低壓電動機原理圖分析

劉文華，孫文玲

(1.中國五環(huán)工程有限公司，湖北 武漢 430223；2.湖北省水利水電科學(xué)研究院 ，湖北 武漢 430070)

低壓電動機是工程中使用最多的用電設(shè)備，電動機的控制和保護關(guān)系到電氣系統(tǒng)運行操作的穩(wěn)定性、安全性。GB50055《通用用電設(shè)備配電設(shè)計規(guī)范》[1]詳細闡述了低壓電動機的保護、低壓交流電動機的主回路和低壓交流電動機的控制回路，從規(guī)范可知，推薦低壓電動機的主回路，其包括以下原件：低壓斷路器(可滿足隔離功能和短路保護功能)、接觸器(可滿足控制功能，或者稱為控制器)、熱繼電器(目前有使用低壓電動機保護器，其滿足過載保護功能和附加保護功能)。低壓電動機的控制回路應(yīng)裝設(shè)隔離電器和短路保護電器，自動控制或連鎖控制的電動機應(yīng)有手動控制和解除自動控制或連鎖控制的措施。規(guī)范給出了基本的控制要求，需要根據(jù)不同的一次元件和柜型給出適合的原理圖。目前，低壓柜的選型以抽屜柜為主，抽屜柜有方便檢修、互換性強和使用安全的優(yōu)點，熱繼電器在開關(guān)柜中逐漸被電動機保護器替代，本文將探討采用電動機保護器替代熱繼電器電動機的控制原則。

1 控制要求

目前，在國內(nèi)設(shè)計工程師使用非常廣的必備手冊——《電力工程設(shè)計手冊—火力發(fā)電廠電氣設(shè)計二次設(shè)計》[2](本文后面稱為“手冊”)中，對低壓電動機原理圖介紹如下：①“空氣斷路器配電子脫扣器的電動機接線圖”是和中壓電動機原理圖一樣用直流電源做控制電源，僅適用于大功率的低壓電動機和發(fā)電廠中考慮聯(lián)鎖、信號、低壓穿越等因素場所，這種控制方式正在逐步減少；②“采用塑殼開關(guān)、接觸器及電動機保護器組合式的電動機接線圖”是目前大部分低壓電動機的控制方式。雖然是按抽屜柜繪制，但整個控制回路是僅適合于PLC或者DCS來控制，不適合現(xiàn)場的按鈕控制，通常采用電動機保護器自身產(chǎn)生的DC24V來給控制回路供電，在現(xiàn)場有控制按鈕時易干擾，且使用了電動機保護器的控制功能，和中壓原理圖比較接近，但和原來的低壓原理圖有非常大的不同；③“振打電動機典型控制接線圖”給出了抽屜柜的試驗回路(專門試驗接觸器線圈是否能正確動作，強調(diào)了試驗回路的作用)。

《常用風(fēng)機控制電路圖》10D303-2和《常用水泵控制電路圖》10D303-3是使用非常廣的標(biāo)準安裝圖集，里面全部是現(xiàn)場成套柜的原理圖，且采用的是熱繼電器做過負荷和斷相保護，在抽屜柜中使用時需要轉(zhuǎn)換。

按照上述手冊和標(biāo)準圖繪制的抽屜柜電動機原理圖，在實際工程使用中會給工作人員帶來了許多疑問，特別是電動機保護器的大量使用，是應(yīng)采用控制模式還是保護模式(按熱繼電器型式繪制回路)。以下將探討何種低壓抽屜柜原理圖可滿足電動機操作的穩(wěn)定性、安全性。

2 原則

低壓抽屜柜一般有工作位、試驗位和隔離位等。有試驗位的要注意試驗電源取自何處及與工作位電源是否有區(qū)別、有了試驗位需要試驗的內(nèi)容，以及是否僅試驗接觸器線圈完好就可滿足需要等關(guān)鍵點。筆者認為這是最低要求，如果能滿足試驗整個控制回路則更好，這通常僅在開關(guān)柜上有開停按鈕的情況下才能實現(xiàn)，但有些工程在低壓柜上沒有開停按鈕，需要增設(shè)試驗位的試驗按鈕來完成試驗接觸器線圈。

控制電源通常都取自一次回路上側(cè)，也有許多項目工作位的控制電源取自抽屜柜內(nèi)斷路器下側(cè)、接觸器上側(cè)?？傮w來說，取自主回路斷路器上側(cè)比較好，這和UPS供控制電源的二次回路是完全一致的，同時，即使控制回路改成直流電源，也不用修改原理圖。所以這里推薦的控制電源通常取自主回路斷路器上側(cè)，而不從抽屜里柜的斷路器下側(cè)取。

低壓電動機接觸器的合閘和跳閘是同一線圈，且線圈是長時通電工作，所以控制回路和和過載保護(二次回路)的輔助點都串接在接觸器線圈上。有急停串聯(lián)在接觸器線圈上即可滿足急停要求，這是低壓電動機的典型原理圖，即使采用電動機保護器替代熱繼電器，最好也采用這種接線方式，這就是電動機保護器的保護方式。手冊上電動機保護器的控制方式與保護方式相比有許多不合理之處，需要較大修改。如有急停，則需要修改電動機保護器的控制。根據(jù)故障安全的設(shè)計理念，緊急停車系統(tǒng)應(yīng)采取失電聯(lián)鎖的設(shè)計來跳閘，即平時是邏輯“1”，在要緊急跳，1變位為0來完成跳閘(這是工藝保護連鎖停車理念)。在這種保護方式下，串聯(lián)在線圈中即可輕松實現(xiàn)，若采用控制方式，還需要增加中間轉(zhuǎn)換。

所有的開停都和接觸器線圈串聯(lián)，造成這個回路的導(dǎo)線太長，對交流電源作控制電源線路電容太大，無法停車，設(shè)計時要高度重視，采取相應(yīng)措施減少線路長度。關(guān)于控制線路長度的計算，詳見《工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊》[3]。

完整的信號指示。對電氣專業(yè)來說，紅燈為運行，綠燈為停止，通常采用雙燈來監(jiān)視主回路是否帶電。強調(diào)不要忘了故障指示，通常使用黃燈來指示故障，而手冊沒有繪制故障指示燈，不夠完善。

備妥信號表示電氣準備好了，工藝可以遠方合閘，現(xiàn)在大部分控制都是要自動控制來完成，所以這備妥信號特別重要。

3 案例設(shè)計

圖1是低壓電動機的主回路圖，從圖可知，斷路器QF和接觸器KM及電動機保護器KO放置在抽屜中，控制回路的電源L31，N 取自主回路的上側(cè)。斷路器要和控制電器(接觸器及電動機機保護器)協(xié)調(diào)配合(協(xié)調(diào)配合的要求見GB50055《通用用電設(shè)備配電設(shè)計規(guī)范》[1])，這通常需要通過試驗來完成，在熱繼電器做過載保護時，要求斷路器、接觸器及熱繼電器選型必須為同一家廠家。但電動機保護器通常不是和斷路器、接觸器同一生產(chǎn)廠家，可通過整定電動機保護器電流大小來決定是跳接觸器，還是閉鎖接觸跳閘出口，啟動跳閘斷路器分勵脫扣來完成跳閘。

圖1 低壓電機主回路圖

電動機保護器的電壓回路取自斷路器上側(cè)，應(yīng)不受斷路器是否合閘的影響。電流回路最好采用保護和測量回路都能滿足的電流互感器，最低要求也是優(yōu)先滿足保護回路要求的電流互感器，通常這應(yīng)讓電動機保護器廠成套。

圖2是低壓電動機的控制保護圖(低壓柜面板上沒有跳合閘按鈕)，L31，N取自主回路的上側(cè)。

圖2 低壓電動機的控制保護圖(低壓柜面板沒有跳合閘按鈕)

有試驗回路，所以必須增設(shè)試驗按鈕SB10來測試接觸器線圈好壞(這是最低要求)，但不能測試整個控制回路是否完整。

因為電源取自主回路斷路器上側(cè)，工作位需要串聯(lián)主斷路器QF的輔助接點，否則主斷路器沒有合閘，信號燈可以顯示合閘，帶來錯誤的指示，且使雙燈監(jiān)視自身主回路電源的功能消失，所以必須串聯(lián)主斷路器的輔助接點。

電動機保護器的電源取自L31，保證了電動機保護器KO不受本回路電源限制，保證了上傳數(shù)據(jù)的可靠和穩(wěn)定。斷路器的報警觸點QFa也接在這電源上，保證了在工作位時不會因主斷器保護跳閘，而使2KA中間繼電器的控制電源消失，防止給出錯誤信號。

控制回路上僅有DCS開停以及現(xiàn)場操作箱合閘按鈕SB1和跳閘按鈕SB2，SA為現(xiàn)場轉(zhuǎn)換開關(guān)，進行現(xiàn)場操作箱合閘和DCS合閘的二取一，本圖的優(yōu)先級為現(xiàn)場優(yōu)先，所以SA放置在現(xiàn)場操作箱，設(shè)置中間位也是保證現(xiàn)場有明確的檢修斷點(這就滿足了規(guī)范要求的自動控制或連鎖控制的電動機應(yīng)有手動控制和解除自動控制或連鎖控制的措施)。KO-308點是防晃電功能(其作用是在一次回路電源失電、控制回路也失去電源的情況下，KO-308和KO-309的常開點閉合一個時間段，當(dāng)秒級的晃電結(jié)束后，電機能自動運行)，需要根據(jù)電動機保護器的樣本來整定晃電的時間。

QF-MX是斷路器的分勵脫扣線圈，需要根據(jù)樣本來決定多少倍電流，從而保證電動機保護器閉鎖KM的動作而跳斷路器，靠這來滿足協(xié)調(diào)配合(而不是試驗)。相比原來的試驗，給設(shè)計者帶來了更方便的選型。

接觸器狀態(tài)。斷路器的輔助觸點和報警觸點接入電動機保護器。電動機保護器故障報警用1KA中間繼電器來增加觸點，另故障指示采用黃燈。這些都不受試驗電源和工作電源的影響。

備妥信號是去工藝DCS，現(xiàn)場SA放置在遠控位置，無保護動作且主斷路器已經(jīng)合閘，對電氣的要求全部就緒，遠方DCS可以合閘，所以稱為備妥。

圖3是低壓電動機的控制保護圖(低壓柜面板上設(shè)跳合閘按鈕)，L31，N取自主回路斷路器的上側(cè)。試驗位和工作位并聯(lián)作為控制電源(也可直接取消試驗位和工作位)。

圖3 抵押電動機的控制保護圖(低壓柜面板上設(shè)跳合閘按鈕)

因為電源取自主回路上側(cè)，信號燈回路需要串聯(lián)主斷路器QF的輔助接點(3KA中間繼電器為擴充接點數(shù)量)，否則主斷路器沒有合閘，信號燈能顯示合閘，帶來錯誤的指示。

控制回路上有DCS開停和現(xiàn)場操作箱合閘按鈕SB1和跳閘按鈕SB2，開關(guān)柜面板上的合閘按鈕SB10和跳閘按鈕SB20，SA為現(xiàn)場轉(zhuǎn)換開關(guān)，其保證是四取一，本圖的優(yōu)先級為現(xiàn)場優(yōu)先，所以SA放置在現(xiàn)場操作箱，設(shè)置檢修位也是保證現(xiàn)場有明確的檢修斷點。KO-308點是防晃電功能，需要根據(jù)電動機保護器的樣本來整定時間。

其他和圖2沒有區(qū)別，主要區(qū)別就是開關(guān)面板上的合閘按鈕SB10，跳閘按鈕SB20不僅是試驗位可開停，并且是工作位也可開停。

圖2和圖3的選擇根據(jù)設(shè)計者是否需求低壓柜面板上要合閘和跳閘按鈕來決定。

4 結(jié)語

通過比較手冊和標(biāo)準圖里的低壓原理圖，結(jié)合許多項目的實際需求，提出了低壓抽屜柜原理圖的要求和原則，且給出低壓柜上是否有跳合閘按鈕的兩種詳細原理圖，希望能較為全面、清晰地闡述低壓電動機控制回路，滿足電氣系統(tǒng)運行操作的穩(wěn)定性、安全性。