智能电动机保护器的工作原理及应用组网详解

答：智能电动机保护控制器替代传统的热继是发展趋势，并进入普及阶段。随着自动化水平的不断提高，市场上需求的智能电动机保护控制器除保护功能外，还要具有实现组网需求的网络通信功能。而这种智能型的电动机保护控制器在电厂中应用时，为了实现合理、可靠的组网架构，必定需要DPU（网络通信管理机）这样的关键设备。

据不完全统计，国内每年烧毁电动机的数量在20万台以上，容量约占0.4亿kW，直接经济损失高达约16亿元，间接经济损失高达百亿元。此外，因修电动机每年约浪费铜线5000万kg，生产铜线每公斤需用电33.4kW·h，每年仅此浪费电能16.7亿kW·h，所以电动机节能和电动机保护的研究与推广应用在节能中具有突出的重要地位。

长期以来，我国的电动机保护主要是采用熔断器和热继电器。热继电器属电流信号的间接保护，具有成本低等优点，但是热继电器本身存在缺陷，例如，低倍过载反时限动作和极限过载应及时动作，与6倍过载一定时限内应不动作矛盾；断相过载及时动作与三相不均衡应稳定的矛盾；热继电器易受外部环境温度影响，电流调整不方便并且不精确。

因此，1996年9月26日，当时的机械部、国家计委、国家经贸委、国家科委、国家技术监督局、电子部、电力部、财政部等八部委联合发出《关于公布机械工业第17批节能机电产品推广项目及第16批淘汰落后机电产品项目的通知》，要求于1997年12月31日彻底淘汰JR0、JR9、JR14、JR15、JR16-A、B、C、D系列热继电器。1999年1月22日，国家经济贸易委员会关于《淘汰落后生产能力、工艺和产品的目录》再次彻底淘汰JR0、JR9、JR14、JR15、JR16-A、B、C、D系列热继电器。

随着现代电子技术的高速发展，智能型电动机保护器应运而生。这里以丹东华通测控有限公司生产的PDM系列电动机保护控制器为例，说明一下电动机保护器的保护原理及电气系统（包括智能电动机保护器及智能配电设备）在电厂组网中的应用。

作为电动机保护控制器个体设备，实现就地保护是基本功能，但从电力系统自动化层面来看，其智能通信方面的功能也是特别重要的。PDM系列的电动机保护控制器本身可具有2路RS485通信接口，实现多种协议的选择，如Modbus RTU、ProfiBusDP等，这为产品在自动化系统中的组网提高了灵活性，但目前国内最为常见的双网构架还是采用Modbus RTU组网方案。

智能电动机保护器及智能配电设备（DCS）

电厂中电动机保护控制器与配电产品的应用有着相同的比重。在实现组网的工作中，它们是密不可分的。因此，在讨论组网方案时，不将电动机保护器单独列出，而是从整个电气系统与DCS如何接口方面入手。

目前，在发电厂集散控制系统中（DCS）已得到了广泛的应用，但大都侧重于汽轮机和锅炉，对电气系统考虑较少。主要表现为：电气系统主要的保护、安全自动装置基本独立运行、与DCS系统间通过硬接线方式进行有限的控制和信号交换；电气系统的控制基本上采用常规控制手段，电气系统的测量、保护动作、定值整定、事故追忆、电量报表等电气运行参数在DCS系统无法完整反应。

近年来，各电厂及设计院都致力于提高电气系统的自动化水平，并提出了各种电气系统联网及接入DCS的方案，并在许多电厂组建了相应试点。普遍的观点认为，电气系统接入DCS是一个趋势。这也给电气系统自动化产业提出了新的课题，行业内有实力的厂家都以此为着眼点，努力寻求更为适合电厂现状的解决途径。

以前，系统中的电气量是通过硬接线方式接入DCS的。这些电量（I.U.P等）通过变送器送至DCS模拟量采集板、开关、保护状态等开关量信号通过硬接线方式接入到DCS的开关量采集板。而对控制而言，则是由DCS的开关量输出板卡接至电气系统设备的开关控制回路中。这种方式由于电厂电气部分的设备量大，模拟量与信号量如果都由硬接线方式输入输出，必定造成系统成本高，设计、施工复杂，资源浪费严重、扩展性差、维护困难等问题。

基于独立的ECS系统设想，在ECS系统中通过设备自身的双通信网络功能，首先实现现场间隔层设备的双网架构，保证系统的可靠性。这种方案可靠强、成本稍高。ECS系统可以完全拥有自己的监控中心及数据管理服务器。

图1-19 网络通信管理系统方案一

方案一 间隔层一般采用低速的485/Mo dbus网络，通过DPU（网络通信管理机）进行协议转换，实现高速网络传输（图1-19）。并就地设立ECS系统的监控中心，实现对电力系统自动化的信息采集与管理。通过以太网网关服务器，运用高速网络层将DCS需要的信息上送。(www.xing528.com)

优点：这种方案不仅解决了由DCS系统直接组网而带来的问题，而且ECS系统完全独立，而且运用双网架构提高了系统的可靠性。

缺点：由于信息由ECS系统转送，多了一级硬件设备和软件程序，增加了系统的风险。

方案二 与方案一相比，就是从DPU（网络通信管理机）直接将间隔层设备的信息送至DCS系统，越过ECS系统本身，要求DPU的上行通信接口有足够的冗余接口及协议转换能力（图1-20）。

方案三 可以在前两套方案中，将ECS独立的监控中心取消，直接由DPU上送至DCS系统。这样既可减少电厂组网的成本，又可较为规范的划分DCS与ECS的界线，明确施工责任，解决了DCS厂家与ECS厂家的配合问题。

图1-20 网络通信管理系统方案二

图1-21 网络通信管理系统方案三

在这里，后两种方案在电厂应用比较多，但无论哪种方案，DPU（网络通信管理机）设备的软硬件技术水平都将成为组网的关键。

图1-22 2000R^+型网络通信管理系统

一般情况下，网络通信管理机应由低压配电和保护设备厂家提供，这样在系统实际操作时对各系统的兼容性较好，调试配合上更为合理，下面就2000R⁺型网络通信管理机的原理加以说明（图1-22）。

2000R⁺型网络通信管理机可以称为小型数据采集前置机，完全具有独立于任何系统而完成下行数据采集与整合功能的装置。2000R+具有多下行口（根据具体型号不同可有2～8个下行采集口），设备内部的CPU-A实时依据2000R+配置信息表完成采集模拟量及开关量的工作，并将信息存储至内部的RAM中。设备的上行通信口（RS485或以太网）根据不同网络的组网需要，将RAM中的数据信息通过多上行口冗余上送至DCS个系统或同时上送至DCS与ECS系统中，并且实现数据传输的绝对独立、互不干扰。