摘要：随着工业的进一步发展，我国的火力发电装机容量温度提升，电动机在火力发电厂中的应用也更加广泛。传统的低压电动机保护是通过继电保护二次回路实现，随着电子技术的飞速发展，出现了一些对电路起全面保护的电动机保护器，智能型电动机保护装置逐步取代传统热继电器成为电动机保护。本文将根据电厂辅助控制设备的电机保护的特点及其控制要求，结合ARD3M系列电动机保护器在发电厂低压电动机保护控制中的应用，综合介绍ARD3M系列电动机保护器产品的特点及其智能化保护、测量、控制和通讯等，供工程设计中参考。

关键词：电动机保护、智能化、火力发电

一、概述：

电力的发现和应用掀起了第二次工业革命的高潮，在当今工业繁荣发展的中国，电力已经成为了关系国计民生的命脉。改革开放以来，国家投入了大量的人力物力进行电力建设，我国的年发电量每年一个台阶，飞速增长，而火力发电又在其中扮演了重要角色。2022年上半年，我国火力发电总量占总发电量的比重约为68.83%，占据绝对。

同时随着工业科学技术的进步，我国发电厂电机设备的使用量逐步增多，促使电动机的正常运转发挥成为了其他的设备能够正常运转的前提条件，因此能够合理选择和使用电动机保护器是对正常的工业现场生产工作负责的表现，只有在电动机正常发挥其功能的基础上，才能够保证整个行业的工作流程不会受到干扰，可以正常运行。在火力发电厂中，低压电动机的控制原理和应用情况在火力发电厂中一直是一项技术难题。

在电厂电机设备的保护设计中，低压电动机的应用及保护配置可采用多种方案进行设计，对于过去采用热继电器、断路器（或熔断器）作为电动机过负荷保护、断相保护、短路保护和控制元件，由于受到通信功能不够灵活等多种条件的约束，已经无法满足日益发展的电厂设备自动化生产的要求，而新型智能电动机保护器可实现重载起动，实现对电动机的温度保护，还提供多种测控功能和多种电动机控制模式，能够满足对电动机的保护控制要求，有效地保障了电机的安全运行。本文以ARD3M系列电动机保护器在发电厂中的实际应用进行具体介绍。

二、电厂对电动机保护器的功能要求

在我国电厂行业中，电动机是应用是非常广泛的，各类风机、水泵、空压机、提升机、输送泵等电机设备种类繁多。同时，发电厂电动机的工作环境较恶劣，经常容易发生堵转、短路、断相或长期过载运行等故障，所以保护器要能够对在恶劣环境中工作的电动机进行实时保护、控制，保证发电厂电动机的正常运行。

根据《火力发电厂厂用电设计技术规定》（DL/T 5153-2002），低压厂用电动机应装设相间短路保护、单相接地保护（或者单相接地短路保护）、过负荷保护、低电压保护、断相保护[4]。因此，电厂项目需要电压、电流全电量参数测量，并且带通讯功能，保护器需要有自诊断输出、断电输出、故障记录等功能，总结为如下功能：

1、实现完善的电机保护功能

保护器通过采集三相交流电流、三相交流电压、剩余电流、PTC热电阻阻值、电动机功率、电能等电量参数，以及电动机运行过程中的各种运动状态等信号，经保护器内部处理运算，从而实现对电动机起动超时、过载、阻塞、欠载、断相、三相电流不平衡、剩余电流（接地/漏电）、温度、外部故障、相序、过压、欠压、欠功率、过功率、tE时间等全面综合保护，进而保证发电厂生产工作的安全连续运行。

2、实现多种电动机控制方式

ARD3M智能型电动机保护器可以实现多种不同的电动机起动控制，采用保护器来实现的操作控制权限包括：1）RS-485通讯接口实现远程控制；2）通过显示模块上的按键进行操作控制；3）通过DCS系统控制DI端子实现远程自动控制；4）DI端子现场就地控制。同时可通过可编程设置实现多种控制位置之间的切换、复杂的工艺联锁控制等，满足当前电厂中复杂、灵活的控制要求，有效减少了中间继电器、时间继电器等硬接线。

3、实现现场实时监测电动机运行

电厂通过保护器能够实时观察现场电动机设备在运行过程中的电压、电流、功率、电能、频率等参数以及电动机当前的运行状况，操作显示模块上的按键设置电厂电动机设备的起动方式（可选择手步启动、两步启动、双速启动和保护方式）和保护参数，显示模块上的指示灯直观的显示电机的运行、故障状态。

4、实现通讯功能

ARD3M系列电动机保护器标配2路RS-485通讯接口，满足最常规的Modbus-RTU通讯。同时考虑到电厂对于控制和故障反馈的时效性要求，提供了Profibus_DP、Modbus_TCP、Profinet等通讯模块可供选择，将信息在最短时间内发送给后台管理系统并对故障信息发出报警信号，使操作人员能够第一时间发现故障原因并及时排除故障，实现电厂电动机设备的数据的实时传输功能。

ARD3M系列电动机保护器采用模块化的产品结构形式，包括主体控制模块、互感器模块、显示模块和选配的通讯模块，并可根据工业现场的实际应用选配ARD3M系列电动机保护器的其他功能模块和附件。通过采用ARD3M系列电动机保护器安装在低压开关柜，与转换开关、接触器、电动机起动器等电器元件构成电动机控制保护单元，实现了远程自动控制、现场直接控制、液晶界面参数指示、信号报警、现场总线通信等功能，提高了整个控制回路的可靠性和稳定性的同时降低了操作人员现场调试和维护工作量。通过选配抗晃电模块来实现电路的抗晃电和自起动，当ARD3M系列电动机保护器辅助电源断电时，可以向保护器持续供电，当电压恢复即可实现延时重启动来抵御晃电对生产带来的不利影响。

三、 ARD3M电动机保护器在电厂低压电动机保护中的应用及效果

随着电厂DCS系统的大规模推广应用，实现工业现场电动机的远程实时集中监控已经成为实现工业自动化控制的关键点之一，图1为ARD3M系列电动机保护器在电厂应用中的现场总线布局。ARD3M系列电动机保护器为用户提供RS485（Modbus-RTU/Profibus-DP）通讯接口，可以采集工业现场的电动机的三相交流电压、零序电流、热电阻值、电动机电能以及状态监控信息，并汇集到现场总线，操作人员可通过上位机实时监控工业现场的运行情况，实现运行人员操作界面的DCS远程操控[5]。

图1 ARD3M系列电动机保护器的现场总线布局

对电动机的运行实施保护以及保证电动机能够连续不间断的运行对于生产是至关重要的，电厂选用ARD3M系列电动机保护器后带来的好处有：

1、组网灵活性高，便于控制

电厂中电动机保护器与配电产品的应用有着相同的比重，在实现组网的工作过程中，它们是密不可分的。ARD3M系列电动机保护器提供了RS-485通讯接口，并且实现多种协议的选择（Modbus-RTU/Profibus-DP），通过RS-485与上位机之间的通信，能够方便工程师通过计算机后台实现远程自动控制和在线监视设备的运行状况等。

2、实时显示参数，方便现场巡检

ARD3M系列电动机保护器是采用模块化的产品结构形式，将显示模块安装在DCS柜体，通过液晶界面即可实时观察当前电动机的运行状态，便于用户对现场电动机的维护和控制。

3、节能降耗

电动机保护器在节能降耗方面的作用开始为大家所重视，ARD3M系列电动机保护器可以在电动机设备处于欠载等运行状态时做自动停机，有效的避免了能源的浪费，为企业节省资金。

4、信息集中化

用户可通过通讯模块实现在后台实时监测系统中各个电动机的运行状况，随时观察设备的运行参数，如：电动机电流、电压、电动机运行状况、电动机电能等参数，通过分析采集到的信息，用户可以对各个设备的电动机运行情况进行实时处理，提高了整个控制系统的安全性、可靠性。

5、智能化自控保护

ARD3M系列电动机保护器使用灵活，报警和保护参数可以通过软件根据电厂电动机设备实际运行条件预设不同的值，避免因过度保护影响实际生产。用户在选用ARD3M系列电动机保护器后，一旦现场电动机出现故障，保护器及时控制电动机停止运行，并对各种故障信息作出相应的指示和记录，方便用户查询故障信息。在电网故障造成电压瞬间较大幅度的波动或者短时断电又恢复，带抗晃电功能时可使电动机保护器重新起动。

6、记录电机故障信息，便于现场问题分析

在发电厂工作的电动机设备大多数处于高温、潮湿、多尘埃的工况下，很容易出现故障，一旦发生故障，检修人员也很难第一时间发现故障原因，并且需要一定的时间、人力和物力才能分析故障原因。ARD3M系列电动机保护器有强大的故障和事件记录、运行管理信息为现场维护人员节省了大量的时间，提高了维修人员的工作效率，进一步提高了整个控制回路的性能。

四、ARD3M系列电动机保护器产品介绍

1、产品概述

ARD3M智能电动机保护器（以下简称保护器），采用单片机技术，适用于额定电压至660V的低压电动机回路，集保护、测量、控制、通讯、运维于一体。其完善的保护功能确保电动机安全运行，带有逻辑可编程功能，可以满足多种控制方式。可选配不同通讯模块适应现场通讯需求。

该产品采用分体式结构，由主体、显示单元、互感器和选配的通讯模块组成，可适应各种柜体的安装。

2、技术参数

3、产品特点

■ 辅助电源类型可选，AC220V电源模块支持电源范围AC85-265V/DC100-300V，AC380V电源模块支持电源范围AC/DC100-415V。

■ 支持基波和全波电力参数测量（U、I、P、Q、S、PF、F、EP、EQ），电压及电流不平衡度，电压、电流正序、负序、零序分量，三相电压相角，剩余电流，电压、电流2-63次分次谐波测量，分次谐波含有率及总谐波畸变率。

■ 保护功能包括过载反时限、过载定时限、接地、起动超时、漏电、欠载、断相、堵转、阻塞、短路、溢出、不平衡(电流、电压)、过功率、欠功率、过压、欠压、相序、温度、tE时间、外部故障、起动次数限制、运行时间报警、故障次数报警。

■ 10路可编程DI输入，默认采用内置DC24V电源，也可选择外部有源湿接点（详见选型表格）。

■ 6路可编程DO输出，满足直接起动，星—三角起动，自耦变压器起动，等多种起动方式，可通过通讯总线实现主站对电动机的遥控“起/停"。

■ 可选抗晃电功能：支持晃电立即再启动、失压重起动。

■ 标配2路MODBUS_RTU通讯，有PROFIBUS DPV1、以太网、PROFINET通讯模块供选配。

■ 可选配2路DC4-20mA模拟量输出接口，与DCS系统相接，可实现对现场设备的监控。

■ 具有故障记录、起动记录、停车记录、DI变位记录和再起动记录等各类事件记录，可查看多项电机运维信息，同时可记录电机运行1-5小时运行记录。

■ 显示界面支持中/英文显示。

■ 支持U盘导出波形记录与事件记录数据，可使用EXCEL打开导出事件记录文件。

■ 选配彩色液晶显示时可加配WIFI功能，通过手机或电脑连接该WIFI查看、设置电机保护器相关数据。

五、结束语

在发电厂低压电动机保护和监控系统中采用ARD3M系列电动机保护器，在提高控制回路的自动化水平和可靠性的同时也提高了企业的综合效益，做到了可靠性和经济性的统一。并且，随着技术的不断发展，ARD3M系列电动机保护器在发电厂低压电动机保护及测控运行过程中将起到越来越大的作用。

参考文献：

[1] 满连善.低压电动机保护在火力发电厂的应用.电子技术与软件工程.2014(2)

[2] 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.01版.

[3] GB 14048.4-2020 低压开关设备和控制设备 第4-1部分：接触器和电动机起动器 机电式接触器和电动机起动器(含电动机保护器).