3、目 MPE 存在的不足
合理的电参量实时采集和优良的电动机保护是HVAC系统实现能效控制的基础， 虽然目市场上可供选择的数字式电动机综合保护装置产品并不少见，例如ABB的 ESD2000M102马达管理中心、Acrel的3 000 电力监控系统等。但是在变频调速控制系统的应用中不同程度地存在些问题。
（1）欠压保护错误报警
在 HVAC系统中水泵电动机负载特性为泵式负载，空载或者欠载都可能会对电动机造成危害。所以，目大多数智能电动机保护器或电动机管理中心产品（以下统称 MPE ）标配了欠载报警和脱扣保护功能，如ABB M101/2系列甚至还配置了空载保护功能。其机理是根据电流和额定电流IN的比值判断是否启动欠载（空载）保护。JB /T10613 - 2006《数字式电动机综合保护装置通用技术条件》 中 5. 6.1.11欠功率保护（或欠电流保护）规定：“产品的欠功率保护（或欠电流保护）动作或报警功率值和延时时间误差不超过 ± 10 % 。
a.整定值范围：0.20 ～ 0.95 倍额定功率或0.20 ～ 0.95 倍额定电流；
b.延时动作时间范围：1s ～60 s 。”
也就是说欠载保护动作整定值被设定为20％I N ，目部分产品仅向用户提供报警、脱扣和先报警后脱扣三种保护方式供选择。该项目选择的是100 A规格产品，欠载电流值给定为20A。通常在工频工况下考虑到电动机空载电流等因素，将37 kW、 69. 8 A 电动机的欠载电流值设定为20 A还是合理的。可是在变频调速工况下，当变频器输出U / f（电压和频率）均较低时，电动机的运行电流要比工频额定电压工况下小的多，这样在低负荷工作区内MPE 就会反复出现欠载保护误动作故障。该项目现场实测部分数据见表 1 。
表 1 运行记录 （节选）


可见，当水泵电动机在 36 Hz 以下运行时，MPE就会出现错误的欠载保护动作。 更严重的是，由于“狼来了”效应造成故障报警指示灯常亮，致使保护器其他保护报警功能丧失作用。当然还可以按69.8A×20%整定欠载电流值为13.96 A ，但是，依然不能满足更低U/f 条件下的低负荷工况。解决的方法有：
a.直接选用不具备欠载/空载保护功能的 MPE 。
b.屏蔽 MPE 欠载保护功能，设定为只报警不脱扣。这样可以排除保护器欠载保护脱扣误动作故障，规避了因脱扣保护误动作导致的停机事故。但是因故障报警指示灯常亮， 致使保护器其他保护报警功能丧失作用的缺陷仍然无法排除。
c.选用能够向用户提供“报警”、“脱扣”、“先报警后脱扣”功能选择开关的产品。 手动屏蔽其欠载保护功能，即将此功能设置在 “关闭”状态。其他保护功能保持开启状态。
显然上述三种解决方法均与JB /T10613 -2006规范要求不符，尚有待进步完善。

（2）有功电量计量偏差
MPE在线计量的是包括变频器在内的电动机实际消耗电能。在传统的感应式三相有功电量计量表中作用于旋转铝盘的转动力矩M与被测量电路的有功功率成正比：M∝K·UI·cosφ，其中：K为比例常数，U为线电压/V，I 为线电流/ A ，cosφ为电动机功率因数。而 MPE 是建立在现代数字信号处理技术基础上，采用数学模型，对于非正弦波信号普遍采用了真有效值计算模式，且在此基础上累计电量。另外，还要对因互感器、电路系统等引起的相位误差进行数值修正，公式略。在该案例中我们关注的是系统交流输入侧电压、电流以及功率和耗电量。变频器输入侧电流的波形受到多种因素影响，其电流大小随负荷变化而变化，导致电流分量波形畸变，含有大量的谐波分量。显然，在不同的输入电压波形和不同的输出U /f ，以及不同负荷条件下，输入电流波形是完全不同的。例如，在感性负荷电路中其输入电流波形中的高次谐波会得到定程度的抑制，如图 2（a ）所示。可是图 2（b）给出的波形中不但包含大量的低次谐波，而且其谐波含量和幅值均是随着负荷大小的变化而变化。在这种情况下，企图仅仅利用滤除低次谐波的方式去排除计量误差就缺乏明确的物理意义和误差计算标准，难以用于计量仪表，故多用于监测和简单估计。相比之下，采用整流式仪表，测量结果实际上是基波与所有谐波有效值之和。 虽然与测量基波有效值的要求仍有定距离，但由于它有明确的物理意义，因此有定的参考价值。

因此，通过解析表达式定量地计算变频器输入侧电流比较困难， 在工程上也不实用。 由于采样算法的不同，导致 MPE 与配电柜感应式三相有功电量表两者之间计量出现较大偏差， 在该案例中日偏差量甚至可达到数十 kWh 。鉴于该项目配电柜计量表计 （感应式模拟表计）为缴费依据，故与生产商协作，选用了具有相似算法的 M203 MPE，使得上述缺陷得以改善，实时的电参量采集与传输技术要求得以满足。

四、MPE 智能电动机综合保护器
与传统的脉冲输出电量表相比，MPE具有更高的电信号采集与传输速率，与传统热继电器不同的是 MPE 功能完善，集检测、保护和控制等功能于体，测量参数丰富，保护功能完善， 控制功能基本齐全。在针对性地解决了上述技术羁绊的基础上，该案例采用了 M203 高性能智能电动机综合保护器，为该项目节能提供了较为理想的技术手段。
1、信号检测功能
M203配置CT125“3＋0”体化互感器，在不同规格中均可测量7倍电动机额定电流以上的电流过载，当电动机I e≤315 A则无需另外配置电流互感器。如果选用支持标准电流互感器（5A /1A）的转接器CT130还能满315 A＜I e≤630A的电动机保护和测量。除了可在线监测常规的三相线电压、相电压、三相电流以及电网频率、有功功率等电参数之外，M203还能同时提供三相电压不平衡度、相序、三相电流不平衡度、零序电流和功率因数、视在功率、无功功率，以及消耗电量、运行时间等监测参量，并具有记录电网晃电次数的功能。

2、电动机保护功能
M203具备电动机保护功能：过载、欠载、电流不平衡、过压、欠压、电压不平衡、堵转与短路智能识别、接地保护、PTC/NTC 温度保护、增安型t E 保护、相序保护、启动超时等报警和保护功能。
与同类产品相比，M203具备鲜明的保护特性。基于Microchip公司的工业高性能16 位 DSP芯片，内置12位A/D转换器硬件基础，以及多种电动机负荷工作状态热力学数学模型，较好地模拟了电动机发热散热规律，保护器反时限脱扣，使其具备丰富的智能运算和诊断功能，见图 3 ～ 图 6 。







采用时域特征智能识别算法，自动生成特征参数，无需人工干预即可准确区分电动机启动电流与堵转故障特性（见图 6），及时做出相应保护反应。
拥有的短路故障“多特征融合模式识别技术”，通过综合采集电动机的过载、相间平衡度和功率因数等多参量并进行分析，迅速准确地捕捉电动机相间短路故障特征并做出及时保护反应。 尤其是在短路电流和启动电流值相当， 甚至小于启动电流的情况而无法采用幅度鉴别保护时将十分有用。

3、电动机控制功能
具备6个开关量隔离输入，可实现远程开机、停机、复位和工艺联锁控制。支持全压直接启动、 Y-△降压启动、自耦降压启动，以及正反转、软启动和变频等多种电动机启动、 运行方式。Y -△降压启动、自耦降压启动除具有“转换时间”工作模式外，还支持电流检测自动转换工作模式，摒弃了传统时间/中间继电器控制环节，使得二次控制电路简洁明了。在减少设备元器件故障率的同时还可避免人工设置启动时间的繁琐和误操作。

4、数据通信功能
通过M203标配的 RS485通信接口和 Modbus-RTU通信协议，上位机可对多台 M203 实施遥测、遥信、遥调、遥控，实现测量、控制自动化。还可通过编程设定将三相电流、电压、平均值、功率等电参数变换为 4 ～ 20 mA 电流模拟量输出，为系统的电参数采集与组态提供方便。
尽管理论上个串口可以连接127台M203，但是在实际工程中，建议每个串口联机台数以≤32为宜。在调试中可视实际态势在网络始端台和末端台M203 通信 A、B 端口之间并联枚1/16 W120Ω金属膜电阻，达到平衡网络的目的。

5、其他
M203 128×64点阵式蓝屏 LCD 提供中文对话窗口，向用户开放各种报警/保护参量的额定设置和查询功能，并以声光型式提供故障信息。M203采用96×96面板安装型式，使得机柜面板布置更加简洁，巡检更加方便，在空间狭小的MNS柜中安装时更具空间优势。

五、安科瑞智能电动机保护器介绍
1、产品介绍
智能电动机保护器(以下简称保护器)，采用单片机技术，具有抗干扰能力强、工作稳定可靠、数字化、智能化、网络化等特点。保护器能对电动机运行过程中出现的过载、断相、不平衡、欠载、接地/漏电、堵转、阻塞、外部故障等多种情况进行保护，并设有SOE故障事件记录功能，方便现场维护人员查找故障原因。适用于煤矿、石化、冶炼、电力、以及民用建筑等域。本保护器具有RS485远程通讯接口，DC4-20mA模拟量输出，方便与PLC、PC等控制机组成网络系统。实现电动机运行的远程监控。

2、技术参数
（1）数字式电动机保护器