基于单片机的微机保护装置.doc

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1、山东科技大学学士学位论文 目录摘要随着计算机和信息技术的迅速发展,特别是单片机的诞生,人们考虑用单片机实现设备的智能化,利用单片机技术,以传统保护为参考,研制一种多功能电动机保护装置,以替代传统的单一的保护装置,实现对电动机及时、有效的保护与控制。本次设计介绍了微机保护的发展历史、技术特点和发展方向。文章以电动机保护理论为基础，对电动机常见故障进行了分析，并以检测的电流、电压信号为故障判据，设计了以C8051F360单片机为核心的微机保护装置。C8051F360单片机主要完成数据采集、数据处理和保护、以及人机对话功能。最后，文章对系统的抗干扰问题进行了分析，提出了一些硬件抗干扰措施。关键词：电

2、动机，微机保护，故障分析，单片机AbstractWith the rapid development of computer and information technology, especially the birth of single chip microcontroller (SCM), people consider to use it to achieve the intelligent of devices. Using SCM technology and the traditional protection as a reference, the people develo

3、p a multi-purpose motor protection device to replace the traditional protective device, and can make the motor protection and control timely and effective.The design introduces the development history, the technical characteristics and development direction of the microprocessor-based protection. Th

4、e common motor failure was analyzed based on the theory of the motor protection. And the C8051F360-centered microprocessor-based protection device is designed according to current and voltage signal failure criterion. C8051F360s major task is to do the data collection, data processing and protection

5、, and man-machine dialogue. Furthermore, according to the analysis of disturbances in the whole motors protection system, some hardware measures of antiamming are taken in the system.Key words： motors, Microprocessor-based Protection, Protective algorithm, Microcontroller目录1 绪论11.1微机保护的发展和特点11.2电动机保

6、护的发展41.3智能微机保护装置的特点81.4本课题提出的解决方案和要做的主要工作102 大型电动机保护方法研究122.1电动机常见的故障122.2短路保护132.3欠压保护142.4堵转保护152.5负序过电流保护163 微机保护算法233.1采样方案233.2全周波傅氏算法244 电动机微机保护的硬件研究与设计284.1保护装置原理框架图284.2硬件工作原理294.3采样滤波电路设计294.4 单片机介绍304.5 8255芯片及应用314.6人机界面设计324.7通讯接口设计354.8看门狗电路365 电动机保护装置的软件设计385.1软件设计的模块化38675.2系统软件工作原理39

7、6 系统抗干扰设计476.1干扰的影响476.2硬件抗干扰措施487 小结50参考文献51致谢52附录 外文翻译53附录 硬件原理图67山东科技大学学士学位论文 绪论1 绪论1.1微机保护的发展和特点 继电保护装置是电力系统的重要组成部分，它对保证系统安全、稳定和经济的运行起着非常重要的作用，在其技术实现上需要满足四个基本要求，即:可靠性、选择性、速动性和灵敏性。可靠性，即指发生了属于应该动作的故障时，保护装置能可靠动作，也就是不发生拒绝动作，而在其他任何不属于动作的情况下，不能动作，也就是不发生误动作;选择性，即指电力系统发生故障时，保护装置只能将故障设备切除，保证系统中的非故障设备仍然可以

8、继续运行，以尽量缩小停电范围;速动性，即指保护装置应该能快速切断故障，特别是作用于断路器跳闸的保护装置要求动作迅速;灵敏性，即指保护装置应该能在事先规定的保护范围内部故障时，不论故障点的位置以及故障的类型如何，都能灵敏地感觉到并正确地反映。 电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求，促进了继电保护装置的不断发展。继电保护装置经历了机电型、整流型、晶体管型和集成电路型几个阶段后，现在发展到了微机继电保护阶段。 微机继电保护指的是以数字式计算机(包括微型机)为基础而构成的继电保护。它起源于20世纪60年代中后期，是在英国、澳大利亚和美国的一些学者的倡导下开始进行研究的。 60年代中期，有人提出

9、用小型计算机实现继电保护的设想，但是由于当时计算机的价格昂贵，同时也无法满足高速继电保护的技术要求，因此没有在保护方面取得实际应用，但由此开始了对计算机继电保护理论计算方法和程序结构的大量研究，为后来的继电保护发展奠定了理论基础。 计算机技术在70年代初期和中期出现了重大突破，大规模集成电路技术的飞速发展，使得微型处理器和微型计算机进入了实用阶段。价格大幅度下降，可靠性、运算速度大幅度提高的微型处理器为微机继电保护的发展和实际应用奠定了物质基础;数据采集、数字滤波和保护算法方面深入的理论研究为微机继电保护的发展提供了理论基础。从而，促使微机继电保护的研究出现了高潮。 70年代后期，出现了比较完

10、善的微机保护样机，并投入到电力系统中试运行。80年代，微机保护在硬件结构和软件技术方面日趋成熟，并已在一些国家推广应用。90年代，电力系统继电保护技术发展到了微机保护时代。 我国的微机保护研究起步于20世纪70年代末期、80年代初期，尽管起步晚，但是由于我国继电保护工作者的努力，进展却很快。经过10年左右的奋斗，到了80年代末，微机继电保护，特别是输电线路微机保护已达到了大量实用的程度。 自1984年原华北电力学院研制的输电线路微机保护装置首先通过鉴定，并在系统中获得应用之后，不同原理、不同机型的微机线路和主设备保护不断涌现，并且各具特色，为电力系统提供了一批新一代性能优良、功能齐全、工作可靠

11、的继电保护装置。因此到了90年代，我国继电保护也进入了微机时代。 随着微机保护装置的研究，在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理论成果，一些新的改善继电保护性能的原理和方案，特别是基于故障波形特征或者高频分量的保护原理，以及神经网络和模糊集原理的智能化保护方案，受到更多的重视并逐步得到实际应用，这也对微机保护装置硬件提出了更高的要求。由于集成电路和计算机技术的飞速发展，微机保护装置硬件的发展也十分迅速，结构更加合理，性能更加完善。微机继电保护装置的硬件结构的发展大致可以分为以下几个阶段： (1)第一阶段以单CPU的硬件结构为主，数据采集系统由逐次逼近式A/D模数转换器构成，硬件及软件的设计符

12、合“四统一”设计标准。 (2)第二阶段以多单片机构成的多CPU硬件结构为主，数据采集系统为电压频率转换原理的计数式数据采集系统，硬件软件的设计吸取了第一代微机保护装置成功运行经验，利用多CPU的特点，强化了自检和互检功能，使硬件故障可以定位，对保护的跳闸出口回路，具有完善的抗干扰措施以及防止拒动与误动的措施。 (3)第三阶段以高性能的16位单片机构成的硬件结构为主，具有总线不需引出芯片，电路简单的特点，抗干扰性能进一步加强，并且完善了通信功能，为实现变电站自动化提供了方便。 如今，计算能力强、精度高、总线速度快、吞吐量大的数字信号处理器(DSP )被逐渐运用到电力系统微机继电保护之中，充分发挥

13、其快速强大的运算和处理能力以及并行运行的能力，满足了电力系统监控的实时性和处理算法的复杂性等更高的要求，并为不断发展的新理论和新算法应用于电力系统的实践奠定了技术基础。由于DSP的价格较高，影响了DSP在微机继电保护领域的推广应用。随着数字信号处理器芯片和开发工具的价格下降，可以预期数字信号处理器将会在微机继电保护装置中发挥重要的作用。 目前，微机继电保护技术的发展不断地向计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和数据通信一体化方向发展。研究和实践证明，与传统的继电保护相比较，微机保护有许多优点，其主要特点如下： (1)改善和提高继电保护的动作特征和性能，动作正确率高。主要表现在能得到常规保

14、护不易获得的特性;其很强的记忆力能更好地实现故障分量保护;可引进自动控制、新的数学理论和技术如自适应、状态预测、模糊控制及人工神经网络等，其运行正确率很高也已在运行实践中得到证明。 (2)可以方便地扩充其他辅助功能。如故障录波、波形分析等，可以方便地附加低频减载、自动重合闸、故障测距等功能。 (3)工艺结构条件优越。体现在硬件比较通用，制造容易统一标准;装置体积小，减少了盘位数量;功耗低。 (4)可靠性容易提高。体现在数字元件的特性不易受温度变化、电源波动、使用年限的影响，不易受元件更换的影响;且自检和巡检能力强，可永软件方法检测主要元件、部件的工况以及功能软件本身。 (5)使用灵活方便，人机

15、界面越来越友好，在操作方面采用触摸面板进行整定值操作，采用画面方式显示文字、图、表，采用智能化人机接口等，提高了操作性能并使维护调试变得更加方便，从而缩短维修时间;同时依据运行经验，在现场可通过软件方法改变特性和结构。 (6)可以进行远方监控。微机保护装置具有串行通信功能，与变电所微机监控系统的通信联络使微机保护具有远方监控特性。微机保护装置本身就是一台采样、测量装置，可以在调度室或变电站集控室对各种模拟量，如电流、电压、有功、无功、功率因数等进行监控，可以在调度室或变电站集控室对保护装置的定值进行修改和整定，并且可以对保护装置的控制字进行读写，从而控制保护装置的投退和工作方式的改变。另外，可

16、以存多套保护定值，完全可以达到每套定值对应一种常用的系统运行方式，这样，每次修改定值的工作量变得非常小，仅仅需要改变一下定值区号而已。这些特点，是实现变电站综合自动化或无人值班的重要基础。1.2电动机保护的发展 三相交流异步电动机因其结构简单、成本低廉、运行可靠、维护方便、机械特性能满足大多数生产机械的要求等优点被广泛地应用于发电厂、化工厂以及工矿企业中，成为所有动力设备中的主力军，其耗电量占总发电量的70%以上，所以电动机的节电在节能中具有举足轻重的作用。在电动机节能运行方面己作了许多工作，取得了一定效果，但忽略了电动机保护在节能中的重要作用。电动机在烧毁过程中因发热所消耗的电能是极大的，每

17、年仅因电动机烧毁所耗电能达数十亿kWh，因材料报废所产生的间接耗能更是巨大的，所以必须重视电动机保护这一重要环节。目前在技术先进国家电动机保护己具有较高水平。 据有关部门统计，全国每年烧毁电动机的数量在20万台次左右，总容量约4000万kW，直接损失达16亿元左右，间接损失高达百亿元。因修复电动机每年消耗电磁线5000万kg，生产lkg铜线需33.4kWh电能，每年为此需消耗16.7亿新型电动机微机保护测控系统的研究与设计kWh电能。所以，“节约用电，节约原材料就是节约能源。节约能源就是通过采用技术上可行的，经济上合理和有利于环境保护的一切措施，用以消除用电过程中不合理和浪费现象”。因此，抓好

18、电动机保护的研究与推广工作，对国民经济和节能有着重要的意义。 另外，科技的发展和生产的现代化推动了电动机设计制造技术和生产使用的发展，而采用了现代科技设计制造并且在生产现代化和控制自动化条件下使用的电动机又对电动机的保护提出了更高更新的要求。 从电动机制造和发展的过程来看，由于采用新型电磁材料与绝缘材料的结果，在增加出力的同时，其体积和重量不断减少。为了将生产成本降到最低，现代大型电动机的设计与制造正走向“极限设计，容量相同的电动机与30年代相比重量减少了一半以上，体积减小了约1/3。这意味着新型电动机额定电流与耐热限度电流(或称允许过载电流)及启动电流与耐热限度电流的差额较小。这样的电动机对

19、不正常运行条件十分敏感，电动机所能承受的过负荷能力急剧下降。 从电动机制造和发展的过程来看，由于生产自动化及各种自动化控制、顺序控制设备的出现，要求电动机经常运行在频繁启动、制动、正反转、间歇以及变负荷等多种方式。在上述各种不同运行状态下，电动机的发热情况及其所受到的电动力和热力的冲击相差悬殊。而电动机的经济使用周期(寿命)，正与它所受到的启动次数和持续时间密切相关。现代生产机械中，由于自动化的需要，对电动机的运行要求越来越高9,10。同时，由于电动机与配套机械连接在一起，当电动机发生故障时，经常波及生产系统。因此，对电动机实行有效保护，是保证生产系统正常工作的一项重要任务。某种程度上讲，电动

20、机的保护与电动机的设计制造、控制使用同等重要。 我国电动机保护历史已有半个世纪之久，电动机保护的发展大致可以分为以下几个阶段： （1）以熔断器、接触器和热继电器构成的保护方式:熔断器与刀开关是使用最早、最简单的保护方式。熔断器主要是用于短路故障或严重过载时保护供电设备和供电网络的，实际上它对电动机不起直接保护作用。当熔体熔断时，又往往会造成电动机缺相运行而烧毁。许多人把熔断器的作用看作是保护电动机，是一个概念错误。现行的熔断器熔体截面选择按电动机额定电流1.5 -2.5倍来选择是不符合实际的。电动起动时受到5-7倍大电流冲击，但因时间短，理论上是可以在熔体不熔断的情况下通过熔体，但由于熔体在制

21、造工艺、时效和安装上存在随机“缺陷”，在电动机起动时很容易发生部分相首先熔断，而使电动机处于缺相运行，造成烧毁事故。热继电器是我国50年代初从前苏联引进的产品，是用于电动机因过载引起的过电流保护装置。因为热继电器具有反时限特性和结构简单、使用方便等优点，一直延用至今。但是热继电器对起动过程中的电动机不起保护作用，且环境温度对热继电器参数影响较大，不稳定，双金属片整定方法粗糙。热继电器安装在电动机壳外，一旦发生通风受阻、扫锉、堵转、长期轻微过载使电动机绕组产生热积累等，热继电器就无法保护电动机。原因是热继电器串接在主电路中，与电动机绕组温度无直接关系。另外热继电器本身是一个耗能元件，在动作过程中

22、要消耗较多的电能。而当热继电器真正起到保护作用动作几次，其本身的电阻丝、绝缘材料会因过热而迅速损坏，不能继续使用，必须全套更换。 (3)温度继电器保护方式:温度继电器也是采用双金属片制成的园盘形继电器，其结构简单、动作可靠，装在电动机内部靠温度动作。但动作缓慢、返回时间长，不适合在小型电动机中使用。 (4)电子式保护装置保护方式:随着电子技术的迅速发展，电子式电动机保护装置应运而生。该类产品具有成本低、体积小等特点，但其保护过于简单，对许多场合的电动机不适用。 (5)微机型电动机保护装置保护方式:随着电力系统微机继电保护的不断发展，并有其与传统保护明显不同的特点，在电动机保护中得到不断的应用。

23、微机型电动机保护装置只需要通过采集电动机各序分量，经过计算，判断保护动作与否，非常简单、实用和可靠。许多新的电动机保护原理和方案，以及能够改善电动机保护性能的一些复杂先进算法在微机型电动机保护装置中也很容易得到实现。这些使得微机型电动机保护装置保护功能齐全，动作迅速、可靠性高，并能准确快速反映故障，具有装置动作指示，可记录和查询装置动作类型、动作时间以及故障特征值，便于故障分析，正常运行时可对电动机的运行状况进行监测。所以，微机型电动机保护装置逐渐被广大用户所接受，逐渐取代传统的保护方式成为电动机保护方式中的主流。1.3智能微机保护装置的特点电动机微机保护系统之所以能被推广和应用，是因为它具有

24、传统继电保护无法比拟的优越性。其优越性可以分为以下几方面：1.3.1性能优越微机具有高速运算、逻辑判断和记忆能力，微机保护是通过软件程序实现的，因而微机保护可以实现很复杂的保护功能，也可以实现许多传统保护无法实现的新功能。微机保护还可以具有故障参数记忆、故障录波等功能，可以自动打印记录故障前后各电气参数的数值、波形以及各种保护的动作情况等，供故障分析用。此外，较之传统的保护装置，微机保护的软件不易受电源波动、周围环境温度变化及元件老化的影响，因此微机保护的性能比较稳定。1.3.2可靠性高微机保护可以具有自诊断功能，能不断地对装置各部位进行自动检测，可以准确地发现装置故障部位，及时报警，以便处理

25、。体现可靠性的重要方面在于抗干扰能力，微机保护在硬件上采取电磁屏蔽、光电隔离等一系列抗干扰措施外；在软件上采取数据有效性分析，多次重复计算、自动校核等软件措施，使微机保护能自动纠错，即能加入自动地识别干扰和排除干扰的措施，防止干扰引起微机保护误动作。此外，装置还采用多重化措施，进一步提高保护的可靠性。微机型智能保护装置充分运用微电子技术和计算机技术等各种先进技术，这些先进技术的应用使得保护装置能够根据运行状态，通过感知、推理、学习、决策等手段自动地选择最佳模式进行控制与保护，极大地提高了保护装置的可靠性。1.3.3灵活性强各种类型的微机保护所使用的硬件和外围设备可通用。不同原理、特性和功能的微

26、机保护主要取决于软件。通常，可以在一套软件程序中设置不同的保护方案，用户根据需要来选择，也可以根据系统运行的实际条件或故障情况随机变化，使保护具有自适应能力。当系统发展需要改变保护原理或性能时，则只需将程序加以修改，这种灵活性是传统保护不可比拟的。1.3.4调试维护工作量小传统的继电保护装置，如机电型、整流型、晶体管型继电保护装置，调试工作量都很大，尤其是一些复杂保护更是如此。微机保护装置是由硬件和软件程序两个大部分组成，若硬件完好，对于己成熟的软件，只要程序和设计的一样，就会达到设计要求。再者，微机保护可以具有自诊断功能，能对硬件和软件进行自检，一旦发现异常就会发出报警，使得现场维护工作量大

27、大减少。1.3.5经济性好经济性包括装置的投资费用和运行的维护费用。随着大规模集成电路技术的发展和微机的广泛应用，微机硬件价格不断下降，而传统的继电器价格却在同期内相对上升。装置整体体积也因采用大规模集成电路而大大减小，这使得运输费用也相应降低。此外，由于微机保护可以具有自诊断功能，所以微机保护装置的维护费用较低，这样可以节省大量的人力物力，其经济效益是可观的。1.3.6多功能化和综合应用微机保护很容易实现保护以外的其他功能，这些功能是传统保护很难实现的。像故障录波和各种数据的打印。微机保护还可以扩大数据的应用范围，如为中心调度所提供电压和功率等运行数据，也可以进一步将保护、控制和监视等功能统

28、一设计、协调配合，实现整个电力系统监视、控制、保护的综合自动化，进一步实现电力系统计算机网络控制管理。1.4本课题提出的解决方案和要做的主要工作高压电动机保护是一个集保护、测量、控制、分析、远动等多功能于一体的大型系统工程，要走向成熟、稳定、全面尚需一个较长的应用、探索、完善和提高的过程。高压电动机保护应该在哪些方面作进一步发展，是值得我们探讨的，历史与现状的分析，国内外的发展历程可以说明，未来的高压电动机保护将会成为电力系统的高效率、高质量、高水平的运行系统的重要组成部分。高压电动机保护装置应具有以下功能：（1）监视高压电动机的运行状况，一旦发现故障或不正常运行状态，立即发出报警功能。（2）

29、具有短路保护、负序过电流保护、欠压保护、堵转保护等主要功能。（3）通信功能选择合适的通信方式，实现与上位机及时、准确的传送报警数据，同时能接收上位机控制指令。本论文的主要工作内容如下：(1)对电动机保护原理和保护算法进行深入分析研究，对保护判据了进一步优化。同时完善了保护装置的保护功能。应用对称分量法对高压电动机的各种故障进行分析，把高压电动机的故障分为对称故障和不对称故障，采用电动机定子过电流程度和电流的负序分量作为故障判据。算法方面，对三采样法、全周波傅式算法、均方根值进行了研究。采用全周波傅式算法既能抗干扰又能满足装置对测量的要求，在设计的装置中采用了该方法，达到了预期的目的；(2)经过

30、对各种类型处理芯片的综合比较采用80C196处理芯片，完成对微机电动机保护硬件系统和总体方案设的设计。保证装置的整体抗干扰优良，为人机界面提供硬件支持，解决硬件可靠性问题；(3)在高压电动机早期故障诊断方面，提出了一种基于小波变换的针对非平稳故障信号的消噪方法，仿真结果表明小波变换理论非常适合于突变信号或非平稳信号的消噪，该方法不仅可以消除噪声，更重要的是可以将突变信号保留下来，而突变信号中极有可能包含故障的早期特性，这为早发现故障赢得了时间，一定程度上提高了被保护对象的安全性；(4)基于对设备运行现场干扰情况的考虑，本文从装置的软件、硬件两方面针对抗干扰作了分析，提出了软件、硬件应该采取的措

31、施。这些方法和措施在抗干扰试验中证明是有效的，加强了保护装置自身稳定运行的可靠性。山东科技大学学士学位论文 大型电动机保护方法研究2 大型电动机保护方法研究高压电动机的应用几乎涵盖了工农业生产和人类生活的各个领域，在这些应用领域中电动机常常运行在环境恶劣的场合(如高温、高湿、尘埃、腐蚀等)，导致电动机的过流、短路、断相、绝缘老化等事故频发，据调查全国约有20%的电机因故障被烧毁，近30%的电动机带缺陷运行，给正常生活和日常维护造成沉重负担，特别是高压电动机，大功率电动机容量大，不仅造价高，更因为往往都是应用于大型工业设备的重要场合，一旦发生故障所造成的直接或间接经济损失更为惨重。因而对大型电动

32、机的保护问题被人们广为高度重视。在本章的后面几节中，对电动机的故障特征及电动机常见的故障和不正常运行方式进行分析并给出保护装置具体实现的方法。2.1电动机常见的故障电动机常见的故障可分为对称故障与不对称故障两大类。对称故障包括过载、堵转和三相短路等，这类故障对电动机的损害主要是热效应，使绕组发热甚至损坏。此类故障明显特征是电流幅值的显著变化。不对称故障有：断相、逆相、相间短路、匝间短路等。这类故障是电动机运行中最常见的一类故障，不对称故障对电动机的损害不仅仅是引起发热，更重要的是不对称引起的负序效应能造成电动机的严重损坏。此类故障明显特征是电机电流出现负序电流和零序电流。电动机在发生不对称故障

33、时，应用对称分量法可将三相电流分解为正序、负序和零序分量。电动机在正常运行时负序和零序分量没有或很小，旦发生不对称故障则将会大幅值出现，因此通过检测过流幅值、负序和零序电流分量、电流不平衡率，母线电压为基础的故障判据具有很高的灵敏度和可靠性。2.2短路保护电动机的短路故障是比较严重的一种故障，危害性很大，在进行短路保护时，即要避开起动电流，同时保护装置应是电流速断保护。当电动机定子绕组短路时，由于短路而产生的短路电流不仅会使绕组的绝缘破坏，导致电动机损坏，而且会导致供电电网电压下降，从而影响其它用电设备的正常运行。因此必须要装配有短路保护装置。本文相电流速断保护是装置通过检测电动机A、B、C三

34、相工作电流的最大值，算法上能够自动判别电动机是起动时间内还是在起动时间后，起动时间内和起动时间后的速断值可分别整定，从而可有效地躲过电动机的起动电流，保护装置在判断电动机电流值大于速断保护的整定值后，立即动作，跳开电动机。2.2.1相电流速断保护整定原则ISQ=K1ISI1=K2Ie其中:ISQ速断动作电流高值(电动机启动过程中速断电流动作值)(A)IS电动机启动电流最大值；Ie电动机额定电流；I1电动机速断电流；K1为安全系数，一般在1.11.3范围内取值。K2为过电流倍数，一般在29范围内取值。2.2.2相电流速断保护动作判剧IMAX=MAX(Ia,Ib,Ic)即IMAXISQ在电动机启动

35、过程中IMAXI1在电动机启动结束后tt1式中，IMAX：A、B、C相电流(Ia，Ib，Ic)最大值(A)。ISQ：速断动作电流高值(电动机启动过程中速断电流动作值)(A)。I1： 速断动作电流低值(电动机启动结束后速断电流动作值)(A)。t： 整定的速断保护动作时限ms。2.3欠压保护当供电系统出现短路故障，导致电压降低或电压消失时，电动机转矩急剧下降。在电压恢复电动机自起动时，将有数倍于额定值的大电流流过电动机，使电网电压降低，同时电动机端电压也降低，造成电动机起动困难或根本不能自起动。另外如果供电电压恢复的较慢，则电动机长期处于起动状态，此时，电动机或配电系统均受相当大的起动电流作用，这

36、时在长时间的起动电流作用下，会导致绝缘过热甚至损坏。由此可见，为减少供电系统的电压降，保证重要电动机自起动，保障电动机的安全，应设置欠压保护，切除不重要电动机和根据生产过程及技术保安条件要求不允许自起动的电动机。这样当供电系统恢复正常时，可保证一部份有必要自起动的电动机顺利起动，同时可人工控制各电动机的先后起动顺序，使电动机的起动电流先后错开，保持供电系统稳定。2.3.1欠压保护的装设原则(l)对于能自动起动的重要电动机，不装设低压保护：但当装有自动投入装置的备用机械设备时，为满足联动投入的要求，应装设带10秒时限跳闸的低电压保护。(2)为了保证重要电动机的自起动，在其它的电动机上应装设带0.

37、5秒时限跳闸的低压保护。(3)当电源电压长时间降低或中断时，根据生产工艺过程和技术保安条件等要求不允许自起动的电动机，应装设带10秒时限跳闸的低压保护。由上分析可见，一般对比较重要的电动机，为提高工作的可靠性，允许电压降低或消失后又恢复供电时自起动，对这一类电动机一般不设置欠压保护。2.3.2欠压保护整定在阻力转矩一定的情况下，当供电电压降低到足以引起电动机制动时的电压称为临界电压。此时欠压保护应能反应并将电动机切开。根据规程规定，低压保护的动作电压，对不重要的电动机取0.7Ue，延时时间为0.5s：对重要电动机取0.5Ue，延时时间为10s(U e为二次额定电压)。本文装置通过测量电动机母线

38、电压来实现欠压保护，当电动机母线电压降低到整定动作值U欠以下，且时间大于整定值t欠时，进行跳闸保护。(1)欠压保护动作值U欠整定范围：1090V，级差0.1v；(2)欠压保护动作时间t欠整定范围：0.1-10s，级差0.01s。2.4堵转保护电动机因机械原因、负荷过大等原因造成转子被卡死或低速运转会造成过热而危及电机，必须予以切除。图2.1电动机堵转保护逻辑图I13为堵转电流定值；T13为堵转时间定值。堵转保护逻辑图如图2.1：在启动情况下，电动机的启动电流一般随启动时间逐渐减少；而发生堵转时，电动机的电流一般是呈上升趋势。电动机处于堵转状态下允许的时间很短，堵转保护采用短时限保护。保护装置应

39、能可靠地区分电动机的正常运行和堵转。启动过程中出现堵转，由启动时间过长保护提供保护；运行过程中出现堵转，会引起电流剧增，当电动机的任一相电流超过堵转电流整定值I1，并达到堵转整定时限时，本保护动作作用于出口跳闸。在一定意义上，堵转保护可作为电动机运行过程中短路保护的后备保护。堵转保护电流I13可按电动机铭牌堵转电流的一半整定；保护时间不，可参考电动机的允许堵转时间整定，一般整定为允许堵转时间的0.9倍。2.5负序过电流保护负序保护所针对各类非接地性不对称故障，如断相、不平衡运行、局部匝间短路等。应用对称分量，可以分析各种故障下的负序电流。以下以断相为例进行分析。电动机断相故障主要两大类情况如下

40、图：图2.2Y型接法三相异步电动机A相断开2.4接法三相异步电动机绕组断开图2.3接法三相异步电动机A相断开 对于电动机断相而言，绕组断相表现较为复杂。由于电动机绕组接法有Y形和形接法两种，故其断相表现有所不同。对于Y形接法的电动机，主回路的任一处断相可根据线电流来判断；对于形接法的电动机，若在绕组中出现断相，则只能根据三相电流的不对称来判断了。由对称分量法分析，当电动机发生断相等不对称故障时，定子电流可分解出负序电流分量，该电流的取值决定于电动机的负序阻抗对正序阻抗的比值，负序电流会使电动机的转子绕组中产生2倍工频的单相交流电流，造成电动机机端过热，转子振动；另外，电动机断相运行时由于负序磁

41、场的存在，基波旋转磁场质量变差，机能、能量转换能力降低。设Y形接法三相异步电动机A相断开，如图2.2所示。电源电压虽对称，但由于断线处出现电压U，所以在电动机端点A、B、C处三相电压是不对称的，电动机负载越大，断相时电压的不对称程度越大。图2.5Y型接法三相异步电动机A绕组断开正序阻抗等效图 图2.6Y型接法三相异步电动机A绕组断负序阻抗等效图 应用对称分量法得出A相断开后的三相异步电动机正、负序相阻抗等效电路如图2.5，2.6所示图2.5中rl代表定子绕组的电阻，jx1代表定子绕组的漏抗；rm代表与定子铁芯损耗相对应的等效电阻(有功损耗)，jxm代表与主磁通相对应的铁芯的电抗：，jx2代表折

42、算到定子边的转子绕组电抗和漏抗；图2.6中，代表定子绕组的电阻，j代表定子绕组的漏抗；rm代表与定子铁芯损耗相对应的等效电阻(有功损耗)，j xm代表与主磁通相对应的铁芯的电抗； jx代表折算到定子边的转子绕组电抗和漏抗；在不计磁路饱和的影响下，电动机的运行可看成是在正序对称电压和负序对称电压分别作用下运行的叠加，叠加图如图2.7：在正、负序电压作用下产生各序相应的电流、功率及其转矩，而综合转矩M是在序转矩Ml和负序转矩M2的合成。M=M1-M2由于电动机正常运行中，转差率S很小，则正序阻抗Z+远小于负序阻抗Z-，即负序电压很小也会引起大的负序电流。负序电流产生的负序转矩为制动转矩，使输出转矩

43、和功率减小，在负载不变情况下，引起电动机转速下降，非故障相电流增大，引起绕组过热而烧毁电动机。另一方面，在三相电压不平衡时，三相感应电动机的负序阻抗与其启动期间的阻抗相似，而此时在不平衡电源上运行的电动机将产生不平衡电流，所引起的线电流不平衡为线电压不平衡的数倍，三相电流可能明显地不同，而且电流较大的那一相中加重的发热将使电动机的温升加剧，最严重的不平衡形式是一相断路，这种情况将会很快导致电动机烧毁，所以保护装置要有不平衡(断相)保护功能。图2.7正、负序对称电压叠加图 2.5.1断相电流特性分析如图2.2，对Y形接法，设A相断开，流入电动机的电流为： (2.1)应用三相对称分量法：（2.2）

44、、为三相不对称电流，a=e、a2=e、a3=1由欧拉公式ej=cos+jsin得： （2.3）由此可见，在A相断开时，正序、负序电流大小相等，方向相反。B、C端点间电压推导如下： （2.4）联立以上两式得： （2.5） （2.6）= （2.7）式中：Z+三相异步电动机正序相阻抗Z-三相异步电动机负序相阻抗在忽略励磁阻抗的影响时，Z+、Z-计算如下：=2r1+2jx1+（）+j2（x1+） （2.8） （2.9）电流有效值为： （2.10）在电动机运行过程中发生缺相故障：0s1,故sT21；T21为负序电流I段延时整定值；2)由于负序保护能反映例如局部匝间短路之类的轻微故障，对于电动机故障的早期诊断具有很大优势。但是由于实际供电电源总存在一定的不对称，即使在正常运行时，电动机也会有一定的负序电流存在，负序保护整定必须躲过这一不平衡电流。负序电流段动作条件如下：I2I22；I22为电动机负序电流段电流定值；I2为负序电流；TT22；T22为负序电流段延时整定值；山东科技大学学士学位论文