畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-10KV電動(dòng)機(jī)微機(jī)保護(hù)裝置設(shè)計(jì)

1、專業(yè)提供全套畢業(yè)設(shè)計(jì)電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)論文題目:10kv電動(dòng)機(jī)微機(jī)保護(hù)裝置設(shè)計(jì) 姓名：摘要3關(guān)鍵詞3引言31微機(jī)保護(hù)裝置的組成及功能32微機(jī)保護(hù)裝置工作原理32. 1啟動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)保護(hù)42. 2兩段式定時(shí)限過電流保護(hù)42. 3零序過電流保護(hù)52. 4低電壓保護(hù)52.5過電壓保護(hù)62.6磁平衡羌動(dòng)保護(hù)62.7差動(dòng)速斷保72.8過熱保護(hù)73微機(jī)保護(hù)裝置硬件設(shè)計(jì)83.1主控單元83.2鍵控顯示單元93.3數(shù)據(jù)采集單元103.4自動(dòng)復(fù)位113.5報(bào)帶保護(hù)信號(hào)輸出單元114軟件設(shè)計(jì)11結(jié)束語12參考文獻(xiàn)1210kv電動(dòng)機(jī)微機(jī)保護(hù)裝置設(shè)計(jì)關(guān)鍵詞:電動(dòng)機(jī)，微機(jī)，保護(hù)摘要：。針對(duì)高壓電動(dòng)機(jī)一些常見故降及產(chǎn)生這些故

2、降的原因,提出了 采用止負(fù)序電流的測(cè)量對(duì)電機(jī)故降進(jìn)行分析的方法，闡述了采用微機(jī) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的綜合保護(hù)裝里的硬件原理以及軟件框圖，達(dá)到了電動(dòng)機(jī)短 路保護(hù);不平衡保護(hù):接地故障保護(hù);過欠壓保護(hù)的目的。引言：大型高壓電動(dòng)機(jī)隨著工業(yè)的發(fā)展越來越廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè), 推動(dòng)了電力工業(yè)的發(fā)展。但是，據(jù)原電力部的一份調(diào)查資料表明，所調(diào) 查34個(gè)電廠，高壓異步電動(dòng)機(jī)損壞率達(dá)巧.1%,造成經(jīng)濟(jì)上的巨大損 失。因此,研究一種高壓電動(dòng)機(jī)的綜合監(jiān)測(cè)和保護(hù)裝置迫在眉睫。高壓電動(dòng)機(jī)微機(jī)保護(hù)裝置工作原理主耍是采用微型計(jì)算機(jī)對(duì)電動(dòng) 機(jī)的早期故障及非止常運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)測(cè)、報(bào)警和保護(hù)，該裝置的功能有: 短路保護(hù);不平衡保護(hù);接地故障保

3、護(hù);過熱保護(hù);過欠壓保護(hù)等。下面就 電動(dòng)機(jī)微機(jī)保護(hù)裝置工作原理以及軟硬件設(shè)計(jì)加以闡述。1微機(jī)保護(hù)裝置的組成及功能微機(jī)保護(hù)裝置的核心一般rticpu、存儲(chǔ)器、定時(shí)計(jì)數(shù)器、看門狗等 組成。cpu大都是嵌入式微控制器（mcu）,即通常所說的單片機(jī)：i/o 通道包括數(shù)字量輸入輸出通道（人機(jī)接口和電脈沖、各種告警信號(hào)、 跳閘信號(hào)等）以及模擬量輸入通道（a / d轉(zhuǎn)換、模擬量輸入變換凹路、 低通濾波器及釆樣）o2微機(jī)保護(hù)裝置工作原理電動(dòng)機(jī)損壞常見的原因有:三相電壓不平衡;電機(jī)定了繞組開路造成 負(fù)荷不平衡及過負(fù)荷等原因。三相電壓不平衡,負(fù)荷不平衡均將造成 負(fù)序電流明顯增大;過負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，止序電流將增大。本裝

4、置將通過監(jiān) 測(cè)正序、負(fù)序電流對(duì)電動(dòng)機(jī)短路故障、不平衡故障，電機(jī)過熱故障等 進(jìn)行及時(shí)保護(hù)。2. 1啟動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)保護(hù)電動(dòng)機(jī)正常啟動(dòng)時(shí)，電流市零突然增大，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的最大相電流 從零突變到超過10%1巳時(shí)開始計(jì)時(shí)直到啟動(dòng)電流過峰值后下降到 120% ie（i已為電動(dòng)機(jī)額定電流）時(shí)為止之間的歷時(shí)稱為txnrt ,電動(dòng) 機(jī)啟電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)造成轉(zhuǎn)子過熱，當(dāng)裝置實(shí)際測(cè)量的啟動(dòng)時(shí) 問em譏超過電動(dòng)機(jī)整定的啟動(dòng)時(shí)間時(shí)，保護(hù)動(dòng)作高壓電動(dòng)機(jī)出口繼 電器跳閘。電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)結(jié)束后，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)吋間過長(zhǎng)保護(hù)退出，其原理如圖1所示。啟竊時(shí)績(jī)過條ia1>1.2leico1.2ufa1<1.2t«18k1

5、.2uickt.2u保護(hù)出口序列啟初后標(biāo)志1電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)保護(hù)原理框圖22兩段式定時(shí)限過電流保護(hù)裝置設(shè)有兩段式定時(shí)限過流保護(hù)，由控制字投退。i段為電流速斷 保護(hù)，用于保護(hù)電動(dòng)機(jī)相間短路。電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程中，速斷保護(hù)定值 采用過流i段電流1定值（速斷啟動(dòng)內(nèi)定值）躲過電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流；當(dāng) 電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)結(jié)束后，速斷保護(hù)定值恢復(fù)過流i段電流2定值（速斷啟動(dòng) 后定值）o這樣可有效防止啟動(dòng)過程中因啟動(dòng)電流過大而引起誤動(dòng), 同時(shí)還能保證運(yùn)行屮保護(hù)有較高的靈敏度。ii段為過流保護(hù)，作為電流速斷保護(hù)的后備保護(hù)，為電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)提供保護(hù)。ii段定時(shí)限過流保護(hù)在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程中自動(dòng)退出，兩段定時(shí)限過流保護(hù)原理框圖如圖

6、2所示。定時(shí)隈過渣»保護(hù)出口停列icwmr圖2定時(shí)限過流保護(hù)動(dòng)作邏輯圖2. 3零序過電流保護(hù)裝置設(shè)有零序過流保護(hù)功能，由控制字投退。零序過流保護(hù)由控制字選擇跳閘或告警。裝置配置零序互感器測(cè)量零序電流31。,零序過電流保護(hù)原理框圖如圖3。保護(hù)出口序列3序過電流保護(hù)動(dòng)作邏輯圖2. 4低電壓保護(hù)當(dāng)電源電壓短時(shí)降低或短時(shí)中斷時(shí)，為保證重要電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)， 要斷開次要電動(dòng)機(jī)，就需要配低電壓保護(hù)。當(dāng)母線線電壓低于電壓整定值,并達(dá)到整定延時(shí)且斷路器處于閉合狀態(tài)時(shí)，低電壓保護(hù)動(dòng)作，低電壓保護(hù)原理框圖如圖4低電玨保護(hù)斷路器位ubc«tts$ 值uca<m電壓芷值4低電壓保護(hù)動(dòng)作邏輯2.

7、5過電壓保護(hù)當(dāng)母線任一線電壓大于過電壓保護(hù)定值，并達(dá)到整定延時(shí)且斷路器 處于閉合狀態(tài)時(shí)，過電壓保護(hù)動(dòng)作，過電壓保護(hù)原理框圖如圖5過電壓保護(hù)斷路番位*二1ubo>® 質(zhì)定5過電壓保護(hù)動(dòng)作邏輯2. 6磁平衡差動(dòng)保護(hù)平衡羌動(dòng)保護(hù)多用于電流速斷保護(hù)靈敏度不夠的電動(dòng)機(jī)上，特別是額定容量在2000rw及以上，作為電動(dòng)機(jī)匝間短路或相間短路的主 保護(hù)。在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程屮，保護(hù)增加延時(shí)t二100ms保護(hù)出口，以避 開電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程中瞬時(shí)暫態(tài)峰值電流，捉高保護(hù)可靠性。磁平衡差 動(dòng)保護(hù)配有專用的磁平衡互感器。2. 7差動(dòng)速斷保護(hù)差動(dòng)速斷保護(hù)在電動(dòng)機(jī)內(nèi)部嚴(yán)重故障時(shí)快速動(dòng)作。任一相差動(dòng)電 流大于差動(dòng)速斷

8、整定值時(shí)瞬時(shí)，動(dòng)作于出口繼電器。在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過 程中，速斷延時(shí)t二200ms保護(hù)出口，以躲過電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程中瞬時(shí)暫 態(tài)峰值電流，提高保護(hù)可靠性；啟動(dòng)結(jié)束后，保護(hù)無延吋t二0ms2. 8過熱保護(hù)過熱是引起電動(dòng)機(jī)損壞的重要原因，特別是轉(zhuǎn)子因負(fù)序電流產(chǎn)生的 過熱，裝置充分考慮了負(fù)序電流的影響。模擬電動(dòng)機(jī)發(fā)熱的模型，綜 合電動(dòng)機(jī)正序電流和負(fù)序電流的熱效應(yīng)，引入了反時(shí)限保護(hù)判據(jù)。采 用的過熱保護(hù)動(dòng)作判據(jù)為：一6 2 2 2k, (1人)+kj (ij/ip -1.05式中：t-保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間(s)；“電動(dòng)機(jī)的過熱時(shí)間常數(shù)(s),對(duì)應(yīng)于電動(dòng)機(jī)的過負(fù)荷能力；i電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行電流的三和最大值(a)；【2電動(dòng)機(jī)

9、實(shí)際運(yùn)行電流的負(fù)序分量(a)；i。一過熱保護(hù)啟動(dòng)電流定值(電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行額立電流反應(yīng)到ct二次側(cè)的值)；k 電動(dòng)機(jī)正序發(fā)熱系數(shù)，啟動(dòng)過程屮可在01范圍內(nèi)以0. 01為級(jí)差整定用以啟動(dòng)，啟動(dòng)結(jié)束后口動(dòng)變?yōu)?;k廠-電動(dòng)機(jī)負(fù)序發(fā)熱系數(shù)，可在010范圍內(nèi)以0. 01為級(jí)差整定，一般可取為6。3微機(jī)保護(hù)裝置硬件設(shè)計(jì)本硬件裝置如圖6所示,主要由主控單元鍵控制顯示單元、數(shù)據(jù)采集單元、自動(dòng)復(fù)位單元、報(bào)警保護(hù)信號(hào)、輸出單元等組成。106()數(shù)據(jù)采集單尤四位數(shù)碼管顯示器ia相電流161161164164（）相電流冬庁電流電源電壓iad574!atmelb：9s3z 單片機(jī)鍵控顯示單元報(bào)畀保護(hù)佶號(hào)輸出單兀3/3e

10、prom2h61.圖6微機(jī)保護(hù)裝置硬件框圖3.1主控單元主控單元采用atmel89s52單片機(jī)系統(tǒng)，主耍完成鍵盤中斷響應(yīng)，數(shù) 據(jù)采集、運(yùn)算、處理及結(jié)果顯示,報(bào)警、保護(hù)信號(hào)輸出等功能。不同機(jī)組，因額定功率和電流均不和同,其各項(xiàng)保護(hù)參數(shù)自然不同, 且必須在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定。這就要求本裝置具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片。普通方案均 采用靜態(tài)ram（如6116）,因其斷電以后數(shù)據(jù)會(huì)丟失，通常還要接可充電電池。本裝置是長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)保護(hù)儀表，連續(xù)工作時(shí)間一般在半 年以上，對(duì)可靠性要求極高，不允許發(fā)生數(shù)據(jù)丟失或出錯(cuò)現(xiàn)象，以免導(dǎo) 致誤動(dòng)作，嚴(yán)重影響生產(chǎn);而現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境為高壓大電流，電網(wǎng)沖擊、電 磁干擾、粉塵污染等都很嚴(yán)重。因此,本裝置

11、沒有采用靜態(tài)ram方案, 而是采用了電可擦除rom芯片ezprom 一 2864,并和程序存儲(chǔ)器合 用o 一方面存儲(chǔ)執(zhí)行程序，另一方面可保存各項(xiàng)保護(hù)設(shè)定值并 現(xiàn)場(chǎng)修改修改完畢,通過開關(guān)將寫控制信號(hào)斷開。這時(shí),2826就和當(dāng)于 一片rom芯片，斷電、千擾都不會(huì)引起數(shù)據(jù)丟失或?qū)珏e(cuò)，可靠性大大提 高。3.2鍵控顯示單元鍵控采用中斷方式,當(dāng)有鍵按下時(shí)，觸發(fā)外中斷1,中斷服務(wù)程序通過串 行口進(jìn)行鍵盤掃描獲得鍵碼，根據(jù)鍵碼值進(jìn)行和應(yīng)的操作。鍵盤主要 負(fù)責(zé)各種保護(hù)參數(shù)的置入、修改。顯示器亦采用串行口輸出方式， 經(jīng)74164串并轉(zhuǎn)換后驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示'并定時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描/吏顯示穩(wěn) 定、可靠。顯示器主要顯

12、示監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，以便觀察。為便于技術(shù)人員檢 修故障，本裝置面板上設(shè)置6個(gè)發(fā)光二極管分別顯示正序保護(hù)、負(fù) 序保護(hù)、零序保護(hù)、過欠壓保護(hù),過熱報(bào)警及熱保護(hù)。鍵盤掃描流程 圖如圖7圖7鍵盤掃描流程圖3.3數(shù)據(jù)采集單元由信號(hào)調(diào)理電路和aid轉(zhuǎn)換電路組成本單元。本裝置輸入信號(hào)有a 相、c相電流、零序電流和電源電壓，分別通過電流互感器和電壓互感 器得。信號(hào)調(diào)理電路主要功能：(1)將a相電流和c相電流轉(zhuǎn)換為正 序電流和負(fù)序電流，由上述工作原理可知,通過移相電路和加法器即可 實(shí)現(xiàn)。(2)將零序電流互感器輸出信號(hào)轉(zhuǎn)為電壓信號(hào)并通過運(yùn)放適當(dāng) 調(diào)整幅度(3)將電壓互感器信號(hào)幅度適當(dāng)調(diào)整。為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)故障和 及時(shí)保護(hù)，本裝

13、置采用交流、直流采樣獲得峰值,而沒有對(duì)信號(hào)進(jìn)行整 流、濾波，以免濾波電容充放電造成信號(hào)延時(shí),。為保護(hù)交流采樣的精 度,a刀d芯片選用12位高速a刀(ad574)。其轉(zhuǎn)換速度高，晶振頻 率為izmhz時(shí)，可達(dá)25p澎次,且采樣精度高，相對(duì)誤差約四千分之一。3.4自動(dòng)復(fù)位單元在意外情況下，如電網(wǎng)沖擊，電磁干擾,主控單元可能失控而發(fā)生系 統(tǒng)自鎖現(xiàn)象,造成難以翻濤i的破壞。為保證本裝置在實(shí)際運(yùn)行時(shí)可靠 工作，需在其偶然發(fā)生自鎖現(xiàn)象吋能進(jìn)行自動(dòng)復(fù)位,避免意3卜事故的 發(fā)生。自動(dòng)復(fù)位單元由一片4060和外圍阻容構(gòu)成,4060是一片內(nèi)含振 蕩器的分頻計(jì)數(shù)器。本裝置正常工作時(shí)，程序中通過8031不斷輸出清 零

14、信號(hào)，使4060計(jì)數(shù)器清零;自鎖時(shí)，沒有清零信號(hào)輸岀,4060不斷計(jì)數(shù), 計(jì)滿滋出，其輸出端一復(fù)位信號(hào)至8031復(fù)位端，使系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位。3.5報(bào)帶保護(hù)信號(hào)輸出單元將主控單元輸岀的控制信號(hào)經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后直接控制兩繼電器,其觸點(diǎn) 分別接報(bào)警系統(tǒng)和電機(jī)交流接觸器。當(dāng)報(bào)警信號(hào)輸出時(shí)，提醒操作人 員，電機(jī)有異常發(fā)生;保護(hù)信號(hào)輸出時(shí)，電機(jī)電流被切除，停機(jī)以備檢修。 4軟件設(shè)計(jì)根據(jù)工作原理，本裝置工作過程為:在電機(jī)啟動(dòng)后，即實(shí)吋采集正序 電流，負(fù)序電流,零序電流和電源電壓，并與設(shè)定值比較后分別提供以 下保護(hù)。(i)短路保護(hù)包括起動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)及運(yùn)行時(shí)堵轉(zhuǎn)等,通過監(jiān)測(cè)正序電流來 實(shí)現(xiàn)。在起動(dòng)時(shí)間內(nèi)，為避開電機(jī)的起動(dòng)

15、電流，正序電流設(shè)定值自動(dòng)加 倍，起動(dòng)結(jié)束后恢復(fù)正常。短路保護(hù)分速斷保護(hù)和延吋保護(hù)兩種，對(duì)于 用斷路器控制的電動(dòng)機(jī)選擇速斷保護(hù)，而對(duì)于熔斷器加接觸器控制的 屯機(jī)，運(yùn)行堵轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)由熔斷器保護(hù),本裝置只負(fù)責(zé)起動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)故障, 故采用延時(shí)保護(hù)。不平衡保護(hù)包括斷相保護(hù)和反相保護(hù),通過監(jiān)測(cè)負(fù)序電流來實(shí)現(xiàn)。 不平衡保護(hù)提供了兩種電流一時(shí)間反時(shí)限特性曲線，當(dāng)整定值比較靈 敏時(shí)，選擇動(dòng)作時(shí)間較長(zhǎng)的曲線，反之，選擇另外一條曲線。接地故障保護(hù)通過監(jiān)測(cè)零序電流來實(shí)現(xiàn)。同短路保護(hù)一樣,也分速 斷和延時(shí)保護(hù)兩種。過欠壓保護(hù)直接通過監(jiān)測(cè)電流電壓來實(shí)現(xiàn)。為避開電網(wǎng)沖擊，過欠 壓保護(hù)采用延時(shí)保護(hù)5結(jié)束語隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和對(duì)適用環(huán)境要求的提高，微機(jī)保護(hù)功能性也越趨完善。微機(jī)保護(hù)及自動(dòng)裝置廣泛吸