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王海芹
(安科瑞電氣股份有限公司,上海 嘉定 201801)
摘要:隨著我鐵路運輸量的日益增長,火車通過道岔速度的不斷提高,密度不斷加大,道岔轉換設備的任何故障,都將影響鐵路運輸?shù)恼V刃?,給生命財產帶來嚴重損失,鐵路轉轍電機為鐵路系統(tǒng)中較為重要的電氣設備,對轉轍電機進行保護控制,對提高鐵路運輸效率和保證火車安全運行起著至關重要的作用,本文以安科瑞ARD3電動機控制器在某鐵路的應用為例進行介紹,鐵路系統(tǒng)使用電機控制器實現(xiàn)對轉轍電機保護、控制,有效保障了鐵路運輸效率及火車的安全運行,根據(jù)對ARD3電動機控制器功能要求及典型工程應用作簡單介紹,為今后該控制器在鐵路實踐應用提供了一定的理論基礎。
關鍵詞:鐵路、轉轍電機、電動機控制器、工程應用
1、引言
在推進社會進步和經濟發(fā)展過程中,鐵路一直處于重要位置,自鐵路運行以來,我鐵路系統(tǒng)中重要部分主要體現(xiàn)在道岔轉換設備上,因此對鐵路道岔轉轍電機的可靠性提出了更高的要求,進而對轉轍電機實現(xiàn)控制保護顯得尤為重要。
同時,隨著我鐵路運輸量的不斷增長,火車通過岔道的速度逐步提高,加之開通了重載火車及采用了重型鋼軌道岔,使得道岔轉換設備的工作狀況發(fā)生了變化,轉轍電機由小功率逐漸向大功率發(fā)展,因而轉轍電機的任何故障,都將影響鐵路運行的正常秩序,給生命、財產帶來嚴重損失[1],為了盡可能的避免事故的產生,對鐵路轉轍電機采用智能型電動機控制器控制,利用的計算機網絡技術和通訊技術,能夠完成對轉轍電機所需的各項控制、監(jiān)視和記錄功能,可以通過編程將投入的保護和控制功能分配至輸出繼電器上,利用控制器面板上的LED指示燈、液晶顯示屏或鍵盤,獲取鐵路轉轍電機各序電流、發(fā)熱狀態(tài)、運行時間等各種數(shù)據(jù),并可通過按鍵來控制電動機起動、停車、復位、設置參數(shù)等,連接控制器的RS485通訊端子,遠方運行人員也可以通過人機界面實現(xiàn)存儲在保護裝置中數(shù)據(jù)的讀取、分配給各個輸出繼電器不同的功能、數(shù)據(jù)的設置和修改、事件記錄及故障波形顯示,本文主要對安科瑞ARD3控制器的功能及其在某鐵路的典型工程應用進行具體介紹。
2、鐵路對電動機控制器功能要求
鐵路系統(tǒng)轉轍電機是鐵路運行中一種重要的電氣設備,它對提高鐵路運輸效率和保證火車安全運行起著至關重要的作用,因而對其可靠性、穩(wěn)定性及功能要求*,某鐵路系統(tǒng)轉轍電機對ARD3控制器具體功能要求為:
(1) 控制功能:實現(xiàn)對鐵路轉轍電機過載、斷相、不平衡、剩余電流、堵轉、阻塞、欠載、欠壓、起動超時、相序、溫度等現(xiàn)象控制、保護;
(2) 故障判斷及記錄功能:當ARD3檢測到外部故障輸入信號,外部故障開關量閉合,保護器在脫扣設定時間內脫扣,即按照設定要求保護,確保轉轍電機設備安全運行;
(3) 顯示功能:通過顯示模塊對鐵路轉轍電機運行過程中三相電流、電壓、有功功率、視在功率、功率因數(shù)等參數(shù)進行實時顯示;
(4) 通訊功能:具有標準的RS-485通訊接口,采用Modbus-RTU、Profibus-DP通訊協(xié)議,
控制室操作人員通過控制器通訊,在后臺人機界面上完成鐵路轉轍電機控制器各種參數(shù)讀取、設置,同時在線監(jiān)測電機運行故障,為保證工藝系統(tǒng)安全生產、減少事故停車,提供了可靠依據(jù)。
3、智能型電動機控制器概述
安科瑞ARD3 智能型電動機控制器,適用于額定電壓至AC 690V、額定電流至AC 800A、額定頻率50/60Hz的電動機,產品體積小,結構緊湊,安裝方便,在低壓控制終端柜和1/4模數(shù)及以上各種抽屜柜中可直接安裝使用,提高了控制回路的可靠性和自動化水平。
ARD3采用模塊化的產品結構形式,包括主體控制模塊、互感器模塊和遠程顯示模塊,并可根據(jù)需要選配ARD3的其他功能模塊或附件,與接觸器、電動機起動器等電器元件構成電動機控制保護單元,有遠程自動控制、現(xiàn)場直接控制、面板指示、信號報警、現(xiàn)場總線通信等功能,同時具有過載、堵轉、阻塞、欠載、斷相、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、tE時間等的電動機綜合保護功能[2],滿足鐵路系統(tǒng)對電動機控制器的需求。
圖1 250A、800A的ARD3產品組成框圖
主體控制模塊:完成測量、保護和控制等功能,通過增加溫度、電壓、剩余電流、模擬量輸出等功能來完成整個測量與保護功能;
互感器模塊:當電動機額定電流在 100A 及以下時,保護器配用小型電流互感器檢測模塊,小型電流互感器檢測模塊可以檢測 10 倍以內的過載電流,對輸入電流信號進行檢測,二次側信號接入主體控制模塊;當電動機額定電流大于250A時,配用外置電流互感器;
顯示模塊:通過顯示模塊,實時的顯示當前鐵路道岔轉轍電機的運行情況和三相電流、電壓、功率、電動機的電能等參數(shù),實現(xiàn)了實時監(jiān)控功能;一旦電機發(fā)生故障,保護裝置延時后控制主接觸器線圈失電,控制電動機準確停車。
4、工程應用典型案例
電動機控制器是鐵路運行系統(tǒng)的重要器件,廣泛的采用電機控制器,不但可以提高工藝控制的準確性、科學性,降低事故率,而且對于提高鐵路電氣控制系統(tǒng)的自動化水平和發(fā)展民經濟起著積極的推動作用,下面以安科瑞ARD3智能型電動機控制器在某鐵路運行系統(tǒng)及轉轍電機控制回路應用為例進行具體分析、介紹。
圖2是ARD3控制器在某鐵路系統(tǒng)改造項目中的典型電氣原理圖,圖中轉換開關SA2實現(xiàn)鐵路系統(tǒng)的就地/遠程控制,通過ARD3的14、15開關量輸入端子實現(xiàn),ARD3的19、20端子控制按鈕1SB、1SBS,實現(xiàn)對鐵路系統(tǒng)就地起動、停止控制,面板控制回路實現(xiàn)遠程起動、停止控制,當電機處于正常狀態(tài),KM線圈與ARD3的7、8串聯(lián),合上斷路器QM,控制器的7、8起動輸出端子閉合,電機啟動運行,ARD3的95、96及97、98實現(xiàn)對電機故障指示、控制,當電機出現(xiàn)故障,95、96端子斷開,KM線圈失電,電機停止,同時97、98端子閉合,故障指示燈亮,ARD3的17、22端子實現(xiàn)斷路器、接觸器狀態(tài)控制,整個系統(tǒng)對電機進行控制,同時對故障進行報警指示,保證了鐵路系統(tǒng)的正常運行。
圖2 ARD3在某鐵路系統(tǒng)的應用
圖3是ARD3電動機控制器在某鐵路轉轍電機控制系統(tǒng)中的典型電氣原理圖,圖中接觸器KM的線圈串聯(lián)在ARD3繼電器輸出7、8及95、96端子上,按下啟動按鈕SS1,線圈得電時,對應主電路常開觸點閉合,控制電動機起動運行,如果電動機出現(xiàn)故障,ARD3的保護繼電器端子95、96斷開,接觸器線圈斷電,控制電動機停止,進行故障輸出指示[3],同時可以按下停止按鈕SF1停止電機,實現(xiàn)對鐵路轉轍電機控制。
圖3 ARD3在某鐵路轉轍電機的應用
圖4是ARD3控制器在某鐵路配電控制系統(tǒng)中的典型電氣原理圖,圖中合上開關QF,按下起動按鈕SB1,接觸器KM線圈得電并通過輔助觸點自鎖,接觸器觸點動作,主回路接通,同時HR1和現(xiàn)場HR2亮,電機控制器顯示運行狀態(tài),電機起動,如果電機出現(xiàn)故障,ARD3電機控制器繼電器輸出觸點95、96動作,使接觸器KM失電,常閉觸點斷開,同時HG1和現(xiàn)場HG2亮,ARD3的97、98動作,發(fā)出故障報警信號,故障指示燈HY亮,電機控制器通過判斷與記憶,自保持并顯示故障狀態(tài),通過通訊接口25、26將信號傳送到人機界面顯示以便對故障及時處理。
圖4 ARD3控制器在某鐵路配電控制系統(tǒng)應用
5、ARD3智能型電動機控制器應用的必要性
ARD3智能型電動機控制器運用于某鐵路轉轍電機控制系統(tǒng)中,既能提高鐵路的運輸效率又能保障火車的安全運行,給鐵路的運行過程帶來具體勢如下:
(1) 用戶可通過通訊模塊實現(xiàn)在后臺實時監(jiān)測系統(tǒng)中鐵路電機的運行狀況,隨時查詢設備的運行參數(shù),如:電動機電流、電壓、電動機運行狀況、電動機電能等,通過觀察采集到的 信息,用戶可以對鐵路轉轍電機運行情況進行實時分析處理、集中監(jiān)控[4];
(2) 當鐵路運行過程中轉轍電機發(fā)生故障后,及時將備用電動機投上而不影響整個系統(tǒng)的運行,對出現(xiàn)問題的電機需要進行及時處理以確保鐵路系統(tǒng)連續(xù)運行,早期的處理方法需要花大量的人力、物力、時間才能分析出來,不便于應用,而ARD3智能型電動機控制器強大的故障記錄、運行管理信息為維護人員節(jié)省了大量的時間,便于現(xiàn)場問題分析,提高了排除故障的效率,進一步提高了控制回路的性能;
(3) 系統(tǒng)中使用ARD3智能型電動機控制器后,如果電動機出現(xiàn)過載、缺相、超溫等現(xiàn)象時,控制器將及時控制電動機停車,并對各種故障信號作出相應的指示,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,實現(xiàn)了智能化自控保護。
6、結束語
ARD3智能型電動機控制器具有控制精度高、節(jié)能、保護動作靈敏度高、工作可靠性高等點,使得鐵路轉轍電機充分發(fā)揮過載能力,又可以避免損壞電動機,不僅提高了電力拖動系統(tǒng)的可靠性,也使得生產過程的連續(xù)性得到大大的提高,做到了可靠性和經濟性的統(tǒng)一。
參考文獻:
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[2].周中.智能電網用戶端電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)產品選型及解決方案[M].北京.機械工業(yè)出版社. 2011.10
[3].張云鵬. 電動機控制器在鐵路控制系統(tǒng)中的應用[J]. 自動化控制. 2010.6
[4].劉毅. 金艷. 基于TL494的鐵路電機控制器控制裝置設計[J]. 遼寧工學院學報. 2007.4