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摘要：隨著電氣自動化技術的發展，煉化企業對低壓電機的保護、控制、維護管理提出了新的要求。現主要針對低壓電機綜保的功能和故障案例進行探討，并探究提高自控設備可靠性的策略。

關鍵詞：低壓電機綜保；電氣自動化；現場總線；終端電阻

1低壓電機綜保的功能

電氣自動化具有強弱電、模/數、軟件與硬件相結合的特點，涉及電力、電子、過程控制、計算機、通信等多個專業，具有交叉學科的性質，現在已經成為生產運行的重要技術保障。電氣自動化控制設備的可靠性直接影響著自動化控制系統的穩定性，而電機綜保是目前電氣自動化中非常重要的電機保護裝置。

1.1低壓電機綜保概述

傳統的低壓電機保護，一般以熱元件為主，保護功能單一、精度差，而低壓電機綜保在功能上實現了大幅度的飛躍。低壓電機綜保采用微機對電動機的運行參數實施監控，它可以對電動機提供過載、過熱、外部故障、堵轉、缺相不平衡、低電壓、過電壓、負序、欠載、接地等保護，并有測量、操作控制、自我診斷、運行、故障錄波、維修和診斷數據記錄功能，可配置現場總線與上位機（DCS等）組成整個自動化系統。圖1為低壓電機綜保典型結構圖Mapping表是綜保數據與DCS數據進行關聯、交換的一個映射，類似一個翻譯的功能。采用通信方式后低壓綜保可以傳輸電流/功率這樣的模擬量信號，而且可根據需求按實際傳輸或百分比傳輸，也可以傳輸狀態、故障，或接收正轉、反轉、停車、鎖定等命令信號。這些數據可根據各企業需求而定制。

1.2低壓電機綜保與傳統保護的區別

如表1所示，低壓電機綜保對于傳統保護來說有了質的飛躍。

1.3電機綜保的部分功能介紹

1.3.1低電壓再啟動（抗晃電功能）煉化裝置對設備的連續穩定運行要求非常高，當電網因雷擊、短路或其他原因而發生短時電壓波動時，電動機因此停車后，如何在短時間內可靠地恢復生產運行是我們需要解決的問題。而這使用綜保功能都很容易實現，只要考慮綜保控制電源的穩定，在綜保里設置好相應參數，裝置就能在電網波動電壓恢復到重啟動電壓定值以上時，根據失電時間確定立即重啟、延時重啟或不重啟。該功能對煉化企業具有重要意義，其能在晃電發生后的極短時間內保證生產設備按優先等級分批重啟，減輕事故后果。1.3.2電機運行管理功能利用報警菜單，可根據“設備位號”“時間”“變位信息”“故障類型（Alarm/Trip）”等字段對故障信息進行排序，為故障分析處理帶來極大的方便，尤其是在發生系統故障時，有利于找出初始故障點，為快速恢復生產提供技術支持。低壓電機綜保除電機保護控制功能外，還能為技術管理人員制定電機維護策略提供詳實的數據支持。電機綜保可以提供電機的實時電流、熱容量、功率、累積運行時間、啟動次數等數據，同時可根據需求設定累積運行時間的提示告警，這些信息可以為用戶對電機進行維護管理提供詳實的歷史數據，以便制定具有針對性的維護策略，提高預防性維修的準確性。另外，一些綜保還能對各測量值進行錄波，為故障判斷提供依據。

2常見故障分析

下面介紹一些典型事故案例，供大家參考。

2.1通信故障

如果采用通信控制的方式，那么必然要求通信穩定性極高，通信中斷不僅會使上位系統無法采集到信息，還會出現失控的狀態。因此，在發生通信故障時如何迅速找到故障點成為亟待解決的問題。經驗判斷法：依賴運行維護人員的工作經驗，通過一些典型故障現象，先初步判斷是單點的通信故障還是線路故障，然后逐一排查。一般來說，單一的設備故障大多為綜保本身的原因所致，用替換備件的方法來試驗。而線路上的故障，需要維護人員對網絡的拓撲結構非常熟悉，知道每個分支、節點的作用，必要時也可借助一些診斷軟件查找故障點。一般除因接觸不良、斷線引起的故障外，另一個需要重視的地方為線路中的終端電阻。Profibus網絡連接器已經內置了終端和偏置電阻，通過一個DIP開關接通或斷開。網絡終端的插頭其終端電阻開關必須放在“ON”的位置，中間站點的插頭其終端電阻開關應放在“OFF”位置。雖然每個DP插頭都配置有終端電阻，但當最后一個節點因檢修隔離時，將引起網絡通信異常或無法通信。為了抑制RS485信號的反射和畸變，DIP開關需要置“ON”位，由DP插座上的6腳和5腳提供DC5V工作電源使終端電阻起作用。當終端站點停電時，將引起網絡通信異常或無法通信，所以末端終端電阻必須使用有源終端。如圖2所示，當最后一個設備停電檢修時，回路中仍然有終端電阻存在，不會影響整個網絡的通信。

2.2固件升級帶來的影響

一些低壓微機綜保因專利保護的因素，其底層一些邏輯功能是不開放的，外部用戶不能知悉其中的邏輯功能，則只能使用其上層開放的一些參數配置和典型的應用方案。案例一：某進口電機綜保功能強大，人機界面也非常友好，判斷故障查詢排序方便，但其內部的邏輯功能是封閉的，用戶不僅不能二次開發，甚至對其邏輯功能也無法知悉。案例二：某企業更換一批舊的綜保后，發現新的綜保在一些大功率電機上出現一啟動就報“接地跳車”的故障，而電機本身并沒有故障，換上舊的綜保后此故障就不再出現。因沒有其底層的數據，只能推測新版本的V2.4e的綜保是不是升級后更改了邏輯。發函詢問研發人員，果然得到其回復：在V2.4b版本后，接地、不平衡保護等在啟動階段就投入，造成大功率電機尤其是風機類負載啟動時保護誤動。解決辦法：經廠家確認，新的綜保重新刷入舊版的固件配置文件后，故障解除。在此也希望廠家研發人員在更新時注明更新的內容，并告知用戶。

2.3直流接地

控制電源是綜保最脆弱的地方，一般多分支接地是因為多個電源點造成了正負電源接地問題。由于自動化系統中每個故障分支都會共享終端系統，所以多分支接地問題查找十分困難。如果出現了一條接地線路，其他支路點依然存在，此時需要對供電系統進行排查，處理十分繁瑣[1]。案例：某低壓電機綜保采用DC24V（±12V浮地）控制電源，由直流屏集中供電。直流屏饋線支路眾多，當發生某一回路正接地或負接地時，直流屏就會報警，運行及維護人員需在短時間內查出故障點，否則當發展到正負饋線都接地時，整個24V系統將崩潰，系統中的低壓電機綜保都會跳閘。而目前的查找辦法還只停留在試拉回路上，需要工藝生產能配合切換負載才行。

3提高低壓電機綜保可靠性的策略

低壓電機綜保作為電氣自動化控制設備中重要的一環，受到各方面影響，又因其高度集成化、抗壓能力弱[2]，并且可能由于一個很小的故障導致設備停止運行，因此要想對其故障進行預防，不僅要考慮傳統繼保維護策略，還要考慮其外圍設施、附近的其他電氣設備等等，其中最首要的是在設計階段就要統籌考慮。

3.1控制電源的選擇綜保的控制電源選擇

集中供電方式還是獨立供電？集中供電：此方式便于實現低電壓再啟動功能，不用對每個綜保進行單獨配置，利于型號圖紙統一。但對整個系統風險較大，直流屏故障或者直流母線故障都會造成整個系統的崩潰，而且對于一些需要工作地的負載，用直流屏集中供電也不合適。獨立供電：此方式單個綜保故障不會影響整個系統的運行，但如要實現低電壓再啟動功能，該綜保就需要安裝抗晃電模塊，比集中供電在電路設計上要稍復雜些，而且影響抽屜的互換性。雖然抗晃電模塊所能支撐的時間大約也就幾秒，但對短時的電網波動還是有效的。

3.2冗余機制

為了保障控制的可靠性，需應用冗余資源來克服設備故障，這里的冗余技術主要指硬件冗余。通信能實現以前難以實現的數據遠傳和遙控功能，但通信質量受太多因素干擾，一旦通信中斷，就將十分危險。在設計時應保留部分硬線控制功能，在特別重要的設備上還要保留硬線傳輸的作用。而對通信要求高、有通信控制要求的場合來說，單通信系統就需要有冗余機制。以下對通信冗余做一個簡單闡述。通信冗余：在設計時配置通信介質的冗余，并采用與其配套的軟件檢測、信息校驗、時間冗余等措施。（1）Profibus系統。Profibus采用串行通信方式，速度快，但其系統可靠性卻由此受到制約，電機綜保在整個自動化系統中只是從站的角色，要實現冗余功能，需滿足3個條件：1）至少從站設備上有2個通信口；2）2個獨立的Profibus從站協議棧；3）一個在2個協議棧之間進行數據與狀態信息交換的冗余通道[3]。滿足以上要求的設備非常少，只有少量國外廠商推出過相應產品。（2）Modbus系統。Modbus所有節點連到一條公共總線上，某個節點故障一般不會影響到其他節點的工作，可靠性高。要滿足冗余條件，每個設備也需要有2個通信口，再配合冗余的通信管理機，就能實現比較理想的冗余功能。目前已經有大量國內廠商推出了相關產品[4]。不管采用何種協議，變電站至儀控中心的長距離通信線都是非常重要的傳輸介質，長距離應盡量采用光纖通信。另外有一個比較成熟的方式，即在綜保與上位機的中間安裝特定的網關或者通信管理機，只需要對通信管理機或網關進行冗余配置，這樣所花的費用不高，又能達到長線路冗余的作用，而且還能帶來另一個好處———儀控中心的上位機只需對這個網關/通信管理機進行訪問，這就極大地提高了通信效率，而網關/通信管理機對下游每個綜保的通信，因為距離較短，可以采用更高速的通信方式，所有的通信協議轉換都可以在通信管理機中實現。典型的通信結構如圖3所示。通信線的布線方式、與臨近的動力線距離、終端電阻、控制回路的阻容吸收、中間繼電器的隔離等都關系到設備投運后的穩定性。

3.3定期維護

這里的“定期維護”并不僅僅指硬件上的維護保養、定期更換，還有一個更重要的方面———軟件參數的定期備份。低壓綜保龐大的數據庫如果不進行專業維護，定期更新保存，當有需要時將會非常被動。另外，受系統開發因素的影響，幾年前開發的綜保監控平臺是在當時的計算機操作系統下運行的。而隨著計算機本身從32位系統發展為64位系統，工業軟件是否能相應升級也成為需要考慮的問題，這一點在設備選型設計時需要有所預判。

4展望與建議

低壓綜保已經不算特別新的技術，很多企業早已采用，只是使用深度不同，有的只用了其中的保護功能，有的用到信號傳輸功能，有的需要遠程控制，更深的用到設備管理功能。至于運用到哪一層，需要各企業內部評估，涉及人員、工藝操作習慣、設備管理等眾多因素。低壓綜保的應用關系到整個工藝生產的可靠性，如果人員或現場條件不具備，直接做深度應用，未必能達到相應的效果。本文還只是對硬件方面的應用進行了討論，而軟件方面涉及不多。對于整個電氣自動化系統來說，電機綜保的內部邏輯和與外部溝通的協議機制，包括人機界面、數據檢索功能等是電機綜保運用的核心，這之中更體現出了人的因素和價值，還有待于我們更深入地學習、理解、開發，這對電氣從業人員來說又是一個新的探索方向。另外，從設備管理角度上講，自動化設備的分級管理、專業的維護及使用也對電氣從業人員提出了更高的要求[5]。最后也對設備研發人員提個建議：在研發時充分考慮技術及相關平臺的發展，做好將來升級的準備，避免用戶被動地整體更新。

［參考文獻］

[1]劉彧揮.電氣自動化系統接地問題分析與研究[J].數字通信世界，2019（5）：252.

[2]鄭欣.提高電氣自動化控制設備可靠性的策略[J].中國新通信，2019，21（10）：225-226.

[3]許小林.PROFIBUS-DP控制系統可靠性技術研究[D].杭州：浙江大學，2003.

[4]王克靜.MODBUS通信冗余系統[J].電器工業，2011（10）：59-61.

[5]趙志兵.電氣自動化控制設備故障預防與檢修技術[J].城市建設理論研究（電子版），2015，5（34）：153.

作者：李瀟 單位：上海賽科石油化工有限責任公司