刘文华，孙文玲

(1.中国五环工程有限公司，湖北 武汉 430223；2.湖北省水利水电科学研究院 ，湖北 武汉 430070)

低压电动机是工程中使用最多的用电设备，电动机的控制和保护关系到电气系统运行操作的稳定性、安全性。GB50055《通用用电设备配电设计规范》[1]详细阐述了低压电动机的保护、低压交流电动机的主回路和低压交流电动机的控制回路，从规范可知，推荐低压电动机的主回路，其包括以下原件：低压断路器(可满足隔离功能和短路保护功能)、接触器(可满足控制功能，或者称为控制器)、热继电器(目前有使用低压电动机保护器，其满足过载保护功能和附加保护功能)。低压电动机的控制回路应装设隔离电器和短路保护电器，自动控制或连锁控制的电动机应有手动控制和解除自动控制或连锁控制的措施。规范给出了基本的控制要求，需要根据不同的一次元件和柜型给出适合的原理图。目前，低压柜的选型以抽屉柜为主，抽屉柜有方便检修、互换性强和使用安全的优点，热继电器在开关柜中逐渐被电动机保护器替代，本文将探讨采用电动机保护器替代热继电器电动机的控制原则。

1 控制要求

目前，在国内设计工程师使用非常广的必备手册——《电力工程设计手册—火力发电厂电气设计二次设计》[2](本文后面称为“手册”)中，对低压电动机原理图介绍如下：①“空气断路器配电子脱扣器的电动机接线图”是和中压电动机原理图一样用直流电源做控制电源，仅适用于大功率的低压电动机和发电厂中考虑联锁、信号、低压穿越等因素场所，这种控制方式正在逐步减少；②“采用塑壳开关、接触器及电动机保护器组合式的电动机接线图”是目前大部分低压电动机的控制方式。虽然是按抽屉柜绘制，但整个控制回路是仅适合于PLC或者DCS来控制，不适合现场的按钮控制，通常采用电动机保护器自身产生的DC24V来给控制回路供电，在现场有控制按钮时易干扰，且使用了电动机保护器的控制功能，和中压原理图比较接近，但和原来的低压原理图有非常大的不同；③“振打电动机典型控制接线图”给出了抽屉柜的试验回路(专门试验接触器线圈是否能正确动作，强调了试验回路的作用)。

《常用风机控制电路图》10D303-2和《常用水泵控制电路图》10D303-3是使用非常广的标准安装图集，里面全部是现场成套柜的原理图，且采用的是热继电器做过负荷和断相保护，在抽屉柜中使用时需要转换。

按照上述手册和标准图绘制的抽屉柜电动机原理图，在实际工程使用中会给工作人员带来了许多疑问，特别是电动机保护器的大量使用，是应采用控制模式还是保护模式(按热继电器型式绘制回路)。以下将探讨何种低压抽屉柜原理图可满足电动机操作的稳定性、安全性。

2 原则

低压抽屉柜一般有工作位、试验位和隔离位等。有试验位的要注意试验电源取自何处及与工作位电源是否有区别、有了试验位需要试验的内容，以及是否仅试验接触器线圈完好就可满足需要等关键点。笔者认为这是最低要求，如果能满足试验整个控制回路则更好，这通常仅在开关柜上有开停按钮的情况下才能实现，但有些工程在低压柜上没有开停按钮，需要增设试验位的试验按钮来完成试验接触器线圈。

控制电源通常都取自一次回路上侧，也有许多项目工作位的控制电源取自抽屉柜内断路器下侧、接触器上侧。总体来说，取自主回路断路器上侧比较好，这和UPS供控制电源的二次回路是完全一致的，同时，即使控制回路改成直流电源，也不用修改原理图。所以这里推荐的控制电源通常取自主回路断路器上侧，而不从抽屉里柜的断路器下侧取。

低压电动机接触器的合闸和跳闸是同一线圈，且线圈是长时通电工作，所以控制回路和和过载保护(二次回路)的辅助点都串接在接触器线圈上。有急停串联在接触器线圈上即可满足急停要求，这是低压电动机的典型原理图，即使采用电动机保护器替代热继电器，最好也采用这种接线方式，这就是电动机保护器的保护方式。手册上电动机保护器的控制方式与保护方式相比有许多不合理之处，需要较大修改。如有急停，则需要修改电动机保护器的控制。根据故障安全的设计理念，紧急停车系统应采取失电联锁的设计来跳闸，即平时是逻辑“1”，在要紧急跳，1变位为0来完成跳闸(这是工艺保护连锁停车理念)。在这种保护方式下，串联在线圈中即可轻松实现，若采用控制方式，还需要增加中间转换。

所有的开停都和接触器线圈串联，造成这个回路的导线太长，对交流电源作控制电源线路电容太大，无法停车，设计时要高度重视，采取相应措施减少线路长度。关于控制线路长度的计算，详见《工业与民用配电设计手册》[3]。

完整的信号指示。对电气专业来说，红灯为运行，绿灯为停止，通常采用双灯来监视主回路是否带电。强调不要忘了故障指示，通常使用黄灯来指示故障，而手册没有绘制故障指示灯，不够完善。

备妥信号表示电气准备好了，工艺可以远方合闸，现在大部分控制都是要自动控制来完成，所以这备妥信号特别重要。

3 案例设计

图1是低压电动机的主回路图，从图可知，断路器QF和接触器KM及电动机保护器KO放置在抽屉中，控制回路的电源L31，N 取自主回路的上侧。断路器要和控制电器(接触器及电动机机保护器)协调配合(协调配合的要求见GB50055《通用用电设备配电设计规范》[1])，这通常需要通过试验来完成，在热继电器做过载保护时，要求断路器、接触器及热继电器选型必须为同一家厂家。但电动机保护器通常不是和断路器、接触器同一生产厂家，可通过整定电动机保护器电流大小来决定是跳接触器，还是闭锁接触跳闸出口，启动跳闸断路器分励脱扣来完成跳闸。

图1 低压电机主回路图

电动机保护器的电压回路取自断路器上侧，应不受断路器是否合闸的影响。电流回路最好采用保护和测量回路都能满足的电流互感器，最低要求也是优先满足保护回路要求的电流互感器，通常这应让电动机保护器厂成套。

图2是低压电动机的控制保护图(低压柜面板上没有跳合闸按钮)，L31，N取自主回路的上侧。

图2 低压电动机的控制保护图(低压柜面板没有跳合闸按钮)

有试验回路，所以必须增设试验按钮SB10来测试接触器线圈好坏(这是最低要求)，但不能测试整个控制回路是否完整。

因为电源取自主回路断路器上侧，工作位需要串联主断路器QF的辅助接点，否则主断路器没有合闸，信号灯可以显示合闸，带来错误的指示，且使双灯监视自身主回路电源的功能消失，所以必须串联主断路器的辅助接点。

电动机保护器的电源取自L31，保证了电动机保护器KO不受本回路电源限制，保证了上传数据的可靠和稳定。断路器的报警触点QFa也接在这电源上，保证了在工作位时不会因主断器保护跳闸，而使2KA中间继电器的控制电源消失，防止给出错误信号。

控制回路上仅有DCS开停以及现场操作箱合闸按钮SB1和跳闸按钮SB2，SA为现场转换开关，进行现场操作箱合闸和DCS合闸的二取一，本图的优先级为现场优先，所以SA放置在现场操作箱，设置中间位也是保证现场有明确的检修断点(这就满足了规范要求的自动控制或连锁控制的电动机应有手动控制和解除自动控制或连锁控制的措施)。KO-308点是防晃电功能(其作用是在一次回路电源失电、控制回路也失去电源的情况下，KO-308和KO-309的常开点闭合一个时间段，当秒级的晃电结束后，电机能自动运行)，需要根据电动机保护器的样本来整定晃电的时间。

QF-MX是断路器的分励脱扣线圈，需要根据样本来决定多少倍电流，从而保证电动机保护器闭锁KM的动作而跳断路器，靠这来满足协调配合(而不是试验)。相比原来的试验，给设计者带来了更方便的选型。

接触器状态。断路器的辅助触点和报警触点接入电动机保护器。电动机保护器故障报警用1KA中间继电器来增加触点，另故障指示采用黄灯。这些都不受试验电源和工作电源的影响。

备妥信号是去工艺DCS，现场SA放置在远控位置，无保护动作且主断路器已经合闸，对电气的要求全部就绪，远方DCS可以合闸，所以称为备妥。

图3是低压电动机的控制保护图(低压柜面板上设跳合闸按钮)，L31，N取自主回路断路器的上侧。试验位和工作位并联作为控制电源(也可直接取消试验位和工作位)。

图3 抵押电动机的控制保护图(低压柜面板上设跳合闸按钮)

因为电源取自主回路上侧，信号灯回路需要串联主断路器QF的辅助接点(3KA中间继电器为扩充接点数量)，否则主断路器没有合闸，信号灯能显示合闸，带来错误的指示。

控制回路上有DCS开停和现场操作箱合闸按钮SB1和跳闸按钮SB2，开关柜面板上的合闸按钮SB10和跳闸按钮SB20，SA为现场转换开关，其保证是四取一，本图的优先级为现场优先，所以SA放置在现场操作箱，设置检修位也是保证现场有明确的检修断点。KO-308点是防晃电功能，需要根据电动机保护器的样本来整定时间。

其他和图2没有区别，主要区别就是开关面板上的合闸按钮SB10，跳闸按钮SB20不仅是试验位可开停，并且是工作位也可开停。

图2和图3的选择根据设计者是否需求低压柜面板上要合闸和跳闸按钮来决定。

4 结语

通过比较手册和标准图里的低压原理图，结合许多项目的实际需求，提出了低压抽屉柜原理图的要求和原则，且给出低压柜上是否有跳合闸按钮的两种详细原理图，希望能较为全面、清晰地阐述低压电动机控制回路，满足电气系统运行操作的稳定性、安全性。