智能型电动机控制器在某铁路的应用

1、引言

    在推进社会进步和经济发展过程中，铁路一直处于重要位置，自铁路运行以来，我国铁路系统中重要部分主要体现在道岔转换设备上，因此对铁路道岔转辙电机的可靠性提出了更高的要求，进而对转辙电机实现控制保护显得尤为重要。

    同时，随着我国铁路运输量的不断增长，火车通过岔道的速度逐步提高，加之开通了重载火车及采用了重型钢轨道岔，使得道岔转换设备的工作状况发生了显著变化，转辙电机由小功率逐渐向大功率发展，因而转辙电机的任何故障，都将影响铁路运行的正常秩序，给生命、财产带来严重损失^[1]，为了尽可能的避免事故的产生，对铁路转辙电机采用智能型电动机控制器控制，利用先进的计算机网络技术和通讯技术，能够完成对转辙电机所需的各项控制、监视和记录功能，可以通过编程将投入的保护和控制功能分配至输出继电器上，利用控制器面板上的LED指示灯、液晶显示屏或键盘，获取铁路转辙电机各序电流、发热状态、运行时间等各种数据，并可通过按键来控制电动机起动、停车、复位、设置参数等，连接控制器的RS485通讯端子，远方运行人员也可以通过人机界面实现存储在保护装置中数据的读取、分配给各个输出继电器不同的功能、数据的设置和修改、事件记录及故障波形显示，本文主要对安科瑞ARD3控制器的功能及其在某铁路的典型工程应用进行具体介绍。

2、铁路对电动机控制器功能要求

    铁路系统转辙电机是铁路运行中一种重要的电气设备，它对提高铁路运输效率和保证火车安全运行起着至关重要的作用，因而对其可靠性、稳定性及功能要求极高，某铁路系统转辙电机对ARD3控制器具体功能要求为：

    (1) 控制功能：实现对铁路转辙电机过载、断相、不平衡、剩余电流、堵转、阻塞、欠载、欠压、起动超时、相序、温度等现象控制、保护；

    (2) 故障判断及记录功能：当ARD3检测到外部故障输入信号，外部故障开关量闭合，保护器在脱扣设定时间内脱扣，即按照设定要求保护，确保转辙电机设备安全运行；

    (3) 显示功能：通过显示模块对铁路转辙电机运行过程中三相电流、电压、有功功率、视在功率、功率因数等参数进行实时显示；

    (4) 通讯功能：具有标准的RS-485通讯接口，采用Modbus-RTU、Profibus-DP通讯协议，

控制室操作人员通过控制器通讯，在后台人机界面上完成铁路转辙电机控制器各种参数读取、设置，同时在线监测电机运行故障，为保证工艺系统安全生产、减少事故停车，提供了可靠依据。

3、智能型电动机控制器概述

    安科瑞ARD3 智能型电动机控制器，适用于额定电压至AC 690V、额定电流至AC 800A、额定频率50/60Hz的电动机，产品体积小，结构紧凑，安装方便，在低压控制终端柜和1/4模数及以上各种抽屉柜中可直接安装使用，提高了控制回路的可靠性和自动化水平。

    ARD3采用模块化的产品结构形式，包括主体控制模块、互感器模块和远程显示模块，并可根据需要选配ARD3的其他功能模块或附件，与接触器、电动机起动器等电器元件构成电动机控制保护单元，有远程自动控制、现场直接控制、面板指示、信号报警、现场总线通信等功能，同时具有过载、堵转、阻塞、欠载、断相、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、tE时间等全面的电动机综合保护功能^[2]，满足铁路系统对电动机控制器的需求。

图1  250A、800A的ARD3产品组成框图

    主体控制模块：完成测量、保护和控制等功能，通过增加温度、电压、剩余电流、模拟量输出等功能来完成整个测量与保护功能；

    互感器模块：当电动机额定电流在 100A 及以下时，保护器配用小型专用电流互感器检测模块，小型专用电流互感器检测模块可以检测 10 倍以内的过载电流，对输入电流信号进行检测，二次侧信号接入主体控制模块；当电动机额定电流大于250A时，配用外置电流互感器；

    显示模块：通过显示模块，实时的显示当前铁路道岔转辙电机的运行情况和三相电流、电压、功率、电动机的电能等参数，实现了实时监控功能；一旦电机发生故障，保护装置延时后控制主接触器线圈失电，控制电动机准确停车。
4、工程应用典型案例

    电动机控制器是铁路运行系统的重要器件，广泛的采用电机控制器，不但可以提高工艺控制的准确性、科学性，降低事故率，而且对于提高铁路电气控制系统的自动化水平和发展国民经济起着积极的推动作用，下面以安科瑞ARD3智能型电动机控制器在某铁路运行系统及转辙电机控制回路应用为例进行具体分析、介绍。

     图2是ARD3控制器在某铁路系统改造项目中的典型电气原理图，图中转换开关SA2实现铁路系统的就地/远程控制，通过ARD3的14、15开关量输入端子实现，ARD3的19、20端子控制按钮1SB、1SBS，实现对铁路系统就地起动、停止控制，面板控制回路实现远程起动、停止控制，当电机处于正常状态，KM线圈与ARD3的7、8串联，合上断路器QM，控制器的7、8起动输出端子闭合，电机启动运行，ARD3的95、96及97、98实现对电机故障指示、控制，当电机出现故障，95、96端子断开，KM线圈失电，电机停止，同时97、98端子闭合，故障指示灯亮，ARD3的17、22端子实现断路器、接触器状态控制，整个系统对电机进行控制，同时对故障进行报警指示，保证了铁路系统的正常运行。

图2  ARD3在某铁路系统的应用

    图3是ARD3电动机控制器在某铁路转辙电机控制系统中的典型电气原理图，图中接触器KM的线圈串联在ARD3继电器输出7、8及95、96端子上，按下启动按钮SS1，线圈得电时，对应主电路常开触点闭合，控制电动机起动运行，如果电动机出现故障，ARD3的保护继电器端子95、96断开，接触器线圈断电，控制电动机停止，进行故障输出指示^[3]，同时可以按下停止按钮SF1停止电机，实现对铁路转辙电机控制。

图3  ARD3在某铁路转辙电机的应用

    图4是ARD3控制器在某铁路配电控制系统中的典型电气原理图，图中合上开关QF，按下起动按钮SB1，接触器KM线圈得电并通过辅助触点自锁，接触器触点动作，主回路接通，同时HR1和现场HR2亮，电机控制器显示运行状态，电机起动，如果电机出现故障，ARD3电机控制器继电器输出触点95、96动作，使接触器KM失电，常闭触点断开，同时HG1和现场HG2亮，ARD3的97、98动作，发出故障报警信号，故障指示灯HY亮，电机控制器通过判断与记忆，自保持并显示故障状态，通过通讯接口25、26将信号传送到人机界面显示以便对故障及时处理。

图4  ARD3控制器在某铁路配电控制系统应用

5、ARD3智能型电动机控制器应用的必要性

    ARD3智能型电动机控制器运用于某铁路转辙电机控制系统中，既能提高铁路的运输效率又能保障火车的安全运行，给铁路的运行过程带来具体优势如下：

    (1) 用户可通过通讯模块实现在后台实时监测系统中铁路电机的运行状况，随时查询设备的运行参数，如：电动机电流、电压、电动机运行状况、电动机电能等，通过观察采集到的 信息，用户可以对铁路转辙电机运行情况进行实时分析处理、集中监控^[4]；

    (2) 当铁路运行过程中转辙电机发生故障后，及时将备用电动机投上而不影响整个系统的运行，对出现问题的电机需要进行及时处理以确保铁路系统连续运行，早期的处理方法需要花大量的人力、物力、时间才能分析出来，不便于应用，而ARD3智能型电动机控制器强大的故障记录、运行管理信息为维护人员节省了大量的时间，便于现场问题分析，提高了排除故障的效率，进一步提高了控制回路的性能；

    (3) 系统中使用ARD3智能型电动机控制器后，如果电动机出现过载、缺相、超温等现象时，控制器将及时控制电动机停车，并对各种故障信号作出相应的指示，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，实现了智能化自控保护。

6、结束语

    ARD3智能型电动机控制器具有控制精度高、节能、保护动作灵敏度高、工作可靠性高等优点，使得铁路转辙电机充分发挥过载能力，又可以避免损坏电动机，不仅提高了电力拖动系统的可靠性，也使得生产过程的连续性得到大大的提高，做到了可靠性和经济性的统一。

参考文献：

[1].张胜平. 无刷直流电机在铁路转辙机中应用[J]. 铁道通信信号. 2012.8

[2].周中.智能电网用户端电力监控与电能管理系统产品选型及解决方案[M].北京.机械工业出版社. 2011.10

[3].张云鹏. 电动机控制器在铁路控制系统中的应用[J]. 自动化控制. 2010.6

[4].刘毅. 金艳. 基于TL494的铁路电机控制器控制装置设计[J]. 辽宁工学院学报. 2007.4

作者简介：王海芹，女，安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为电机保护节能控制，手机：18702111831，座机：021-69152258，QQ:2880157862