摘要

    隨著我國鐵路運(yùn)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(zhuǎn)換設(shè)備的任何故障，都將影響鐵路運(yùn)輸?shù)恼Ｖ刃?，給生命財(cái)產(chǎn)帶來嚴(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)。

1、引言

    在推進(jìn)社會(huì)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中，鐵路一直處于重要位置，自鐵路運(yùn)行以來，我國鐵路系統(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)，隨著我國鐵路運(yùn)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(zhuǎn)換設(shè)備的工作狀況發(fā)生了顯著變化，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，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)，并可通過按鍵來控制電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、停車、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：通過顯示模塊對(duì)鐵路轉(zhuǎn)轍電機(jī)運(yùn)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(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，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)總線通信等功能，同時(shí)具有過載、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，通過增加溫度、電壓、剩余電流、模擬量輸出等功能來完成整個(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 倍以內(nèi)的過載電流，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)后控制主接觸器線圈失電，控制電動(dòng)機(jī)準(zhǔn)確停車。
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)展國民經(jīng)濟(jì)起著積極的推動(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)換開關(guān)SA2實(shí)現(xiàn)鐵路系統(tǒng)的就地/遠(yuǎn)程控制，通過ARD3的14、15開關(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，KM線圈失電，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，線圈得電時(shí)，對(duì)應(yīng)主電路常開觸點(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，接觸器線圈斷電，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，圖中合上開關(guān)QF，按下起動(dòng)按鈕SB1，接觸器KM線圈得電并通過輔助觸點(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，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(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的安全運(yùn)行，給鐵路的運(yùn)行過程帶來具體優(yōu)勢(shì)如下：

    (1) 用戶可通過通訊模塊實(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?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，通過觀察采集到的 信息，用戶可以對(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，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，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

    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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作者簡介：周菁，女，江蘇安科瑞電器制造有限公司，主要研究方向?yàn)殡姍C(jī)保護(hù)節(jié)能控制。