【文章內(nèi)容簡介】 DZI0.minZDI ZDISDI 圖 2－ 2 比率制動(dòng)式縱差保護(hù)的制動(dòng)特性 圖中， DZI 為差動(dòng)電流， SDI 為差動(dòng)速斷電流，一般取 6~8 倍的流入保護(hù)裝置的第二側(cè)二次電流， .minDZI 為差動(dòng)啟動(dòng)電流，一般為 ~ 倍的流入保護(hù)裝置的第二側(cè)二次電流， .minZDI 為最小制動(dòng)電流，一般取額定電流， ZDI 為制動(dòng)電流。 保護(hù) 判據(jù)如下 ： 差動(dòng)速斷： DZ SDII? () 廣西大學(xué)畢業(yè)生論文 單片機(jī)在電動(dòng)機(jī)保護(hù)中的應(yīng)用 9 比率差 動(dòng) ： . m i n . m i n. m i n . m i n . m i n()Z D Z D D Z D ZZ D Z D D Z Z D Z D Z D D ZI I I II I I K I I I???? ? ? ? ??當(dāng) 時(shí) ，當(dāng) 時(shí) ， () 式中 ZDK 為 制動(dòng)系數(shù) 。 為防止 CT 斷線時(shí)保護(hù)裝置誤動(dòng)，本裝置采用了 CT 斷線閉鎖差動(dòng)保護(hù)的方案。 CT 斷線只閉鎖比率制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)，不閉鎖差動(dòng)速斷保護(hù)。 CT 斷線判據(jù)：當(dāng)至少檢測到一相電流為零并且零序電流大于 ctI 時(shí)，發(fā)出斷線告警并閉鎖差動(dòng)保護(hù)。只有在裝置檢測到高低壓側(cè)最大相電流在 .minDZI 至 6 .minDZI 之間才進(jìn)行 CT 斷線判定，否則不進(jìn)行 CT 斷線 斷定。 A 相 比 率 差 動(dòng) 動(dòng) 作B 相 比 率 差 動(dòng) 動(dòng) 作C 相 比 率 差 動(dòng) 動(dòng) 作比 率 差 動(dòng) 投 入差 動(dòng) 啟 動(dòng) 元 件C T 斷 線 檢 測 閉 鎖 控 制 字1?amp。amp。斷 線 告 警 信 號差 動(dòng) 保 護(hù) 動(dòng) 作 圖 2－ 3 比率制動(dòng)式縱差保護(hù)邏輯框圖 圖 24 為差動(dòng)速斷保護(hù)的邏輯框圖。當(dāng)任一相差動(dòng)電流大于差動(dòng)速斷整定值時(shí)瞬時(shí)動(dòng)作于出口繼電器。 A 相 差 動(dòng) 速 斷 動(dòng) 作B 相 差 動(dòng) 速 斷 動(dòng) 作C 相 差 動(dòng) 速 斷 動(dòng) 作差 動(dòng) 速 斷 投 入1?amp。差 動(dòng) 速 斷 保 護(hù) 動(dòng) 作 圖 2－ 4 差動(dòng)速斷保護(hù)邏輯框圖 廣西大學(xué)畢業(yè)生論文 單片機(jī)在電動(dòng)機(jī)保護(hù)中的應(yīng)用 10 根據(jù)對稱分量法，發(fā)生不對稱故障時(shí)，電動(dòng)機(jī)電流可分解為正序、負(fù)序和零序分量。當(dāng)電動(dòng)機(jī)三相對稱時(shí)，負(fù)序和零序電流為零，而發(fā)生不對稱故障時(shí)則會顯著增加。因此 可以在檢測電動(dòng)機(jī)過流程度的同時(shí)，以序分量為基礎(chǔ)，檢測負(fù)序、零序電流的大小。這樣，不僅能更好地反應(yīng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀況，還可以大大提高保護(hù)的靈敏度和可靠性。異步電動(dòng)機(jī)常見故障的過流、負(fù)序和零序電流的分布情況如表 21 所示，表中單相故障設(shè) A 相為故障相，二相故障設(shè) B、 C 相為故障相， PI 表示故障前相電流幅值。 表 2l電動(dòng)機(jī)常見故障信息分布表 故障類型 過電流 負(fù)序電流 零序 電流 其他故障特征 設(shè)置保護(hù) 類型 對稱 故障 三相短路 (8 10) pI? 無 無 a b cI I I?? 電流速斷 堵轉(zhuǎn) (5 7) pI? 無 無 a b cI I I?? 正序 定 時(shí) 限 過載 ( 5) pI? 無 無 a b cI I I?? 正序 反 時(shí) 限 不對稱性故障 非接地 斷相 3/2pI 無 0,a b cI I I? ?? 負(fù)序 定 時(shí) 限 逆相 無 pI 無 a b cI I I?? 不平衡 無 有 無 a b cI I I?? 相間短路 有 1/ 3bI 無 b c aI I I?? 接地 單相接地 有 1/3aI 1/3aI a b cI I I?? 零序 定時(shí) 限 二相接地 有 有（值的大小 取決于位置） ,b c a pI I I I?? 從表 21 可知，若以過流信息反映短路和堵轉(zhuǎn)故障，以負(fù)序和零序電流反映各類不對稱短路和接地短路等不對稱故障，可以實(shí)施全面的電流保護(hù)。 設(shè)置電流速斷保護(hù)作為電動(dòng)機(jī)的主保護(hù)，用于電動(dòng)機(jī)內(nèi)部定子繞組以及廣西大學(xué)畢業(yè)生論文 單片機(jī)在電動(dòng)機(jī)保護(hù)中的應(yīng)用 11 進(jìn)線所發(fā)生 的相間短路故障。 由于短路故障將導(dǎo)致很大的故障電流，所以只要檢測到 A、 B、 C 三相電流中任一相或一相以上的電流值大于速斷的整定值，保護(hù)立即動(dòng)作。根據(jù)對繼電保護(hù)速動(dòng)性的要求，保護(hù)裝置動(dòng)作切除故障的時(shí)間，必須滿足系統(tǒng)穩(wěn)定和保證重要用戶供電可靠性。在簡單、可靠和保證選擇的前提下，原則上總是越快越好。設(shè)置速斷保護(hù)電流定值時(shí)，要保證電動(dòng)機(jī)在滿載啟動(dòng)過程中短路保護(hù)可靠地不動(dòng)作，即躲過電動(dòng)機(jī)最大啟動(dòng)電流。 電動(dòng)機(jī)啟動(dòng) 時(shí)，保護(hù)判據(jù)為 ： .m axsq zd relq stI I K I? ? ? () 電動(dòng)機(jī)運(yùn)行 時(shí)，保護(hù)判據(jù)為 ： sdzd rel xjdI I K I? ? ? () 其中 I 為 電動(dòng)機(jī)各相相電流 ； relqK 為電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)可靠系數(shù)，一般取 ；.maxstI 為電動(dòng)機(jī)最大啟動(dòng)電流，一般取 9 倍的額定電流 NI ； xjdI 為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)相間短路電流 ； relK 為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)可靠系數(shù)，一般取 。 其 保護(hù) 邏輯框圖見圖 25。 速 斷 保 護(hù) 投 入A 相 電 流 大 于 整 定 值B 相 電 流 大 于 整 定 值C 相 電 流 大 于 整 定 值≥amp。速 斷 保 護(hù) 動(dòng) 作 圖 25 電流速斷保護(hù)邏輯框圖 設(shè)置正序定時(shí)限保護(hù) 作為電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)故障的主保護(hù)，過負(fù)荷運(yùn)行的后背保護(hù)。 當(dāng)保護(hù)裝置在電機(jī)運(yùn)行過程中檢測到電流超過堵轉(zhuǎn)電流整定值，并達(dá)到整定時(shí)限時(shí)堵轉(zhuǎn)保護(hù)動(dòng)作，出口跳閘。堵轉(zhuǎn)保護(hù)在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程中閉鎖，啟動(dòng)結(jié)束后自動(dòng)投入。 保護(hù)判據(jù)為 ： 電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí) ： 1 1 . m a x1qzd re lq stzdI I K ITt? ? ??????? () 廣西大學(xué)畢業(yè)生論文 單片機(jī)在電動(dòng)機(jī)保護(hù)中的應(yīng)用 12 電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí) 111zd rel zxzdI I K ITt? ? ??? ?? () 1I 為電動(dòng)機(jī) 的正序電流 ； .maxstI 為電動(dòng)機(jī)最大啟動(dòng)電流 ； relqK 為電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)可靠系數(shù)，依據(jù)不同保護(hù)類型取不同值 ； 1zdt 為時(shí)間常數(shù)，依 據(jù)不同保護(hù)取不同值 ； zxI 為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)正序電流整定值 ； relK 為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)可靠系數(shù) 。 其邏輯框圖如圖 26 所示。 正 序 電 流 保 護(hù) 投 入C 相 正 序 電 流 大 于 整 定 值B 相 正 序 電 流 大 于 整 定 值A(chǔ) 相 正 序 電 流 大 于 整 定 值≥amp。堵 轉(zhuǎn) 保 護(hù) 動(dòng) 作1 zdt 圖 26 正序電流保護(hù)邏輯圖 設(shè)置熱過載 保護(hù)來防止電動(dòng)機(jī)長時(shí)間過負(fù)荷運(yùn)行， 導(dǎo)致 定子過熱而引起的損壞 。 過負(fù)荷保 護(hù)實(shí)際上是通過電流幅值模擬電機(jī)的發(fā)熱，電動(dòng)機(jī)的熱慣性 使它具有一種短暫的過載能力，此時(shí)短時(shí)間的過載仍屬正常運(yùn)行，只有 到熱量積累溫升達(dá)到損壞電動(dòng)機(jī)的壽命程度時(shí)，才給予保護(hù) 。 引起電動(dòng)機(jī)過負(fù)荷原因： (1)外界原因 引起的堵轉(zhuǎn) ； (2)電動(dòng)機(jī)本 身機(jī)械故障 ； (3)由于供電 系統(tǒng)電壓畸變和電壓不平衡，造成三相電流不完全對稱，在電流中含有一定的負(fù)序分量。因而產(chǎn)生電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)力矩，造成電 動(dòng)機(jī)過熱； (4)周圍環(huán)境工況惡劣，通風(fēng)不暢，環(huán)境溫度過高； (5)頻繁地起動(dòng) 制動(dòng)等 。 反時(shí)限保護(hù)是有效地防止電動(dòng)機(jī)過負(fù)荷的一種方法。這種方法是以電動(dòng)機(jī)發(fā)熱不至于使電機(jī)燒壞為準(zhǔn)，即電動(dòng)機(jī)的繞組在電流越大時(shí)，發(fā)熱量也越大，此時(shí)電動(dòng)機(jī)內(nèi)的溫度上升越快，達(dá)到 使繞組被燒壞的溫度時(shí)間越短，此廣西大學(xué)畢業(yè)生論文 單片機(jī)在電動(dòng)機(jī)保護(hù)中的應(yīng)用 13 時(shí)需快速地切開電動(dòng)機(jī)，反之，電動(dòng)機(jī)的電流小，達(dá)到電動(dòng)機(jī)繞組被燒壞的溫度的時(shí)間就越長，此時(shí)電動(dòng)機(jī)還可繼續(xù)工作一段時(shí)間。電動(dòng)機(jī)反時(shí)限保護(hù)特性曲線如圖 27 所示。 1 2 3 4 5 6 7 841 0t( 動(dòng) 作 時(shí) 間 s )/ eII 圖 27 電動(dòng)機(jī)反時(shí)限動(dòng)作特性曲線 電動(dòng)機(jī)發(fā) 熱理論研究表明，電動(dòng)機(jī)持續(xù)運(yùn)行的容許負(fù)荷，主要取決于定子繞組的溫升，即定子電流的大小為電動(dòng)機(jī)過負(fù)荷的主要依據(jù)。因此，依據(jù)均質(zhì)固體發(fā)熱理論，電動(dòng)機(jī)定子繞組的溫升特性可以采取如下形式的熱平衡微分方程描述 ： 22()eQ d t I I r d t C G d s d t? ? ?? ? ? () 式中 Q—— 定子物體每秒鐘內(nèi)所產(chǎn)生的熱量 ，單位為 W； R—— 定子繞 組 電阻 (Ω )； ?—— 散熱系數(shù) ( 2/wmc )每平方米表 面、每 度溫差， 每 秒時(shí)間所散發(fā)的熱最焦耳數(shù)； S—— 冷卻 表而積 ( 2m )； ? —— 定 子繞組溫升 ( C? ) I—— 過 負(fù)荷時(shí)定子繞組流過電流 (電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中三相電流最大者 ) (A)； eI —— 可 整定的保護(hù)動(dòng)作電流 (A)； C—— 定 子物體材料比熱 ( /J kg C?? )； G—— 定 子物體重量 (kg)。 廣西大學(xué)畢業(yè)生論文 單片機(jī)在電動(dòng)機(jī)保護(hù)中的應(yīng)用 14 而方程左邊 Qdt 為在時(shí)間間隔 dt 中，定子繞組由 于過負(fù)荷 而發(fā) 出的熱量，方程右邊 CGd? 為這一熱量 一部分使定子溫度升高 d? 度。 而 sdt?? 為另一部分熱最散失于冷卻介質(zhì)中 。 式 為一階段性微分方程，其通解為 ： s tCGQ Aes ?? ??? () 由初始條件 /( 0) 0t? ??， 代入 (211)解出常數(shù) A 為 ： 22()eI I rQA ss???? ? ? ? 再代入 (211)得解 為 ： 22() (1 )s te CGI I r es ?? ? ???? () 由 此得到電動(dòng)機(jī)過負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的溫升特性表達(dá)式 。 其溫升變化過程如圖 28 所示 。 t 1 t 2 tθ 0θ m a xsθ ( t )θ /℃I 圖 28 過負(fù)荷運(yùn)行時(shí)溫升特性曲線 將溫升特性式 (212)中指數(shù)項(xiàng)進(jìn)行泰勒級數(shù)展開，取其前兩項(xiàng)，得 ： 1s tCG setCG? ?? ?? 帶入 (212)得 2 2 22() [ ( / ) 1 ]eeeI I r I rt I I tC G C G? ?? ? ? 廣西大學(xué)畢業(yè)生論文 單片機(jī)在電動(dòng)機(jī)保護(hù)中的應(yīng)用 15 ∵ 2ceP I r?? —— 銅損 為常數(shù) 。 C， G 也為常數(shù)，設(shè)允許溫升為 max? 。 則得出反時(shí)限過負(fù)荷動(dòng)作特性為 ： m a x 221[ ( / ) 1 ] ( / ) 1CGe e eTt P I I I I?? ? ?? ? ? maxeCGT P?? ? T 根據(jù)電機(jī)材料、定子重量、額定銅損，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)得到的允許溫升計(jì)算確定。 上 述過負(fù)荷保護(hù)是通過測量電動(dòng)機(jī)定子繞組電流，根據(jù)電機(jī)發(fā)熱模型而計(jì)算出在給定的過負(fù)荷電流、給定的允許溫度下，電動(dòng)機(jī)所允許運(yùn)行的時(shí)間，不能直接反應(yīng)電機(jī)繞組溫度，對冷卻系統(tǒng)損壞、機(jī)械轉(zhuǎn)子損耗增加、環(huán)境溫度過高等造成的過熱不能檢測。所以對埋有溫度傳感器的電動(dòng)機(jī)，有必要對溫度傳感器傳來的信號進(jìn)行測量，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)過熱保護(hù)，結(jié)合前面所述的熱過載保護(hù)，則更能有效地保護(hù)電動(dòng)機(jī)。由于感溫元件埋在電機(jī)內(nèi)部，可消除各種環(huán)境溫度對傳感器的影響。在本文中，采用的是集成溫度傳感器 AD590。 針對電動(dòng)機(jī)的各類非接地性不對稱故障 ，設(shè)置負(fù)序 過 電流保護(hù)。 負(fù)序電流保護(hù)是作為電動(dòng)機(jī)斷相、 定子繞組或引出 線不對稱相間短路、定子繞組匝間短路及三相電流不平衡的主保護(hù)。 在電源電壓不對稱、 逆相、 斷相 等故障時(shí)均 會 引起負(fù)序電流 2I ， 對這類故障， 雖然過熱保護(hù)己能提供保護(hù)，但在 嚴(yán)重的不對稱故障 時(shí) 引起 的 2I 很大，很有必要設(shè)置單獨(dú)的快速保護(hù)。所以本文采用兩段式定時(shí)限負(fù)序過電流保護(hù) 。Ⅰ 段針對嚴(yán)重不平衡故障