徐霜
(安科瑞電氣股份有限公司,上海 嘉定 201801)
摘要:隨著我國(guó)鐵路運(yùn)輸量的日益增長(zhǎng),火車(chē)通過(guò)道岔速度的不斷提高,密度不斷加大,道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備的任何故障,都將影響鐵路運(yùn)輸?shù)恼V刃颍o生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重?fù)p失,鐵路轉(zhuǎn)轍電機(jī)為鐵路系統(tǒng)中較為重要的電氣設(shè)備,對(duì)轉(zhuǎn)轍電機(jī)進(jìn)行保護(hù)控制,對(duì)提高鐵路運(yùn)輸效率和保證火車(chē)安全運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用,本文以安科瑞ARD3電動(dòng)機(jī)控制器在某鐵路的應(yīng)用為例進(jìn)行介紹,鐵路系統(tǒng)使用電機(jī)控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)轍電機(jī)保護(hù)、控制,保障了鐵路運(yùn)輸效率及火車(chē)的安全運(yùn)行,根據(jù)對(duì)ARD3電動(dòng)機(jī)控制器功能要求及典型工程應(yīng)用作簡(jiǎn)單介紹,為今后該控制器在鐵路實(shí)踐應(yīng)用提供了一定的理論基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞:鐵路、轉(zhuǎn)轍電機(jī)、電動(dòng)機(jī)控制器、工程應(yīng)用
1、引言
在推進(jìn)社會(huì)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中,鐵路一直處于重要位置,自鐵路運(yùn)行以來(lái),我國(guó)鐵路系統(tǒng)中重要部分主要體現(xiàn)在道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備上,因此對(duì)鐵路道岔轉(zhuǎn)轍電機(jī)的可靠性提出了更高的要求,進(jìn)而對(duì)轉(zhuǎn)轍電機(jī)實(shí)現(xiàn)控制保護(hù)顯得尤為重要。
同時(shí),隨著我國(guó)鐵路運(yùn)輸量的不斷增長(zhǎng),火車(chē)通過(guò)岔道的速度逐步提高,加之開(kāi)通了重載火車(chē)及采用了重型鋼軌道岔,使得道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備的工作狀況發(fā)生了變化,轉(zhuǎn)轍電機(jī)由小功率逐漸向大功率發(fā)展,因而轉(zhuǎn)轍電機(jī)的任何故障,都將影響鐵路運(yùn)行的正常秩序,給生命、財(cái)產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重?fù)p失[1],為了盡可能的避免事故的產(chǎn)生,對(duì)鐵路轉(zhuǎn)轍電機(jī)采用智能型電動(dòng)機(jī)控制器控制,利用的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通訊技術(shù),能夠完成對(duì)轉(zhuǎn)轍電機(jī)所需的各項(xiàng)控制、監(jiān)視和記錄功能,可以通過(guò)編程將投入的保護(hù)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(pán),獲取鐵路轉(zhuǎn)轍電機(jī)各序電流、發(fā)熱狀態(tài)、運(yùn)行時(shí)間等各種數(shù)據(jù),并可通過(guò)按鍵來(lái)控制電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、停車(chē)、復(fù)位、設(shè)置參數(shù)等,連接控制器的RS485通訊端子,遠(yuǎn)方運(yùn)行人員也可以通過(guò)人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)在保護(hù)裝置中數(shù)據(jù)的讀取、分配給各個(gè)輸出繼電器不同的功能、數(shù)據(jù)的設(shè)置和修改、事件記錄及故障波形顯示,本文主要對(duì)安科瑞ARD3控制器的功能及其在某鐵路的典型工程應(yīng)用進(jìn)行具體介紹。
2、鐵路對(duì)電動(dòng)機(jī)控制器功能要求
鐵路系統(tǒng)轉(zhuǎn)轍電機(jī)是鐵路運(yùn)行中一種重要的電氣設(shè)備,它對(duì)提高鐵路運(yùn)輸效率和保證火車(chē)安全運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用,因而對(duì)其可靠性、穩(wěn)定性及功能要求*,某鐵路系統(tǒng)轉(zhuǎn)轍電機(jī)對(duì)ARD3控制器具體功能要求為:
(1) 控制功能:實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路轉(zhuǎn)轍電機(jī)過(guò)載、斷相、不平衡、剩余電流、堵轉(zhuǎn)、阻塞、欠載、欠壓、起動(dòng)超時(shí)、相序、溫度等現(xiàn)象控制、保護(hù);
(2) 故障判斷及記錄功能:當(dāng)ARD3檢測(cè)到外部故障輸入信號(hào),外部故障開(kāi)關(guān)量閉合,保護(hù)器在脫扣設(shè)定時(shí)間內(nèi)脫扣,即按照設(shè)定要求保護(hù),確保轉(zhuǎn)轍電機(jī)設(shè)備安全運(yùn)行;
(3) 顯示功能:通過(guò)顯示模塊對(duì)鐵路轉(zhuǎn)轍電機(jī)運(yùn)行過(guò)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(jìn)行實(shí)時(shí)顯示;
(4) 通訊功能:具有標(biāo)準(zhǔn)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(guò)控制器通訊,在后臺(tái)人機(jī)界面上完成鐵路轉(zhuǎn)轍電機(jī)控制器各種參數(shù)讀取、設(shè)置,同時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)電機(jī)運(yùn)行故障,為保證工藝系統(tǒng)安全生產(chǎn)、減少事故停車(chē),提供了可靠依據(jù)。
3、智能型電動(dòng)機(jī)控制器概述
安科瑞ARD3 智能型電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī),產(chǎn)品體積小,結(jié)構(gòu)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(dòng)化水平。
ARD3采用模塊化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式,包括主體控制模塊、互感器模塊和遠(yuǎn)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(dòng)機(jī)起動(dòng)器等電器元件構(gòu)成電動(dòng)機(jī)控制保護(hù)單元,有遠(yuǎn)程自動(dòng)控制、現(xiàn)場(chǎng)直接控制、面板指示、信號(hào)報(bào)警、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)通信等功能,同時(shí)具有過(guò)載、堵轉(zhuǎn)、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(guò)壓、欠壓、欠功率、tE時(shí)間等的電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)功能[2],滿(mǎn)足鐵路系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)機(jī)控制器的需求。
圖1 250A、800A的ARD3產(chǎn)品組成框圖
主體控制模塊:完成測(cè)量、保護(hù)和控制等功能,通過(guò)增加溫度、電壓、剩余電流、模擬量輸出等功能來(lái)完成整個(gè)測(cè)量與保護(hù)功能;
互感器模塊:當(dāng)電動(dòng)機(jī)額定電流在 100A 及以下時(shí),保護(hù)器配用小型電流互感器檢測(cè)模塊,小型電流互感器檢測(cè)模塊可以檢測(cè) 10 倍以?xún)?nèi)的過(guò)載電流,對(duì)輸入電流信號(hào)進(jìn)行檢測(cè),二次側(cè)信號(hào)接入主體控制模塊;當(dāng)電動(dòng)機(jī)額定電流大于250A時(shí),配用外置電流互感器;
顯示模塊:通過(guò)顯示模塊,實(shí)時(shí)的顯示當(dāng)前鐵路道岔轉(zhuǎn)轍電機(jī)的運(yùn)行情況和三相電流、電壓、功率、電動(dòng)機(jī)的電能等參數(shù),實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)控功能;一旦電機(jī)發(fā)生故障,保護(hù)裝置延時(shí)后控制主接觸器線(xiàn)圈失電,控制電動(dòng)機(jī)準(zhǔn)確停車(chē)。
4、工程應(yīng)用典型案例
電動(dòng)機(jī)控制器是鐵路運(yùn)行系統(tǒng)的重要器件,廣泛的采用電機(jī)控制器,不但可以提高工藝控制的準(zhǔn)確性、科學(xué)性,降低事故率,而且對(duì)于提高鐵路電氣控制系統(tǒng)的自動(dòng)化水平和發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)起著積的推動(dòng)作用,下面以安科瑞ARD3智能型電動(dòng)機(jī)控制器在某鐵路運(yùn)行系統(tǒng)及轉(zhuǎn)轍電機(jī)控制回路應(yīng)用為例進(jìn)行具體分析、介紹。
圖2是ARD3控制器在某鐵路系統(tǒng)改造項(xiàng)目中的典型電氣原理圖,圖中轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA2實(shí)現(xiàn)鐵路系統(tǒng)的就地/遠(yuǎn)程控制,通過(guò)ARD3的14、15開(kāi)關(guān)量輸入端子實(shí)現(xiàn),ARD3的19、20端子控制按鈕1SB、1SBS,實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路系統(tǒng)就地起動(dòng)、停止控制,面板控制回路實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程起動(dòng)、停止控制,當(dāng)電機(jī)處于正常狀態(tài),KM線(xiàn)圈與ARD3的7、8串聯(lián),合上斷路器QM,控制器的7、8起動(dòng)輸出端子閉合,電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行,ARD3的95、96及97、98實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)故障指示、控制,當(dāng)電機(jī)出現(xiàn)故障,95、96端子斷開(kāi),KM線(xiàn)圈失電,電機(jī)停止,同時(shí)97、98端子閉合,故障指示燈亮,ARD3的17、22端子實(shí)現(xiàn)斷路器、接觸器狀態(tài)控制,整個(gè)系統(tǒng)對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制,同時(shí)對(duì)故障進(jìn)行報(bào)警指示,保證了鐵路系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
圖2 ARD3在某鐵路系統(tǒng)的應(yīng)用
圖3是ARD3電動(dòng)機(jī)控制器在某鐵路轉(zhuǎn)轍電機(jī)控制系統(tǒng)中的典型電氣原理圖,圖中接觸器KM的線(xiàn)圈串聯(lián)在ARD3繼電器輸出7、8及95、96端子上,按下啟動(dòng)按鈕SS1,線(xiàn)圈得電時(shí),對(duì)應(yīng)主電路常開(kāi)觸點(diǎn)閉合,控制電動(dòng)機(jī)起動(dòng)運(yùn)行,如果電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障,ARD3的保護(hù)繼電器端子95、96斷開(kāi),接觸器線(xiàn)圈斷電,控制電動(dòng)機(jī)停止,進(jìn)行故障輸出指示[3],同時(shí)可以按下停止按鈕SF1停止電機(jī),實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路轉(zhuǎn)轍電機(jī)控制。
圖3 ARD3在某鐵路轉(zhuǎn)轍電機(jī)的應(yīng)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(kāi)關(guān)QF,按下起動(dòng)按鈕SB1,接觸器KM線(xiàn)圈得電并通過(guò)輔助觸點(diǎn)自鎖,接觸器觸點(diǎn)動(dòng)作,主回路接通,同時(shí)HR1和現(xiàn)場(chǎng)HR2亮,電機(jī)控制器顯示運(yùn)行狀態(tài),電機(jī)起動(dòng),如果電機(jī)出現(xiàn)故障,ARD3電機(jī)控制器繼電器輸出觸點(diǎn)95、96動(dòng)作,使接觸器KM失電,常閉觸點(diǎn)斷開(kāi),同時(shí)HG1和現(xiàn)場(chǎng)HG2亮,ARD3的97、98動(dòng)作,發(fā)出故障報(bào)警信號(hào),故障指示燈HY亮,電機(jī)控制器通過(guò)判斷與記憶,自保持并顯示故障狀態(tài),通過(guò)通訊接口25、26將信號(hào)傳送到人機(jī)界面顯示以便對(duì)故障及時(shí)處理。
圖4 ARD3控制器在某鐵路配電控制系統(tǒng)應(yīng)用
5、ARD3智能型電動(dòng)機(jī)控制器應(yīng)用的必要性
ARD3智能型電動(dòng)機(jī)控制器運(yùn)用于某鐵路轉(zhuǎn)轍電機(jī)控制系統(tǒng)中,既能提高鐵路的運(yùn)輸效率又能保障火車(chē)的安全運(yùn)行,給鐵路的運(yùn)行過(guò)程帶來(lái)具體優(yōu)勢(shì)如下:
(1) 用戶(hù)可通過(guò)通訊模塊實(shí)現(xiàn)在后臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中鐵路電機(jī)的運(yùn)行狀況,隨時(shí)查詢(xún)?cè)O(shè)備的運(yùn)行參數(shù),如:電動(dòng)機(jī)電流、電壓、電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀況、電動(dòng)機(jī)電能等,通過(guò)觀(guān)察采集到的 信息,用戶(hù)可以對(duì)鐵路轉(zhuǎn)轍電機(jī)運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)分析處理、集中監(jiān)控[4];
(2) 當(dāng)鐵路運(yùn)行過(guò)程中轉(zhuǎn)轍電機(jī)發(fā)生故障后,及時(shí)將備用電動(dòng)機(jī)投上而不影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行,對(duì)出現(xiàn)問(wèn)題的電機(jī)需要進(jìn)行及時(shí)處理以確保鐵路系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行,早期的處理方法需要花大量的人力、物力、時(shí)間才能分析出來(lái),不便于應(yīng)用,而ARD3智能型電動(dòng)機(jī)控制器強(qiáng)大的故障記錄、運(yùn)行管理信息為維護(hù)人員節(jié)省了大量的時(shí)間,便于現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題分析,提高了排除故障的效率,進(jìn)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(dòng)機(jī)控制器后,如果電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)過(guò)載、缺相、超溫等現(xiàn)象時(shí),控制器將及時(shí)控制電動(dòng)機(jī)停車(chē),并對(duì)各種故障信號(hào)作出相應(yīng)的指示,在電網(wǎng)故障造成電壓瞬間較大幅度的波動(dòng)或者短時(shí)斷電又恢復(fù),帶抗晃電功能時(shí)可使電動(dòng)機(jī)保護(hù)器重新起動(dòng),實(shí)現(xiàn)了智能化自控保護(hù)。
6、結(jié)束語(yǔ)
ARD3智能型電動(dòng)機(jī)控制器具有控制精度高、節(jié)能、保護(hù)動(dòng)作靈敏度高、工作可靠性高等優(yōu)點(diǎn),使得鐵路轉(zhuǎn)轍電機(jī)充分發(fā)揮過(guò)載能力,又可以避免損壞電動(dòng)機(jī),不僅提高了電力拖動(dòng)系統(tǒng)的可靠性,也使得生產(chǎn)過(guò)程的連續(xù)性得到大大的提高,做到了可靠性和經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一。
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作者簡(jiǎn)介:徐霜,女,安科瑞電氣股份有限公司,主要研究方向?yàn)殡姍C(jī)保護(hù)節(jié)能控制