1、数字式电动机保护测控装置综述第 0 页 共 25 页数字式电动机保护测控装置综述 数字式电动机保护测控装置综述第 1 页 共 25 页目 录数字式电动机保护测控装置综述 .2一、引言 .3二 装置简介及功能原理分析 .42.1 装置介绍 .42.2 装置特点 .42.3 功能及原理 .6三 硬件说明 .113.1 整个装置的硬件结构 .113.2 定值与整定说明 .12四 故障及原因分析 .14五 结论 .15参考文献 .16附 录 .17致 谢 .24毕 业 论 文 评 阅 意 见 .25数字式电动机保护测控装置综述第 2 页 共 25 页数字式电动机保护测控装置综述【摘 要】在现代工业中，
2、电动机是机电行业中应用最为广泛的设备之一，是其它机电设备的动力源泉，电动机正常地输出动力是其驱动的机电设备正常工作的前提。因此，在工农业生产中，确保电动机的正常运转是非常重要的。然而，由于供电状态和生产负荷的多变性，使得电动机往往不能一直在额定工作环境中工作，常出现电动机过载、短路、断相、过压、欠压等故障，如不及时加以发现和处理，不仅易造成烧坏电动机等直接经济损失，还会使整台、整套生产设备陷入瘫痪，给企业带来巨大的经济损失。因此，超前、准确、及时地判断电动机的 故障，并对电动机进行相应的保护，就能有效地防止灾难性的事故发生。此次设计所描述的产品数字式电动机保护测控装置就是用来解决以上出现的难题
3、的。【关键词】电动机、保护测控、自动化、DSP 微处理器、继电保护数字式电动机保护测控装置综述第 3 页 共 25 页一、引言数字式电动机保护测控装置是在消化吸收国内外同类产品先进经验的基础上，采用高性能 DSP 数字处理技术研制的新一代保护测控及电能质量一体化装置。可对电动机的相间故障、接地故障以及不正常运行提供全面保护，同时集成了各种测量和控制功能的多功能成套装置。产品可适用于各种传统的接触器或断路器控制的 10kV 以下电压等级的大、中型异步电动机保护，应用领域覆盖电力、水利、交通、石油、化工、煤炭、冶金等行业。既可以分散在开关柜就地安装，也可以集中组屏安装。数字式电动机保护测控装置综述
4、第 4 页 共 25 页二 装置简介及功能原理分析2.1 装置介绍确 认 键方 向 键 (向 下 )方 向 键 (向 右 )方 向 键 (向 左 )方 向 键 (向 上 ) 修 改 键 (减 少 )修 改 键 (增 加 )取 消 键复 归 键合 位跳 位故 障预 告动 作备 用通 讯运 行R +-调 节 液 晶 对 比 度装置上的各种指示灯含义介绍如下。运行：装置正常运行时，该灯闪烁；灯不闪烁表示所有保护元件处于退出状态。通讯：装置通讯正常时，该灯闪烁；灯长亮或长灭表示装置通讯中断。备用：备用灯。动作：该灯点亮时，表示有需出口跳闸的保护元件动作。预告：该灯点亮时，表示有只反映于信号的保护元件动
5、作。跳位：断路器跳闸位置信号指示灯。合位：断路器合闸位置信号指示灯。故障：装置正常运行时，该灯熄灭；该灯点亮表示装置自检发现错误或硬件发生严重故障2.2 装置特点1）完备的保护功能配置 2）强大的测量功能 谐波测量：计算各相的谐波总电压、测量谐波总电流；计算各相电压、电流的1-15 次谐波幅值；数字式电动机保护测控装置综述第 5 页 共 25 页 电能质量分析：计算各相电压、测量电流的谐波畸变率（THD） ；计算各相电压、电流的 1-15 次谐波的谐波含有率（HR） ； 相角显示：测量、保护电量都具有相角显示功能，方便接线检查； 采集计算 UA、UB、UC、UAB、UCB、U0、I0、IA、I
6、B、IC、P、Q、COS、f。3）测控功能 16 路遥信采集，遥信电平 DC220V/DC110V/DC24V 可选； 断路器遥控分合； 开关分合闸次数统计及事件 SOE 等； 提供路 D/A 输出，420mA/05V 可选，输出对象可选； 电度计量、GPS 对时功能。3）通用软硬件平台设计 采用 32 位高速 DSP 微处理器，具有强大的运算能力，每秒可执行 1.5 亿次指令； 采用 CPU 片内 FLASH 作为程序存储器，程序总线不出 CPU，提高抗干扰能力并增加可靠性； 采用 CPU 片内 AD 进行交流采样，采样频率高达 12.5MHz，完美解决交流量采样不同步引起的有功功率、无功功
7、率计算误差； 完善的自检功能，可准确定位故障芯片，并具有定值整定、参数设置越限检查功能； 可通过装置液晶就地显示故障波形，便于快速分析保护动作情况； 软件采用模块化设计，方便软件移植和升级； 可存储多个保护事件、遥信事件、遥控事件、自检事件、故障录波，便于分析保护故障的完整过程。4）一体化设计 兼有保护、遥测、遥控、遥信、电能质量监测功能； 可配备独立的遥控出口压板；装置配备合后继电器，可提供事故总信号； 装置自带交直流操作回路，自动适应断路器跳合闸电流，灵活可靠。5）人性化设计 全汉化菜单显示，操作简便、学习容易； 各路保护交流量、测量交流量、P、Q 均可采用软件自动校准；数字式电动机保护测
8、控装置综述第 6 页 共 25 页 提供多对跳闸输出接点、信号输出接点，可灵活设置输出接点逻辑； 配有以太网、双 CAN 及 485 通讯接口，方便与上位机进行信息交换。6）高可靠性具有优异的抗干扰性能，通过 GB/T 14598.10-2007 中规定的严酷等级为 A 级（4kV、2.5kHz）的快速瞬变干扰试验和 GB/T 14598.14-1998 中规定的严酷等级为级（接触放电 8kV，空气放电 15kV）的静电放电抗干扰试验等多项抗扰度试验；7）丰富的通信接口标准配置为 1 个 CAN 网络接口。可扩展为 2 个 CAN 网络接口构成双网通信，或采用以太网通信接口，或再增加一个 RS
9、485 口。如果采用非标准通信方案配置，订货时请注明通信接口和协议。2.3 功能及原理1） 过 流 保 护 （ Igl、 Tgl、 、 GL、 GLFSX）1本装置设有过流保护（可选择定时限或反时限） ，该段电流可根据起动电流或堵转电流整定，主要对电动机起动时间过长和运行中堵转提供保护，本保护只有在电机启动结束后才会投入。其电流定值和时间定值可分别整定，有投退字来控制保护的投退 。过流保护逻辑框图见图 3.3-2。过 流 保 护 具 备 反 时 限 保 护 功 能 ， 通 过 定 值 1 选 择 反 时 限 特 性 曲 线 ： 当 定 值 整 定 0 时 ， 为 一 般 反 时 限 ， 其 反
10、 时 限 特 性 公 式 为 ；1 102.glglITt当 定 值 整 定 1 时 ， 为 非 常 反 时 限 ， 其 反 时 限 特 性 公 式 为 ； 1gllITt当 定 值 整 定 2 时 ， 为 极 端 反 时 限 ， 其 反 时 限 特 性 公 式 为 。1 12gllIt数字式电动机保护测控装置综述第 7 页 共 25 页其 中 ： 为 过 流 时 间 定 值 ； ： 过 流 定 值 ； ： 过 流 反 时 限 动 作 时 间 。glTglIt公 式 中 的 为 实 测 电 流 。I注 意 ：过 流 保 护 具 有 定 时 限 和 反 时 限 两 种 方 式 ， 只 能 运 行
11、 其 中 一 种 方 式 ， 两 种 方 式 使 用 的 是同 一 个 时 间 定 值 （ Tgl 过 流 时 间 定 值 ） ， 由 投 退 定 值 GLFSX 控 制 是 定 时 限 方 式 还 是 反 时限 方 式 。t Tqd&GL =投Ic glbaGLFSX =退 TglIa glbc GLFSX=投 跳 闸 出 口 信 号 出 口动 作 显 示 及 远 传事 件 记 录逻 辑 整 定见图 3.3-1， Igl：过流定值；Tgl：过流时间定值；GL：过流保护投退定值；GLFSX：过流反时限方式；t：过流反时限动作时间（t 是根据 选择反时限曲线，1并使用 Tgl 计算出的动作时间，
12、并不直接出现在定值表中） 。2） 过 电 压 保 护 （ Ugdy、 Tgdy、 GYBH、 GY-T）本 装 置 设 有 过 电 压 保 护 ， 防 止 因 相 电 压 在 单 相 接 地 时 引 起 过 电 压 保 护 误 动 ， 过 电压 保 护 功 能 只 有 在 断 路 器 处 于 合 闸 位 置 时 才 开 放 ， 过 电 压 定 值 、 时 间 定 值 ， 均 可 以 单 独整 定 ， 有 投 退 字 来 控 制 过 电 压 保 护 投 退 。 过 电 压 保 护 可 通 过 控 制 字 来 选 择 告 警 或 跳 闸 。图 3.3-1 过流保护逻辑框图数字式电动机保护测控装置综
13、述第 8 页 共 25 页逻 辑 整 定 信 号 出 口跳 闸 出 口 信 号 出 口动 作 显 示 及 远 传事 件 记 录逻 辑 整 定 事 件 记 录告 警 显 示 及 远 传&TgdyUbc gdyaa开 关 合 闸 位 置 =1GYBH =投-T投见 图 3.3-2 中 ， Ugdy： 过 电 压 定 值 ； Tgdy： 过 电 压 时 间 定 值 ； GYBH： 过 电 压 保 护 投退 定 值 ； GY-T： 过 电 压 保 护 跳 闸 投 退 定 值 。3） 过 热 保 护 （ 、 GR、 GR-T）过 热 是 引 起 电 动 机 损 坏 的 重 原 因 ， 特 别 是 转 子
14、 因 负 电 流 产 生 的 过 热 。 三 相 电 动 机在 一 相 断 线 的 情 况 下 运 行 ， 定 子 中 的 负 序 电 流 在 回 路 中 感 生 接 近 100Hz 的 电 流 ， 此 频 率较 高 的 电 流 的 集 肤 作 用 使 转 子 回 路 电 阻 增 大 ， 从 而 可 能 产 生 严 重 的 过 热 引 起 转 子 损 坏 。本 装 置 充 分 考 虑 了 负 序 电 流 的 影 响 ， 采 用 的 过 热 保 护 的 判 据 为 ：221.05TKIe其 中 ： T： 为 过 热 保 护 动 作 时 间 ； ： 过 热 保 护 发 热 时 间 常 数 ；K：
15、电 动 机 过 热 系 数 ， 通 常 取 6； I1： 定 子 回 路 的 正 序 电 流 ；I2： 定 子 回 路 的 负 序 电 流 ； Ie： 电 动 机 的 额 定 电 流 ， 即 允 许 长期 过 负 荷 1.05 倍 运 行 的 电 流 ；事 实 上 ， 在 非 正 常 运 行 情 况 下 ， 本 装 置 不 断 计 算 电 动 机 的 积 累 过 热 量 。221.05HKtIe式 中 ： t 为 两 计 算 点 之 间 的 间 隔 时 间 ；H： 等 值 单 位 过 热 量 累 加 时 间 （ s） ， 表 征 电 动 机 过 热 程 度 。一 般 情 况 下 过 热 保 护
16、 动 作 条 件 为 H 当 热 积 累 量 达 到 H= 0.5（ 过 热 报 警 水 平 ） 时 发 报 警 信 号 ；当 热 积 累 量 达 到 H= 时 可 根 据 GR-T 投 退 定 值 选 择 跳 闸 出 口 。图 3.3-2 过电压保护逻辑框图数字式电动机保护测控装置综述第 9 页 共 25 页电 动 机 过 热 保 护 动 作 跳 闸 后 ， 不 能 立 即 再 起 动 ， 要 等 到 电 动 机 散 热 到 容 许 起 动 温度 时 ， 才 能 再 起 动 。 在 紧 急 需 要 起 动 时 ， 通 过 关 闭 装 置 电 源 或 长 按 装 置 复 归 键 2 秒 以 上
17、 ，将 热 模 型 恢 复 到 “冷 态 ”。t Tqd 跳 闸 出 口 信 号 出 口动 作 显 示 及 远 传事 件 记 录逻 辑 整 定&GR =投H GR =投 &0.5 H 告 警 显 示 及 远 传事 件 记 录-投 逻 辑 整 定 信 号 出 口见图 3.3-3，：过热保护发热时间常数；GR：过热保护投退定值； GR-T：过热保护跳闸投退定值。4） 断 线 告 警a. CT 断 线 告 警 （ CTDX） 3s信 号 出 口告 警 显 示 及 远 传事 件 记 录逻 辑 整 定&Mx(I,bc)0.5Ain4=投装 置 具 有 CT 断 线 告 警 功 能 ， 可 通 过 CT 断 线 投 退 定 值 CTDX 来 选 择 该 保 护 投 退 ， 当最 小 相 电 流 小 于 0.4A， 且 最 大 相 电 流 大 于 0.5A 时 ， 延 时 3s 发 CT 断 线 信 号 。注 意 ： 若 三 相 电 流 全 部 小 于 0.4A 时 ， 则 不 认 为 CT 断 线 。b.PT 断 线 告 警 （ PTDX）图 3.3-3 过热保护逻辑框图图 3.3-4 CT 断线告警逻辑框图
