摘要：隨著工業的進一步發展，我國的火力發電裝機容量溫度提升，電動機在火力發電廠中的應用也更加廣泛。傳統的低壓電動機保護是通過繼電保護二次回路實現，隨著電子技術的飛速發展，出現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熱繼電器成為電動機保護。本文將根據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、火力發電

一、概述：

電力的發現和應用掀起了第二次工業革命的高潮，在當今工業繁榮發展的中國，電力已經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，我國的年發電量每年一個臺階，飛速增長，而火力發電又在其中扮演了重要角色。2022年上半年，我國火力發電總量占總發電量的比重約為68.83%，占據絕對。

同時隨著工業科學技術的進步，我國發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現場生產工作負責的表現，只有在電動機正常發揮其功能的基礎上，才能夠保證整個行業的工作流程不會受到干擾，可以正常運行。在火力發電廠中，低壓電動機的控制原理和應用情況在火力發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，已經無法滿足日益發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重載起動，實現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，發電廠電動機的工作環境較惡劣，經常容易發生堵轉、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境中工作的電動機進行實時保護、控制，保證發電廠電動機的正常運行。

根據《火力發電廠廠用電設計技術規定》（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、電流全電量參數測量，并且帶通訊功能，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，以及電動機運行過程中的各種運動狀態等信號，經保護器內部處理運算，從而實現對電動機起動超時、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，進而保證發電廠生產工作的安全連續運行。

2、實現多種電動機控制方式

ARD3M智能型電動機保護器可以實現多種不同的電動機起動控制，采用保護器來實現的操作控制權限包括：1）RS-485通訊接口實現遠程控制；2）通過顯示模塊上的按鍵進行操作控制；3）通過DCS系統控制DI端子實現遠程自動控制；4）DI端子現場就地控制。同時可通過可編程設置實現多種控制位置之間的切換、復雜的工藝聯鎖控制等，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、實現現場實時監測電動機運行

電廠通過保護器能夠實時觀察現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，顯示模塊上的指示燈直觀的顯示電機的運行、故障狀態。

4、實現通訊功能

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送給后臺管理系統并對故障信息發出報警信號，使操作人員能夠第一時間發現故障原因并及時排除故障，實現電廠電動機設備的數據的實時傳輸功能。

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，并可根據工業現場的實際應用選配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，實現了遠程自動控制、現場直接控制、液晶界面參數指示、信號報警、現場總線通信等功能，提高了整個控制回路的可靠性和穩定性的同時降低了操作人員現場調試和維護工作量。通過選配抗晃電模塊來實現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，可以向保護器持續供電，當電壓恢復即可實現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系統的大規模推廣應用，實現工業現場電動機的遠程實時集中監控已經成為實現工業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，可以采集工業現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監控信息，并匯集到現場總線，操作人員可通過上位機實時監控工業現場的運行情況，實現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，在實現組網的工作過程中，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，并且實現多種協議的選擇（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遠程自動控制和在線監視設備的運行狀況等。

2、實時顯示參數，方便現場巡檢

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，便于用戶對現場電動機的維護和控制。

3、節能降耗

電動機保護器在節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時做自動停機，有效的避免了能源的浪費，為企業節省資金。

4、信息集中化

用戶可通過通訊模塊實現在后臺實時監測系統中各個電動機的運行狀況，隨時觀察設備的運行參數，如：電動機電流、電壓、電動機運行狀況、電動機電能等參數，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，報警和保護參數可以通過軟件根據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，一旦現場電動機出現故障，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，便于現場問題分析

在發電廠工作的電動機設備大多數處于高溫、潮濕、多塵埃的工況下，很容易出現故障，一旦發生故障，檢修人員也很難第一時間發現故障原因，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、運行管理信息為現場維護人員節省了大量的時間，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

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、起動次數限制、運行時間報警、故障次數報警。

■ 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、PROFINET通訊模塊供選配。

■ 可選配2路DC4-20mA模擬量輸出接口，與DCS系統相接，可實現對現場設備的監控。

■ 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據，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據。

五、結束語

在發電廠低壓電動機保護和監控系統中采用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的綜合效益，做到了可靠性和經濟性的統一。并且，隨著技術的不斷發展，ARD3M系列電動機保護器在發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電廠的應用.電子技術與軟件工程.2014(2)

[2] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊.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).