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浅谈智能电动机控制保护装置在智能配电网络中的应用

2021-01-28 [160]
摘 要:简要分析了电动机保护与控制的特征及关键技术,介绍了一种集测量、诊断、保护、控制和总线通信于一体的智能型电动机保护装置及其在智能变配电网络中的应用
 
关键词:电动机;保护与控制;智能
 
引言
  计算机技术、通信技术和微电子技术的迅速发展、互相结合,使信息技术得到了高速发展,并将人类社会带进信息社会。2003年,美国电科院首先提出《智能电网研究框架》后,*随之掀起了一股智能电网热潮。2009年3月,国家电网公司提出了“建设坚强智能电网”,拉开了中国智能电网建设的序幕。

 

 

1智能型电动机保护装置

智能型电动机保护装置主要以单片机作为控制器,可实现电动机的智能化综合保护,有的还具有远程通讯功能,可在PC机上对多联网的电动机实行在线综合监视与控制。在这里以RMD2系列电动机保护器为例,简要叙述一下智能电动机保护装置的功能特点与构成。产品外形如图3所示。

 

图3 RMD2电动机保护器

RMD2系列电动机保护器是采用微电子技术、微处理器技术和现代控制理论研发的高技术产品。它使用DSP作为核心控制单元,从根本上改变了传统电动机保护装置的缺点,能迅速采集处理电动机的各种故障信号,为电动机的正常运行带来了可靠的保障。RMD2提供的RS-485硬件通信接口,可使多达32台从机装置在同一通信信道上连接起来,与各种远端的计算机、可编程控制器以及分散控制系统之间进行通信,达到了集中监测保护控制的目的。RMD2是一种具有多种保护与控制功能于一体的高性能集中检测控制保护装置,可实现对电动机的智能综合保护,也是传统电动机保护装置的理想换代产品。

1.1 系统构成

在本系统中,接触器CJ1作为电动机的开断装置,接触器的吸合与释放由可编程的继电器触点输出单元控制。电流信号取样于套在母线上的电流互感器的二次输出,经过信号采样电路滤波、保持处理后送入模数转换器转换为数字信号,微处理器对采样所得的信号离散序列进行计算,通过逻辑运算与处理得到所需的电流信号值,并与预先存储在数据存储单元内的整定值进行比较,一旦检测到故障状态,微处理器触发功率电路,驱动继电器输出单元使接触器释放,断开电动机电源,保护电动机在异常状态下运行引起的危害,系统构成见图4。

 

图4 系统构成原理

1.2 功能特点

1.2.1 核心控制单元

RMD2系列电动机保护器采用高性能数字信号处理芯片DSP作为核心控制单元,实现了传统电动机保护装置不能实现的保护控制功能,大大提高了保护控制装置的灵敏度和精度,而且对轻微故障的监测和保护特性的完善都取得了突破性进展,实现了集多种保护与控制于一体的全保护。RMD2利用DSP微处理器在数字信号处理方面的优势,采用数字信号滤波器(FIR)对采样信号进行软件非线性校正,在采样和保护精度方面有了质的飞跃,降低了被测信号波形畸变带来的影响,实现了高精度采样。在保护特性整定方面采用数字整定,通过键盘由用户在现场自行整定,去除了调整误差。微电子技术与微处理器技术的合理应用,提高了传统电动机保护装置存在的重复性能差、大电流过载或短路故障后不能再次使用、调整误差大、易受环境温度的影响误动或拒动、功耗大、耗材多、性能指标落后等缺陷。

1.2.2 控制功能

RMD2系列电动机保护器通过不同的接线方式与外部接触器连接,实现了传统起动方式:星/三角起动、自耦变压器(电抗器)减压起动。其逻辑时序由保护器本身完成,降低了用户自行接线的难度,取消中间继电器和延时继电器,节省了传统起动方式的成本。另外,根据用户不同的控制需求,RMD2还可实现直接(全压)起动,可逆(双向)控制,双速(变速)控制,软起动器配合起动,变频器配合起动等多种操作控制功能。

1.2.3 保护特性

RMD2系列电动机保护器具有完善的保护功能,可对电动机在起动、运行过程中发生的过载、相短路、堵转、阻塞、欠电流、缺相、三相不平衡、接地故障、漏电、欠电压、过电压、欠功率、逆相、起动超时、外部故障、过热等非正常运行情况产生的危害进行保护,在故障前进行报警,故障发生后记录故障原因、故障数据、故障发生时间等信息用于日常维护。还具有电流电压显示、时间控制、软件自诊断、来电自恢复、上电自起动、自锁和远程报警等功能。是相同硬件条件下集多种功能与一体的综合控制保护器。

1.2.4 总线通信

RMD2系列电动机保护器实现了Modbus-RTU串行通信标准的一个子集。许多流行的可编程控制器直接使用一个合适的接口卡来支持Modbus规约即可直接和RMD2相联。RMD2选择2根线的RS-485硬件接口作为串行通讯接口,在这种结构中多达32个RMD2在同一通信信道上通过标准屏蔽双绞线连接起来与各种远端的计算机、可编程控制器以及分散控制系统之间进行通信,对有关的运行参数及保护类别进行显示、打印、同时可对每台保护装置的保护参数进行修改,还可以对电机直接控制,实现了集中监测保护控制的目的。此外,RMD2还提供了4~20mA和0~10V模拟量输出功能,以及多达9路光隔离输入和6路继电器触点输出。

1.2.5 模块化结构

RMD2系列采用模块化结构设计,其附加功能模块包括显示操作模块、电压功能模块、漏电保护模块、温度检测模块、热调节器模块、电压模拟量输出模块、电流模拟量输出模块、通讯模块可拆卸,根据用户的需求进行安装,可进行多种功能的自由组合。

2 电动机保护装置的应用

RMD2系列电动机保护器覆盖了额定电流800A及以下的电动机,可广泛应用于各行业的交流电动机的保护,是发电、供电、用电系统的重要组成部分。RMD2系列电动机保护器被用作控制设备,在发生故障时驱动继电器输出,使接触器或断路器断开,见图5。除保护电动机之外,还有保护相关机械设备的特性,可以在故障发生之前报警,在故障发生之后记录故障信息,以便分析原因并进行日常维护。

 

图5 保护器的应用示意

2.1 典型应用

(1) 电动机基本电气保护;

(2) 泵的机械式保护:利用低电流特性来检测吸力的消失或排气阀的关闭;

(3) 风扇的机械式保护及人身安全:利用低电流特性来检测矿道气流的减少或蒸汽发生锅炉气流量的降低;

(4) 压缩电动机的电气保护:用起动定时器来断开回路防止过度超时运行;

(5) 传动装置、泵、风扇、切割机及压缩机的机械式保护:利用机械阻塞跳闸特性来反应机械阻塞故障;

(6) 保证危险情况的人身安全:利用接地故障特性来检测绕组短路及由矿内湿度引起的漏电流;

(7) 利用热记忆锁定功能防止操作员误操作电动机和设备。

2.2 组网应用

电动机保护装置与配电产品的应用有着相同的比重,在实现组网的工作中它们是密不可分的。目前,集散控制系统在工矿企业中得到了广泛的应用,但是对电气系统考虑较少,主要表现为:电气系统主要的保护、安全自动装置基本独立运行;与DCS 系统间通过硬接线方式进行有限的控制和信号交换;电气系统的控制基本上采用常规控制手段;电气系统的测量、保护动作、定值整定、事故追忆、电量报表等电气运行参数在DCS系统无法完整反应。

智能电网建设首先要求用户端提高电气系统自动化水平,包括从电力变压器到用电设备之间,对电能进行传输、分配、控制、保护和管理的所有设备实现智能化,从而构成统一、协调、互动的智能变配电网络。在这里以RMD2系列电动机保护器为例,说明电动机保护装置在智能变配电网络中的应用,如图6所示。

 

图6 在智能电网中的典型应用

3 安科瑞智能电动机保护器介绍

3.1产品介绍

智能电动机保护器(以下简称保护器),采用单片机技术,具有抗干扰能力强、工作稳定可靠、数字化、智能化、网络化等特点。保护器能对电动机运行过程中出现的过载、断相、不平衡、欠载、接地/漏电、堵转、阻塞、外部故障等多种情况进行保护,并设有SOE故障事件记录功能,方便现场维护人员查找故障原因。适用于煤矿、石化、冶炼、电力、以及民用建筑等领域。本保护器具有RS485远程通讯接口,DC4-20mA模拟量输出,方便与PLC、PC等控制机组成网络系统。实现电动机运行的远程监控。

3.2技术参数

3.2.1数字式电动机保护器

技术参数技术指标

ARD2(L)ARD2FARD3

辅助电源电压AC85V~265V/DC100V~350V

功耗≤7VA≤15VA

额定工作电压AC380V/AC660V,50Hz/60Hz

额定工作电流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)

继电器输出触点容量AC250V/ 3A;DC30V/ 3AAC250V/ 6A

开关量输入2路9路

环境工作温度:-10ºC~55ºC

贮存温度:-20ºC~65ºC

相对湿度:5﹪~95﹪不结露

海拔高度:≤ 2000m

污染等级2

防护等级IP20主体IP20,显示单元IP45

安装类别III级

3.2.2模块式电动机保护器

技术参数技术指标

ARD3T辅助电源AC/DC 110 / 220V或AC 380V,功耗≤15VA

电机额定工作电压AC 380V / 660V,50Hz / 60Hz

电动机额定工作电流1.6(0.40A-2.00A)使用测量模块测量

6.3(1.6A-6.3A)

25(6.3A-25A)

100(25A-100A)

250(63A-250A)采用外置电流互感器 + 测量模块

800(250A-800A)

漏电50mA-1A采用测量模块 + 漏电流互感器

3A-30A

继电器输出触点容量阻性负载AC250V、6A;DC24V、6A

感性负载AC250V、2A;DC24V、2A

主体开关量输入、输出4DI、4DO,DI可以为干节点或湿节点

开关量模块4DI、3DO,DI可以为干节点或湿节点

温度模块外接传感器类型:PT100、PT1000、Cu50、PTC、NTC

传感器路数:3路

传感器对应测量范围:

PT100/PT1000:-50°C~+500°C

Cu50:-50°C~+150°C

PTC/NTC:100Ω~30kΩ

模拟量模块可实现:2路4~20mA输入测量,2路4~20mA变送输出4~20mA输入测量精度±0.5% 4~20mA输出带载能力为≤500Ω

主体通讯RS485:Modbus-RTU

通讯模块RS485:双Modbus-RTU、Profibus

环境工作温度-10ºC~55ºC

贮存温度-25ºC~65ºC

相对湿度≤95﹪不结露,无腐蚀性气体

海拔≤2000m

污染等级3级

防护等级主体IP20,分体显示模块IP45(安装在柜体上)

安装类别III级

3.3 产品选型

 

 

 

 

说明:“√”表示具备,“■”表示可选。

4 结语

与传统电动机保护装置相比,数字式、智能型、多功能化的电动机综合保护器以其技术指标的独特优势逐渐成为电动机保护的选择。在目前电力工业良好发展、国家重视智能电网建设工作以及节能环保势在必行的背景之下,集监测、保护、控制和总线通信功能于一体的智能型综合保护控制装置,必将成为广泛应用领域内的电动机及设备保护的理想选择