智能型電動機控制器在某鐵路的應用
徐霜
（安科瑞電氣股份有限公司，上海 嘉定 201801）
摘要：隨著我國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刃颍o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。
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，我國鐵路系統(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，隨著我國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)生了顯著變化，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，利用先進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)定性及功能要求極高，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時間等全面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，保護器配用小型專用電流互感器檢測模塊，小型專用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)展國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。
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