【文章內(nèi)容簡介】 條中“二、根據(jù)生產(chǎn)過程不允許或不需要自動的電動機，應(yīng)裝設(shè)低電壓保護。”的規(guī)定投入 ，同時作為電動機流速斷保護失靈的后備保護 、反相及局部匝間短路等各類非接地性不對稱故障提供單獨保護。 在這個配置方案中，電流速斷作為相間短路的主保護在電機的運行過程中一直投入；堵轉(zhuǎn)保護作為轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)或啟動時間過長的主保護，同時作為電機相間短路的后備保護；過負荷保護是電動機定子繞組過流發(fā)熱的主保護 ，同時又作為相間短路及轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)的后備保護。這樣的配合還是很符合電動機過流的實際情況的，同時輔以低電壓保護和負序保護，應(yīng)該說很全面的覆蓋了電動機的應(yīng)有保護范圍，也使得保護器的保護功能發(fā)揮的較為徹底。 電流速斷保護原理及其整定值 在過電流保護動作時間超過 ~ 時，應(yīng)裝設(shè)瞬動的電流速斷保護裝置。 電流速斷保護的組成及其速斷保護的整定 電流速斷保護是一種瞬時動作的過電流保護。其原理相當(dāng)與定時限過電流保護中抽去時間繼電器，即在啟動用的電流繼電器后面直接接信號繼電器和中間繼電器，最后由中 間繼電器觸點接通。其工作邏輯原理圖如下： 圖 27 電流速斷保護邏輯原理圖 第 13 頁 圖中： S3— 電流速斷保護軟件投切開關(guān)， 1；保護投入， 0：保護退出； d3— 電流速斷保護動作定值； t3— 時間繼電器 ,0~50000 可調(diào) 。 電流速斷整定值計算 動作電流值 在傳統(tǒng)電流速斷保護整定計算時，動作電流值除了要滿足躲過電動機的啟動流的要求，還需要保證靈敏度大 2，微機保護的特點決定了只要動作電流值于電機的啟動電流就行了。電動機的最大啟動電流基本上就相當(dāng)于其堵轉(zhuǎn)電流，也就是要求 I，滿足下式 lop=kst *In 保護裝置中的動作電流值并非實際的電流值，另外還要考慮到接線系數(shù)及保證足夠的可靠性等，我們的計算公式如下： IopKiKrelKw?3d (214) 式中， krel 為可靠系數(shù)，對 DL 型電流繼電器，取 ～ ， Kw 為接線系數(shù) (倆相倆繼電器 )取 1，ki 為變流比。 對于動作時限，我們選擇不設(shè)置動作時限。 定時限堵轉(zhuǎn)電流保護 定時限過電流保護也叫做堵轉(zhuǎn)保護，電動機在正常運轉(zhuǎn)中，由于各種原因使轉(zhuǎn)子處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，由于堵轉(zhuǎn)則相當(dāng)與轉(zhuǎn)子開路，因此電流很大，容易燒毀電機。因此在檢 測到電動機處于堵轉(zhuǎn)時，應(yīng)及時動作，防止燒毀。電動機在啟動完成后，如果因機械原因或負載過重致使轉(zhuǎn)子被卡住，即電動機出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)故障，則正序電流將會增大，當(dāng)正序電流大于堵轉(zhuǎn)定值時，保護器經(jīng)整定延時后動作。 熱過載反時限過電流保護 所謂的反時限電流保護的保護裝置的動作時限原先是按照 10 倍的動作電流來整定，而實際的動作時間則與其電流呈反比關(guān)系變化，電流越大，動作時間越短。其保護動作方程如下： 222 ??InIs (215) 式中： In 為電動機額定電流 S 為電動機發(fā)熱時間常數(shù) ，表示電動機的過載能力 過載保護一般都采用反時限來計算保護時間，當(dāng)電動機運行在電流超過整定值時，過載保護投入，開始利用反時限公式計算時間，一旦故障時間超過了計算時間 t 之后，則動作與出口，實現(xiàn)對電動機的 第 14 頁 保護。 速斷、堵轉(zhuǎn)、過載保護之間的配合 速斷保護、堵轉(zhuǎn)保護和過載保護需要相互配合，以使保護裝置的工作更符合電動機運行過程中的實際電流特性。三者之間的配合關(guān)系如下： 圖 28速斷、堵轉(zhuǎn)、過載保護之間的配合關(guān)系 零序電流保護 零序電流保護，即接地保護，當(dāng) 0I 大于保護的動作電流 10 時，經(jīng)短延時 t 保護出口動作依據(jù)用戶要求發(fā)出接地信號或跳閘。 (1)變壓器中性點不接地系統(tǒng)中電動機的零序電流保護整定計算 我國 3KV， 6KV， 10KV 電網(wǎng)大多數(shù)是變壓器中性點不接地或經(jīng)消弧圈接地的系統(tǒng)，當(dāng)單相接地故障時，接地點的電流小，不是短路電流，因此這種系統(tǒng)中電動機零序電流保護需發(fā)出接地信號，不跳閘。 變壓器中性點不接地系統(tǒng)中電動機零序電流保護的動作電流 的整定原則是：當(dāng)本電動機外部 (指機端電流互感器以外 )電網(wǎng)中任一地點單相接地時，本電動機 的零序電流保護應(yīng)可靠地不動作，為此 nl KkC o dUI ??3d. z0 ? (216) 式中： U 本國電機所在電網(wǎng)的相電壓 (V)； Cod：本電動機每相對地電容 (F)； ? ：角頻率； nL 本電動機機端電流互感器變化 kK ：可靠系數(shù)，取 再校驗靈敏度。 第 15 頁 本電動機定子繞組單相接地故障時，本電動機零序電流保護應(yīng)可靠地動作。 零序電流保護的短延時 t 可整定為 ~ 負序電流保護 電力系統(tǒng)在正常運行時負序電流分量很?。ń咏诹悖?，而在系統(tǒng)出現(xiàn)不對稱故障時，就會產(chǎn)生很大的負序分量電流，從而通過測量負序電流的大小可以判別是否發(fā)生故障。 設(shè)置負序電流保護，作為電動機斷相、逆相。定子繞組或引出線不對稱相間短路、定子繞組閘間短路、電源電壓嚴(yán)重不平衡等的保護。 本裝置采用兩段式定時限負序電流保護，作為電動機斷相、定子繞組或引出線不對稱相間短路、定子繞組匝間短路的主保護。第一段具有高定值 dzI239。 ，短延時 t1，第二段具有低定值 dzI .239。39。 ，長延時t2。 （ 1） 第一段的整定 在系統(tǒng)最小運行方式下電動機機端兩相短路時，最小的短路電流負序分量 )2(I 應(yīng)使負序電流保護第一段可靠地動作，其靈敏 KI=，按此原則得： 39。 IdzI ? (217) 同時，還必須校驗的值大于按公式計算的值，以確保在電動機起動過程式中負序電流保護第一段可靠地不動作。用戶可根據(jù)上述算法確定 dzI .239。 、 dzI .239。39。 本裝置負序電流保護第一段的延時 t1 默認(rèn)為Is，以短延時躲開斷路器合閘及其他暫態(tài)干擾所出現(xiàn)的短時間負序電流的影響。 （ 2） 第二段的整定 在電動機正常運行及起動過程中，允許三相電壓之間有持續(xù)性的 5%以內(nèi)的誤差，此時會出現(xiàn)較長時間的負序電流 I2，應(yīng)保證負序電流保護第二段可靠地不動作，為此： NIdzI )(239。 ?? (218) 按上式公式整定的 39。39。I 躲不開斷路器斷路器跳合閘或其他暫態(tài)干擾所出現(xiàn)的短時間數(shù)值較大的負序電流 I2，但因為有 t2 長延 時，則能保證第二段不誤跳， t2 由用戶整定，一般可整定為 3s。 啟動時間過長保護 正常啟動過程結(jié)束后電動機的運行電流低于額定值或者在額定值附近，而啟動時間過長則是在啟動時間過后電動機的運行電流仍保持較大值 (一般為機械原因 )。 第 16 頁 啟動時間過長保護是由啟動時間和堵轉(zhuǎn)時間保護整定值來配合實現(xiàn)的。當(dāng)正序電流大于 ，一般認(rèn)為電動機開始啟動。經(jīng)過啟動時間后，電動機的電流如果仍然大于堵轉(zhuǎn)電路的整定值，則啟動時間過長保護開始動作，發(fā)出跳閘命令：若電動機運行電流小于堵轉(zhuǎn)電流的 整定值，則認(rèn)為電動機已加入正常運行狀態(tài)。 啟動時間過長保護可作電動機啟動過程中短路保護的后備保護。而且啟動時間過長保護只針對與電動機的啟動過程加以保護，如果電動機正常啟動后，此保護應(yīng)該自動退出，而且只要電動機不停，此保護應(yīng)一直不能進入保護。 欠壓、過壓保護 當(dāng)電網(wǎng)電壓降低或出現(xiàn)短時中斷，一些不允許或不需要自啟動的電動機須從電網(wǎng)中斷開，因此需要配置低電壓保護。保護原則是 ： 當(dāng) abU bcU 。有一相低于保護定值 時，低電壓保護經(jīng)延時后動作發(fā)跳閘命令 ； 當(dāng)電動機從電網(wǎng)中斷開，電網(wǎng)電壓恢復(fù)正常后，可使電動機隨時重新啟動。 第 3 章 硬件設(shè)計 裝置硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 電動機綜合保護器的整體結(jié)構(gòu)如下，硬件電路設(shè)計應(yīng)包括幾個方面的內(nèi)容：單片機系統(tǒng)設(shè)計、測量電路設(shè)計、鍵盤與顯示系統(tǒng)設(shè)計、電源設(shè)計和 I/O 控制設(shè)計等。 第 17 頁 圖 31硬件系統(tǒng) (1)交流輸入通道 本部分實現(xiàn)電流電壓的輸入調(diào)理 (2)顯示部分 本部分采用 LED 數(shù)碼管作為用戶界面，單片機與 LED 數(shù)碼管接口采用串行 通訊方式，配接移位寄存器來驅(qū)動數(shù)碼管工作。 (3)控制輸出 I/O 控制電路 控制輸出部分采用機電式繼電器，其價格便宜，市場產(chǎn)品豐富，驅(qū)動線路也比較簡單。 (4)通信模塊 這部分采用 RS485 接口，采用硬件自動控制收發(fā)電路，不用單片機進行控制以減輕負擔(dān)。 單片機系統(tǒng)設(shè)計 微處理器應(yīng)根據(jù)所要完成的數(shù)據(jù)處理工作的復(fù)雜程度來選擇。由于整個保護器需要的計算量和數(shù)據(jù)存儲較大，加之，還要完成于上微機的通訊，因此對微處理器的要求較高。本設(shè)計采用美國 CYGNAL 公司生產(chǎn)的 C8051F020 作為數(shù)據(jù)處理的核心部分。該處 理器內(nèi)部資源豐富，僅需要少量的外部控制電路即可完成系統(tǒng)的各項功能。 C8051F020 系列單片機是完全集成的混合系統(tǒng)級芯片，具有 MCS－ 51 兼容的控制器內(nèi)核，其指令于MCS51 完全兼容。除具有 MCS51 數(shù)字外設(shè)部件外，片內(nèi)還集成了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬及數(shù)字外設(shè)功能部件。這些功能部件的高度集成為設(shè)計體積小，功耗低，可靠性高的應(yīng)用系統(tǒng)提供了方便，業(yè)可使系統(tǒng)集成成本大大降低。 三相電流輸入 漏電輸入 電壓輸入 濾波調(diào)理 顯示模塊 通訊模塊 故障記錄 I/O 控制 按鍵模塊 CPU C8051F020 第 18 頁 采用 TQFP100 封裝形式的 C8051F020 內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。 圖 32 8051F020 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 a) 單片機主要特點 模擬外設(shè) 12 位逐次逼近型（ SAR） ADO，可編程轉(zhuǎn)換速率，最大 100ksps，輸入電壓信號范圍： 0～ 2。 40V； 8位 ADC（ ADC1），可編程轉(zhuǎn)換速率，最大 500ksps； 可編程放大增益： 16， 8， 4， 2， 1， ； 數(shù)據(jù)相關(guān)窗口中斷發(fā)生器； 片內(nèi) JTAG 調(diào)試和掃描； 片內(nèi)調(diào)試提供全速、非侵入式的系統(tǒng)調(diào)試； 支持?jǐn)帱c、單部、觀察點、堆棧監(jiān)視器、支持觀察、修改存儲器和寄存器； 完全符合 邊界掃描標(biāo)準(zhǔn)； 高速 8051 微控制器內(nèi)核； 流水線指令結(jié)構(gòu)； 百分之 70 指令的執(zhí) 行時間位 1 個或者 2 個系統(tǒng)時鐘周期，速度可達 25MIPS； 第 19 頁 22 個矢量中斷源； 存儲器 4352BB 內(nèi)部數(shù)據(jù) RAM（ 4KB+256B）； 64KB FLASH 存儲器，可以在系統(tǒng)編程，每個扇區(qū)位 512B； 外部 64KB 數(shù)據(jù)存儲器接口； （ 5）數(shù)字外設(shè) 8 個 8 位的端口 I/O，所要口線均耐 5V 電壓； 可同時使用硬件 SMBus， SPI 及倆個增強型 UART 串口； 可編程 16 位計數(shù)器 /定時器陣列，有 5 個捕捉 /比較模塊， 6 種工作方式； 5 個通用 16 位計數(shù)器 /定時器； 時鐘源 內(nèi)部可編程振蕩器： 2～ 16MHz； 外部振蕩器 ：晶體、 RTC 或外部時鐘； 實時時鐘（ RTC）方式（用定時器 3 或者 PCA）； b)單