò)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(lái)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(lái)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。
5.2 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(guò)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(wú)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(shuō)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
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(guò)程中出現(xiàn)的過(guò)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
技術(shù)參數(shù) | 技術(shù)指標(biāo) | |||
ARD2(L) | ARD2F | ARD3 | ||
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/ 3A | AC250V/ 6A | ||
開(kāi)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) | |||
6.2.2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(kāi)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(kāi)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(wú)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) | ||
6.3 產(chǎn)品選型
說(shuō)明：“√”表示具備，“■”表示可選。
7 結(jié)語(yǔ)
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(guó)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
參考文獻(xiàn)
[1] 李海兵 ．電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置及其在智能變配電網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用
[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2020.06版