毕业设计（论文）-10KV电动机微机保护装置设计.doc

电力系统微机保护论文题目:10KV电动机微机保护装置设计姓名:摘要3关键词3引言3l微机保护装置的组成及功能32微机保护装置工作原理321启动时间过长保护422 两段式定时限过电流保护423零序过电流保护52. 4低电压保护52.5过电压保护62.6磁平衡差动保护62.7差动速断保72.8过热保护73微机保护装置硬件设计83.1主控单元83.2键控显示单元93.3数据采集单元103.4自动复位113.5报带保护信号输出单元114软件设计11结束语12参考文献12U0UK10KV电动机微机保护装置设计摘要：。针对高压电动机一些常见故降及产生这些故降的原因,提出了采用正负序电流的测量对电机故降进行分析的方法,阐述了采用微机系统设计的综合保护装里的硬件原理以及软件框图,达到了电动机短路保护;不平衡保护:接地故障保护;过欠压保护的目的。关键词：电动机，微机，保护引言：大型高压电动机随着工业的发展越来越广泛地应用于各行各业,推动了电力工业的发展。但是,据原电力部的一份调查资料表明,所调查34个电厂,高压异步电动机损坏率达巧.1%,造成经济上的巨大损失。因此,研究一种高压电动机的综合监测和保护装置迫在眉睫。高压电动机微机保护装置工作原理主要是采用微型计算机对电动机的早期故障及非正常运行进行监测、报警和保护,该装置的功能有:短路保护;不平衡保护;接地故障保护;过热保护;过欠压保护等。下面就电动机微机保护装置工作原理以及软硬件设计加以阐述。l微机保护装置的组成及功能微机保护装置的核心一般由CPU、存储器、定时计数器、看门狗等组成。CPU大都是嵌入式微控制器(MCU)，即通常所说的单片机：I/O通道包括数字量输入输出通道(人机接口和电脉冲、各种告警信号、跳闸信号等)以及模拟量输入通道(AD转换、模拟量输入变换回路、低通滤波器及采样)。2微机保护装置工作原理电动机损坏常见的原因有:三相电压不平衡;电机定子绕组开路造成负荷不平衡及过负荷等原因。三相电压不平衡,负荷不平衡均将造成负序电流明显增大;过负荷运行时,正序电流将增大。本装置将通过监测正序、负序电流对电动机短路故障、不平衡故障,电机过热故障等进行及时保护。21启动时间过长保护电动机正常启动时，电流由零突然增大，当电动机的最大相电流从零突变到超过10Ie时开始计时直到启动电流过峰值后下降到120 Ie (Ie为电动机额定电流)时为止之间的历时称为Tstmrt，电动机启电动机启动时间过长会造成转子过热，当装置实际测量的启动时问 Tstmrt超过电动机整定的启动时间时，保护动作高压电动机出口继电器跳闸。电动机启动结束后，电动机启动时间过长保护退出，其原理如图1所示。2.2两段式定时限过电流保护装置设有两段式定时限过流保护，由控制字投退。I段为电流速断保护，用于保护电动机相间短路。电动机启动过程中，速断保护定值采用过流I段电流1定值(速断启动内定值)躲过电动机的启动电流；当电动机启动结束后，速断保护定值恢复过流I段电流2定值(速断启动后定值)。这样可有效防止启动过程中因启动电流过大而引起误动，同时还能保证运行中保护有较高的灵敏度。段为过流保护，作为电流速断保护的后备保护，为电动机的堵转提供保护。段定时限过流保护在电动机启动过程中自动退出，两段定时限过流保护原理框图如图2所示。23零序过电流保护装置设有零序过流保护功能，由控制字投退。零序过流保护由控制字选择跳闸或告警。装置配置零序互感器测量零序电流3I0,零序过电流保护原理框图如图3。24低电压保护当电源电压短时降低或短时中断时，为保证重要电动机自启动，要断开次要电动机，就需要配低电压保护。当母线线电压低于电压整定值,并达到整定延时且断路器处于闭合状态时，低电压保护动作，低电压保护原理框图如图425过电压保护当母线任一线电压大于过电压保护定值，并达到整定延时且断路器处于闭合状态时，过电压保护动作，过电压保护原理框图如图526磁平衡差动保护平衡差动保护多用于电流速断保护灵敏度不够的电动机上，特别是额定容量在2000kW 及以上，作为电动机匝间短路或相间短路的主保护。在电动机启动过程中，保护增加延时T=100ms保护出口，以避开电动机启动过程中瞬时暂态峰值电流，提高保护可靠性。磁平衡差动保护配有专用的磁平衡互感器。27差动速断保护差动速断保护在电动机内部严重故障时快速动作。任一相差动电流大于差动速断整定值时瞬时，动作于出口继电器。在电动机启动过程中，速断延时T=200ms保护出口，以躲过电动机启动过程中瞬时暂态峰值电流，提高保护可靠性；启动结束后，保护无延时T=0ms28 过热保护过热是引起电动机损坏的重要原因，特别是转子因负序电流产生的过热，装置充分考虑了负序电流的影响。模拟电动机发热的模型，综合电动机正序电流和负序电流的热效应，引入了反时限保护判据。采用的过热保护动作判据为：式中：t- 保护的动作时间(s)； 电动机的过热时间常数(s)，对应于电动机的过负荷能力；I1 电动机实际运行电流的三相最大值(A)；I2一电动机实际运行电流的负序分量(A)；Ie一过热保护启动电流定值(电动机实际运行额定电流反应到CT二次侧的值)；k1 电动机正序发热系数，启动过程中可在01范围内以O0l为级差整定用以启动，启动结束后自动变为1；k2-电动机负序发热系数，可在010范围内以001为级差整定，一般可取为6。3微机保护装置硬件设计本硬件装置如图6所示,主要由主控单元键控制显示单元、数据采集单元、自动复位单元、报警保护信号、输出单元等组成。图6微机保护装置硬件框图3.1主控单元主控单元采用ATMEL89S52单片机系统,主要完成键盘中断响应,数据采集、运算、处理及结果显示,报警、保护信号输出等功能。不同机组,因额定功率和电流均不相同,其各项保护参数自然不同,且必须在现场设定。这就要求本装置具有数据存储芯片。普通方案均采用静态RAM(如6116),因其断电以后数据会丢失,通常还要接可充电电池。本装置是长期监测保护仪表,连续工作时间一般在半年以上,对可靠性要求极高,不允许发生数据丢失或出错现象,以免导致误动作,严重影响生产;而现场工作环境为高压大电流,电网冲击、电磁干扰、粉尘污染等都很严重。因此,本装置没有采用静态RAM方案,而是采用了电可擦除ROM芯片EZPROM一2864,并和程序存储器合用。一方面存储执行程序,另一方面可保存各项保护设定值并现场修改.修改完毕,通过开关将写控制信号断开。这时,2826就相当于一片ROM芯片,断电、千扰都不会引起数据丢失或出错,可靠性大大提高。3.2键控显示单元键控采用中断方式,当有键按下时,触发外中断1,中断服务程序通过串行口进行键盘扫描获得键码,根据键码值进行相应的操作。键盘主要负责各种保护参数的置入、修改。显示器亦采用串行口输出方式,经74164串并转换后驱动数码管显示,并定时进行动态扫描,使显示稳定、可靠。显示器主要显示监测数据,以便观察。为便于技术人员检修故障,本装置面板上设置6个发光二极管分别显示正序保护、负序保护、零序保护、过欠压保护,过热报警及热保护。键盘扫描流程图如图7图7键盘扫描流程图3.3数据采集单元由信号调理电路和AID转换电路组成本单元。本装置输入信号有A相、C相电流、零序电流和电源电压,分别通过电流互感器和电压互感器得。信号调理电路主要功能:（1）将A相电流和C相电流转换为正序电流和负序电流,由上述工作原理可知,通过移相电路和加法器即可实现。（2）将零序电流互感器输出信号转为电压信号并通过运放适当调整幅度（3）将电压互感器信号幅度适当调整。为实时监测故障和及时保护,本装置采用交流、直流采样获得峰值,而没有对信号进行整流、滤波,以免滤波电容充放电造成信号延时,。为保护交流采样的精度,A刀D芯片选用12位高速A刀(AD574)。其转换速度高,晶振频率为1ZMHz时,可达25p澎次,且采样精度高,相对误差约四千分之一。3.4自动复位单元在意外情况下,如电网冲击,电磁干扰,主控单元可能失控而发生系统自锁现象,造成难以翻涛l的破坏。为保证本装置在实际运行时可靠工作,需在其偶然发生自锁现象时能进行自动复位,避免意3卜事故的发生。自动复位单元由一片4060和外围阻容构成,4060是一片内含振荡器的分频计数器。本装置正常工作时,程序中通过8031不断输出清零信号,使4060计数器清零;自锁时,没有清零信号输出,4060不断计数,计满滋出,其输出端复位信号至8031复位端,使系统自动复位。3.5报带保护信号输出单元将主控单元输出的控制信号经电平转换后直接控制两继电器,其触点分别接报警系统和电机交流接触器。当报警信号输出时,提醒操作人员,电机有异常发生;保护信号输出时,电机电流被切除,停机以备检修。4软件设计根据工作原理,本装置工作过程为:在电机启动后,即实时采集正序电流,负序电流,零序电流和电源电压,并与设定值比较后分别提供以下保护。(l)短路保护包括起动时间过长及运行时堵转等,通过监测正序电流来实现。在起动时间内,为避开电机的起动电流,正序电流设定值自动加倍,起动结束后恢复正常。短路保护分速断保护和延时保护两种,对于用断路器控制的电动机选择速断保护,而对于熔断器加接触器控制的电机,运行堵转时应由熔断器保护,本装置只负责起动时间过长故障,故采用延时保护。(2)不平衡保护包括断相保护和反相保护,通过监测负序电流来实现。不平衡保护提供了两种电流一时间反时限特性曲线,当整定值比较灵敏时,选择动作时间较长的曲线,反之,选择另外一条曲线。(3)接地故障保护通过监测零序电流来实现。同短路保护一样,也分速断和延时保护两种。(4)过欠压保护直接通过监测电流电压来实现。为避开电网冲击,过欠压保护采用延时保护5 结束语随着科学技术的进步和对适用环境要求的提高，微机保护功能性也越趋完善。微机保护及自动装置广泛吸取国内外现有技术和