畢業(yè)設(shè)計（論文）6kv廠用電動機的保護、控制、測量和信號回路的設(shè)計

1、目錄緒論11.就地分散控制22.集中控制23.單元控制24.綜合自動化控制2一、6kv電動機、 控制、保護、測量和信號回路一次設(shè)備31.1工作環(huán)境31.2分析電路：41.3電流互感器5二、6kv電動機、 控制、保護、測量和信號回路二次回路62.1工作狀態(tài)62.2 跳閘及監(jiān)視回路8三、 電動機綜合保護系統(tǒng)113.1 裝置參數(shù)113.2 保護電流輸入123.3測量電流輸入133.4零序電流測量、保護143.5 時鐘同步信號153.6綜合保護系統(tǒng)16后記：18致謝：19摘 要：6kv廠用電動機的保護、控制、測量和信號回路的設(shè)計是常用電力系統(tǒng)的重要組成 部分，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和工藝水平的日益提高

2、，發(fā)電廠二次系統(tǒng)經(jīng)歷了從簡單到復(fù)雜，從低級到高級的發(fā)展過程。在6kv廠用電動機的二次回路技術(shù)水平的高低決定了發(fā)電廠自動化的程度?？梢?kv廠用電動機的保護、控制、測量和信號回路的設(shè)計已經(jīng)上升到一個新的生產(chǎn)舞臺 6kv motors plant protection, control, measurement and signal circuit design is a common power system an important component of that with the continuous development of science and technology and t

3、he increasing level of technology, the system has experienced two power plants from simple to complex , from low level to high level of the development process. 6 kv electric motor plant secondary loop depends on the level of the degree of automation of the plant. so 6 kv electric motor plant protec

4、tion, control, measurement and signal circuit design has been elevated to a new stage production關(guān)鍵詞：電動機保護（motor protection） 控制（control） 測量（measurement） 信號回路（signal loop）緒論 電機是經(jīng)濟發(fā)展的先行官。隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，對電力系統(tǒng)的要求也越來越高。而現(xiàn)代電力系統(tǒng)，無論是單機容量，還是系統(tǒng)容量都越來越大，電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)也開始復(fù)雜。為了更好地保證電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行，提高電機在電廠的工作質(zhì)量，從而為經(jīng)濟建設(shè)提供有力的保障，必須提

5、高電力系統(tǒng)運行的可靠性。 在電力系統(tǒng)中，無論是發(fā)電廠、變電站，還是用電單位，其電氣設(shè)備均可分為一次設(shè)備和二次設(shè)備兩大類。在二次設(shè)備中廠用電動機的保護、控制、測量和信號回路的設(shè)計是發(fā)電廠電力系統(tǒng)的重要組成部分，它不同于生產(chǎn)、傳輸和分配電能的設(shè)備的一次設(shè)備它是起到測量、控制、監(jiān)控、保護和自動調(diào)節(jié)的二次設(shè)備。所以6kv廠用電動機的保護、控制、測量和信號回路的設(shè)計是以二次系統(tǒng)進行展開進行的。 二次回路技術(shù)的發(fā)展是從簡單的就地分散控制到由計算機為核心構(gòu)成的綜合控制，經(jīng)歷了以下的四個發(fā)展階段。 1.就地分散控制 就地分散控制，是指對每個被控制對象設(shè)置獨立對象設(shè)置獨立的控制回路，在被控制對象的安裝地點進行一

6、對一的控制。這種控制方式的優(yōu)點是回路簡單，工作可靠。其缺點是難以實現(xiàn)各機組間和同一機組哥設(shè)備的協(xié)調(diào)配合。因此只適合與小型發(fā)電廠和對自動化程度要求不高的中、小型變電站以及大型發(fā)電廠的輔助車間和對次要用戶的供用電線路。 2.集中控制 集中控制，是指將全廠（所）的主要電氣設(shè)備（如發(fā)電機、變壓器和35kv及以上電壓等級的輸電線路等）集中在中央控制室（或稱主控制室）內(nèi)實現(xiàn)遠方集中控制。這種控制方式分為一對一的強電控制方式和一對多的弱電選線控制方式，適用于單機容量為100mw及以下的發(fā)電廠和35kv及以上的變電站。 這種控制方式實行的是爐、機、電、分開控制的方式。除了中央控制室外，還沒有鍋爐控制室和汽輪控

7、制等。這種控制方式爐、機的值班條件較差，但這種控制方式的技術(shù)成熟，并為廣大電氣從業(yè)人員所熟悉。 隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，我國南方地區(qū)的許多企業(yè)已經(jīng)或計劃建設(shè)自備熱電廠，這類電廠比較適合采用集中控制方式。 3.單元控制 單元控制是一種將爐、機、電集中在一起的控制方式。發(fā)電廠采用單元制控制方式時，全廠設(shè)置若干個單元控制室和一個網(wǎng)絡(luò)控制室，每個單元控制一臺或者兩臺機組的爐、機、電的所有重要設(shè)備，由網(wǎng)絡(luò)控制室來實現(xiàn)對升壓站的控制和全廠各機組的協(xié)調(diào)。 單機容量為125mw及以上的火力發(fā)電廠廣泛采用單元控制方式。 4.綜合自動化控制 綜合自動化控制是一種以計算機為核心構(gòu)成的集散控制系統(tǒng)，將

8、發(fā)電廠或者變電站的測量、控制、保護、信號和自動控制集中在計算機內(nèi)進行。計算機除了具有邏輯分析能力外，還具有數(shù)值運算和數(shù)據(jù)儲存的能力。因此，綜合自動化控制方式除了具備常規(guī)控制方式的功能外，還能進行優(yōu)化計算，實現(xiàn)最經(jīng)濟運算。 目前我國新建的發(fā)電廠和變電站廣泛采用綜合自動化控制方式一、6kv電動機、 控制、保護、測量和信號回路一次設(shè)備1.1工作環(huán)境 6kv電動機工作于廠用電壓為6kv的電壓環(huán)境下。發(fā)電機的作用是把機械能轉(zhuǎn)化為電能；電動機的作用是把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，拖動各種生產(chǎn)設(shè)備運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的機械化和自動化。而它的組成是由熔斷器（-fu）、斷路器（-qs）、電流互感器（-ta1）、零序電流互感

9、器（-ta）電動機（m）相互連接的，如下圖: -fu:熔斷器 -qs:斷路器 -ta1:電流互感器 -ta2:零序電流互感器 m：電動機接線方式：+6kv-fu-qs-ta1-ta2m1.2分析電路：（1）熔斷器熔斷器安裝在電路中，保證電路安全運行的電器元件。 當電路發(fā)生故障或異常時，伴隨著電流不斷升高，并且升高的電流有可能損壞電路中的電動機同時可能燒毀電路甚至造成火災(zāi)。若電路中正確地安置了熔斷器，那么，熔斷器就會在電流異常升高到一定的高度和一定的時候，自身熔斷切斷電流，從而起到保護電路安全運行的作用。熔斷切斷電流，從而起到保護電路安全運行的作用。（2）斷路器 1、正常情況下接通和斷開高壓電路

10、中的空載及負荷電流. 2、在系統(tǒng)發(fā)生故障時能與保護裝置和自動裝置相配合,迅速切斷故障電流,防止事故擴大,從而保證系統(tǒng)安全運行. 從其實斷路器就是一種開關(guān),它和其他普通開關(guān)的不同點主要在:適用電壓等級高滅弧介質(zhì)及方式,有真空,少油,多油及六氟化硫等等滅弧能力強,效果好. 一般情況下斷路器本身不存在潤滑方面的問題,需要潤滑的常常是它的操動機構(gòu) 熱繼電器作用： 熱繼電器的作用是電動機過負荷時自動切斷電源，熱繼電器的構(gòu)造是兩片膨脹系數(shù)不同的金屬片構(gòu)成，電流過大時膨脹系數(shù)大的先膨脹，起到切斷電源的作用。熱繼電器動作后有人工復(fù)位和自動復(fù)位。 1.3電流互感器 電力系統(tǒng)中廣泛采用的是電磁式電流互感器(以下簡

11、稱電流互感器)，它的工作原理和變壓器相似。 電流互感器的特點是:(1)一次線圈串聯(lián)在電路中，并且匝數(shù)很少，因此，一次線圈中的電流完全取決于被測電路的負荷電流而與二次電流無關(guān)；(2)電流互感器二次線圈所接儀表和繼電器的電流線圈阻抗都很小，所以正常情況下，電流互感器在近于短路狀態(tài)下運行。 電流互感器一、二次額定電流之比，稱為電流互感器的額定互感比：kn=i1n/i2n 因為一次線圈額定電流i1n己標準化，二次線圈額定電流i2n統(tǒng)一為5(1或0.5)安，所以電流互感器額定互感比亦已標準化。kn還可以近似地表示為互感器一、二次線圈的匝數(shù)比，即knkn=n1/n2式中n1、n2為一、二線圈的匝數(shù)。 電流

12、互感器的作用就是用于測量比較大的電流。它是通過二次測測量一次設(shè)備的工作狀況。二、6kv電動機、 控制、保護、測量和信號回路二次回路 2.1工作狀態(tài)二次回路設(shè)計可以保護電動機可以在一個安全的環(huán)境下正常運行，提供一次設(shè)備的工作狀態(tài)，控制電動機的啟停，與在故障時發(fā)出相應(yīng)的燈光提示，提醒值班人員。進行故障的解除和檢修。合閘及監(jiān)視回路：（1）合閘 手動合閘時按下-sb2時發(fā)出合閘信號這是dcs判斷是否允許合閘，如果允許，dcs的允許合閘閉合下述回路接通+sb1dcsywkcfdx1dx2dx3s1km(hc) 這時km(hc)合閘接觸器得到合閘信號，-km常開觸電閉合合閘線圈-yc(hq)得電合閘成功，

13、同時-k2中間繼電器常開觸點閉合綠燈亮。 而dcs合閘把就地短接，實現(xiàn)遠方合閘。2.2 跳閘及監(jiān)視回路 跳閘與監(jiān)控回路是實時監(jiān)控廠用電動機的工作狀態(tài)，如果電網(wǎng)發(fā)生故障，可以快速動作來實現(xiàn)電動機的保護，防止電動機的損壞。下圖為二次電動機跳閘及監(jiān)視回路圖：就地與dcs跳閘 按下sb2時-kcf(i)得到跳閘信號，這時這時-qs至dcs一個停止信號-s1閉合，-yt(tq)跳閘線圈發(fā)出跳閘信號 這時跳開-ksf的常閉節(jié)點，閉合防跳回路的-kcf的常開結(jié)點，此時-k3信號得電，-k3常開節(jié)點閉合紅燈亮提示跳閘成功。 此時-s1在sqe的停止位置。dcs跳閘短接sb2實現(xiàn)遠方跳閘。防誤 -yw手車運行位

14、置限位開關(guān)與-sw手車試驗位置限位開關(guān)串聯(lián)接與-yt(tq)跳閘線圈旁作用是防止誤動作，保證電動機運行正常。斷相保護與監(jiān)控 當發(fā)生斷相時，-dx常開閉合相關(guān)燈光熄滅 -ks1信號繼電器發(fā)出斷相提示，提示工作人員進行跳閘命令低電壓跳閘、 正常工作時 -k4中間繼電器得電，-k4常閉節(jié)點是斷開，當電壓過低時-k4閉合接通-xb2連接片發(fā)出低電壓信號提醒工作人員低電壓，是否跳閘。事故按鈕（sbe） sbe是短接所有保護線路的，當按下sbe時，所有保護被短接，不動作。提示現(xiàn)在為事故狀態(tài)，值班人員應(yīng)該進行跳閘。3、 電動機綜合保護系統(tǒng)3.1 裝置參數(shù) 本設(shè)計是采用hn-2001電動機保護測控裝置裝置采集

15、多路模擬量，分別為 3相電壓、3相測量電流、3相保護電流、1路零序電壓、1路零序電流。1 采集12路開關(guān)量。2 裝置內(nèi)置操作回路，配置有命令合、命令跳、保護跳、告警信號、事故信號等繼電器出口；配置有裝置故障、控制回路斷線與裝置失電等繼電器指示出口。另配置有3對備用出口，并可以被靈活配置為保護跳或告警信號出口的級聯(lián)。上述繼電器出口可分別設(shè)置為電平或脈沖工作方式。通過裝置界面可控制繼電器，既可用于繼電器出口測試也可用于分合控制。3 提供雙can或以太網(wǎng)通信接口（用戶可指定）。4 配置兩路420ma直流信號輸入接口。5 配置兩路420ma直流信號輸出接口并可設(shè)置輸出的參考量。6 配置兩路脈沖信號輸入

16、接口。7 配置兩路脈沖信號輸出接口并可設(shè)置脈沖輸出的頻率。參數(shù)配置(1)開出方式設(shè)置：可分別設(shè)置每個繼電器出口為電平或脈沖形式輸出。(2)開入接點設(shè)置：可分別設(shè)置每個開入的接點為常開或常閉形式。(3)通信參數(shù)設(shè)置：可選擇can或以太網(wǎng)通信方式以匹配硬件，可設(shè)置地址與通信速度。(4)模擬量測量偏差微調(diào)：可單獨對某一路模擬量的測量結(jié)果進行細微調(diào)整以達到精度要求，調(diào)整后結(jié)果=調(diào)整前結(jié)果*k （0.9k1.1）。(5)電流互感器額定值與數(shù)目配置：可選擇電流互感器額定值為1a或5a，裝置根據(jù)配置的參數(shù)自動適應(yīng)電流值的顯示以及調(diào)整計算保護電流序分量與測量功率的計算公式。(6)420ma直流信號輸出配置：裝

17、置共提供兩路420ma直流信號輸出，每路輸出可分別指定輸出的參考量，可選參考量包括ia ic ua uc uab uca p q。(7)備用出口設(shè)置：裝置共提供3對備用出口，每對出口可分別配置為保護跳或告警信號出口的級聯(lián)，以實現(xiàn)繼電器出口的擴充。(8)脈沖信號輸出配置：裝置提供兩路脈沖信號輸出，并可設(shè)置脈沖輸出的頻率。默認第一路為有功電量的脈沖信號輸出，第二路為無功電量的脈沖信號輸出。功率計算與電量累積：裝置可統(tǒng)計總的有功電量與無功電量；提供4個可選擇的(9)電量分時間段計量功能，時間段在時間上可重疊，時間段可跨0點。(10)允許修改裝置的操作密碼。下圖為交流電壓輸入接線圖： 2a:1、2a:

18、2、2a:3為電動機綜合保護額定工作電壓。2a:4是電動機綜合保護的保護接地。3.2 保護電流輸入(1)裝置能判斷電機的起動與運行狀態(tài)并可實現(xiàn)起動狀態(tài)與運行狀態(tài)自動切換。(2)起動狀態(tài)下配置有兩段定時限過流保護、定時限負序過流保護、低電壓保護。(3)運行狀態(tài)配置有三段定時限過流保護、過負荷保護、反時限過流保護、兩段定時限負序過流保護、反時限負序過流保護、反時限過熱保護、零序過電流保護、零序過電壓保護、低電壓保護、過電壓保護。(4)另配置有失壓跳閘功能、可選擇“投退”的開入量保護功能、pt斷線檢測功能及可選擇“投退”的由開入量觸發(fā)的急停閉鎖合閘與緊急起動合閘控制功能等。(5)每種保護均可指定出口

19、位置，保護只在指定的出口位置動作（若設(shè)置有備用出口級聯(lián)則備用出口同時動作）。(6)區(qū)外故障閉鎖定時限過流與負序過流保護；pt斷線閉鎖低電壓保護。(7)具有故障錄波功能。(8)裝置可與fc接觸器匹配（默認為斷路器）。如下圖3.3測量電流輸入通過二次側(cè)電流互感器-ta1-2d與 -ta1-2c來測量一次設(shè)備的工作電流情況。實行實時監(jiān)控，提供相關(guān)數(shù)據(jù)量的采集，進一步讓工作人員記錄。3.4零序電流測量、保護 正序、負序、零序的出現(xiàn)是為了分析在系統(tǒng)電壓、電流出現(xiàn)不對稱現(xiàn)象時，把三相的不對稱分量分解成對稱分量（正、負序）及同向的零序分量。只要是三相系統(tǒng)，就能分解出上述三個分量（有點象力的合成與分解，但很多

20、情況下某個分量的數(shù)值為零）。對于理想的電力系統(tǒng)，由于三相對稱，因此負序和零序分量的數(shù)值都為零（這就是我們常說正常狀態(tài)下只有正序分量的原因）。當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，三相變得不對稱了，這時就能分解出有幅值的負序和零序分量度了（有時只有其中的一種），因此通過檢測這兩個不應(yīng)正常出現(xiàn)的分量，就可以知到系統(tǒng)出了毛病（特別是單相接地時的零序分量）。下圖接線方式1 零序過電流保護：零序電流由零序ct輸入，零序電流大于零序電流設(shè)定值，持續(xù)時間大于動作時間則保護動作。2 零序過電壓保護：零序電壓由零序pt輸入，零序電壓大于零序電壓設(shè)定值，持續(xù)時間大于動作時間則保護動作。 3.5 時鐘同步信號 時鐘信號是提供給同步內(nèi)存

21、做訊號同步之用，同步記憶體的存取動作必需與時鐘信號同步。它可以通過計算機來實現(xiàn)信號采樣。通過gps來實行電動機的工作監(jiān)控與動作。通過分析后我們把電動機綜合保護接入二次電圖中，3.6綜合保護系統(tǒng) 反時限過熱保護：該保護綜合考慮正、負序電流的發(fā)熱效應(yīng)，模擬電動機的發(fā)熱、散熱過程，具有記憶特性，保護動作后必須經(jīng)散熱才允許再次合閘?！熬o急起動”開入信號可以清除熱累積并合閘。 失壓跳閘：該功能投入后與低電壓保護配合使用，可以實現(xiàn)母線失壓后有選擇的跳開某一部分電機而保持另一部分電機。當線電壓全低于30v，無電流，位置在合位、延時時間到在保護跳出口動作。 開入量保護：為了滿足某些特殊需要，裝置為每路開入量均

22、設(shè)置了保護功能，若開入量的保護功能退出時則裝置只做開入量狀態(tài)檢測；若保護功能投入則當開入量動作時還執(zhí)行相應(yīng)的保護。每路開入量保護均可設(shè)置保護時間與出口位置。若該開入動作并一直持續(xù)則保護動作（不需要合位位置）。開入觸發(fā)控制功能：為配合電動機的控制，裝置特設(shè)置了“急停閉鎖、緊急起動”功能。（1）急停閉鎖：急停閉鎖功能投入則當急停閉鎖輸入開入量動作時將控制回路斷開；開入量正常時將回路閉合。（2）緊急起動：緊急起動功能投入則當緊急起動輸入開入量動作時將電機的反時限過熱保護的熱累積值清0并自動合閘。注：緊急起動的優(yōu)先級高于急停閉鎖；急停閉鎖不能閉鎖非經(jīng)本裝置操作回路的控制。 故障錄波功能：為了便于分析故障的原因，裝置記錄每次事件（開入量保護，pt斷線等閉鎖事件除外）故障發(fā)生前后共10個周波的采樣數(shù)據(jù)（故障前6個周波、故障后4個周波、每周波采樣24點），同時記錄了故障時的開入量狀態(tài)、裝置跳閘的時間、斷路器（接觸器）跳開的時間。故障發(fā)生時間指電壓、電流第一次滿