【正文】 h z dshzda b c s h z dM A X U UTTM A X I I I I??? ??? ????斷 路 器 為 合 位 () XU 為線電 壓 ； shzdU 為失壓保護(hù)整定值 ； shzdT 為失壓延時(shí)定值 ； ,a b cI I I 為各相相電流 ； shzdI 為最小電流整定值 。所以可以考慮切除一部分不重要的電動(dòng)機(jī)，使電網(wǎng)電壓迅速恢復(fù)，以保證重要電動(dòng)機(jī)的自起動(dòng)； ② 防止在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，由于反抗力矩大于起動(dòng)力矩而使電動(dòng)機(jī)過熱； ③ 切除在電壓恢復(fù)時(shí)不允許自起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)。 低電壓保護(hù)應(yīng)當(dāng) 具備以下功能： ① 保證重要電動(dòng)機(jī)的自起動(dòng)。接 地 保 護(hù)t o u z d 圖 211 零序電壓保護(hù)邏輯圖 電動(dòng)機(jī)低電壓運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)矩急劇下降，造成電動(dòng)機(jī)嚴(yán)重過載。跳 閘 保 護(hù)amp。 39。 零 序 電 流 保 護(hù) 投 入A 相 零 序 電 流C 相 零 序 電 流B 相 零 序 電 流≥大 于 定時(shí) 限 整定 值≥t 39。 判據(jù)如下： 000zdUzdUUTt??? ?? () 式中： 0U 為零序電壓值； 0zdU 為零序電壓動(dòng)作整定值，按躲過正常運(yùn)行時(shí)的最大不平衡基波零序 電壓整定； 0Uzdt 為零序電壓保護(hù)延時(shí)，按躲過高壓側(cè)接地故障最長切除時(shí)間整定。 保護(hù)邏輯框圖如圖 210 所示。 電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)； ?段零序電流保護(hù)判據(jù)： 000qzdzdIITt???????? () П段零序電流保護(hù)判據(jù)： 000qzdzdIITt??????????? () 0I 為電動(dòng)機(jī)零序電流值； 0qzdI? 和 0qzdI?? 分別為電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí) I 段和 П段零序電流整值； 0zdt? 為 I 段零序電流保護(hù)時(shí)間整定值，為短延時(shí)； 0zdt?? 為 П段零序電流保護(hù)時(shí)整定值，為長延時(shí)。 ① 零序電流保護(hù) 零序電流保護(hù)是作為電動(dòng) 機(jī)定子繞組及引出線接地故障的主保護(hù)，其電流取自機(jī)端專用的零序電流互感器。負(fù) 序 電 流 保 護(hù) 圖 29 負(fù)序電流保護(hù)邏輯圖 接地保護(hù)針對(duì)各類接地故障。 39。 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 17 負(fù) 序 電 流 保 護(hù) 投 入A 相 負(fù) 序 電 流C 相 負(fù) 序 電 流B 相 負(fù) 序 電 流≥大于П段整定值≥t 39。 電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)： Ⅰ 段負(fù)序電流保護(hù)判據(jù)： 222zdzdIITt???? ??? () Ⅱ 段負(fù)序電流保護(hù)判據(jù)： 222zdzdIITt????? ???? () 2I 為電動(dòng)機(jī)負(fù)序電流值； 2zdI? 為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí) Ⅰ 段負(fù)序電流整定值，大小為 ~1 倍的額定電流； 2zdI?? 為 II 段負(fù)序電流整定值，大小為 ~ 倍的額定電流； 2zdt? 為 Ⅰ 段負(fù)序電流保護(hù)時(shí)間整定值，為短延時(shí)； 2zdt?? 為 II 段負(fù)序電流保護(hù)時(shí)間整定值，為長延時(shí)。Ⅰ 段針對(duì)嚴(yán)重不平衡故障，具有較高的整定值，動(dòng)作延時(shí)短（ 2zdt? ） ；Ⅱ 段針對(duì)三相電源嚴(yán)重不對(duì)稱，具有較低的整定值，動(dòng)作延時(shí)長（ 2zdt?? ）。 在電源電壓不對(duì)稱、 逆相、 斷相 等故障時(shí)均 會(huì) 引起負(fù)序電流 2I ， 對(duì)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(duì)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)。 針對(duì)電動(dòng)機(jī)的各類非接地性不對(duì)稱故障 ，設(shè)置負(fù)序 過 電流保護(hù)。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(duì)傳感器的影響。 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(duì)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。 C， G 也為常數(shù)，設(shè)允許溫升為 max? 。 其溫升變化過程如圖 28 所示 。 而 sdt?? 為另一部分熱最散失于冷卻介質(zhì)中 。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)。電動(dòng)機(jī)反時(shí)限保護(hù)特性曲線如圖 27 所示。 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。 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(duì)稱，在電流中含有一定的負(fù)序分量。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 。 其邏輯框圖如圖 26 所示。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。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)。 其 保護(hù) 邏輯框圖見圖 25。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。根據(jù)對(duì)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。 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。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。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。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(duì)稱分量法，發(fā)生不對(duì)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)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。amp。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。 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)。 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) 。 理想情 況下差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作判據(jù)為 ： 0dI ? 。在不考慮電流互感器勵(lì)磁電流影響時(shí)有： 120dI I I? ? ? () 當(dāng)保護(hù)范圍內(nèi)部故障時(shí)， 假設(shè)圖 21 中 A 相繞組在 d 點(diǎn)發(fā)生短路故障，則在 d 點(diǎn)兩側(cè)均有電流流向短路點(diǎn)，此時(shí)， 兩電流互感器二次側(cè)的電流幅值、相位均不相同，此時(shí)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。1d 圖 21 電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)原理 12 II n? ， 12 II n??? ， 22dI I I??? () 式中： 2I 、 2I? —— 電流互感器二次測電流； n—— 電流互感器變比； dI —— 差動(dòng)電流。 對(duì)于電動(dòng)機(jī)來說，在其一相繞組輸入端和輸出端分別安裝特性和變比完全相同的電流互感器，如圖 21 所示。 縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作原理是基于比較被保護(hù)單元始端 和末端電流的大小和相位的原理構(gòu)成的。主保護(hù)以帶比率特性的差動(dòng)保護(hù)為主；后備保護(hù)以電流速斷保護(hù)、正序定時(shí)限保護(hù)、兩段式負(fù)序和零序電流保護(hù)為主，另外還配有電壓保護(hù)、 CT 斷線告警等。所以本裝置采用檢測過電流、正序電流、零序電流和負(fù)序電流分量為基礎(chǔ)，作為電動(dòng)機(jī)故障的判據(jù)。 電動(dòng)機(jī)保護(hù) 判據(jù) 對(duì)于大型異步電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置而言，在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和運(yùn)行過程出現(xiàn)故障廣西大學(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 7 時(shí)，能迅速、準(zhǔn)確的動(dòng)作是非常重要的。在發(fā)生繞組接地故障時(shí)，不僅故障電流通過定子 鐵芯引起鐵芯過熱，性能變壞，而且使電機(jī)外殼帶電，嚴(yán)重威脅著操作人員的生命安全，所以要有單相接地保護(hù)措施。 有調(diào)查表明，由缺相運(yùn)行造成電動(dòng)機(jī)繞組燒毀 ， 占電動(dòng)機(jī)繞組修理總數(shù)的 60%~70%，缺相故障是一種 嚴(yán)重的不對(duì)稱故障，因此，應(yīng)設(shè)置斷相保護(hù) 。 因此， 應(yīng)設(shè)置低電壓保護(hù)。當(dāng) 電壓恢復(fù)電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)時(shí)，將有數(shù)倍于額定值的大電流流過， 使電網(wǎng)電壓降低，同時(shí)電動(dòng)機(jī)端電壓也降低，造成電動(dòng)機(jī)起動(dòng)困難。因此，需裝設(shè)熱 過 載 保護(hù)。對(duì)于 20xxkW 以下的電動(dòng)機(jī)，可裝設(shè)電流速斷保護(hù)。 電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)分析 針對(duì)上述故障類型， 電動(dòng) 機(jī)應(yīng)裝設(shè)以下繼電保護(hù)裝置： 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 6 電動(dòng)機(jī)的短路故障是比較嚴(yán)重的一種故障，其主要發(fā)生在定子繞組，當(dāng)定子繞組出現(xiàn)短路時(shí)，不但使電動(dòng)機(jī)嚴(yán)重?fù)p壞，釀成事故，而且可能導(dǎo)致電網(wǎng)電壓顯著下降，影響其它用電設(shè)備的正常運(yùn)行。非接地故障有：斷相、逆相、相間短路、匝間短路等；接地故障有：單相接地和兩相接地。 電動(dòng)機(jī)常見的繞組故障可分 為對(duì)稱故障和不對(duì)稱故障兩大類： 主要包括過載、堵轉(zhuǎn)、啟動(dòng)時(shí)間過長和三相短路等。對(duì)于異步電動(dòng)機(jī)來說，其故障形式主要分為繞組損壞和軸承損壞兩方面。 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 5 第二章 電動(dòng)機(jī)保護(hù)原理 本章首先列出 了電動(dòng) 機(jī)常見的故障及針對(duì)這些狀況的各種保護(hù)方式，然后詳細(xì)介紹了 電動(dòng) 機(jī) 微機(jī) 保護(hù)裝置所用到的保護(hù)原理和實(shí)現(xiàn)保護(hù)的邏輯關(guān)系圖 。接著，在第四章根據(jù)保護(hù)原理和該裝置的硬件平臺(tái)使用 C 語言開發(fā)了一套針對(duì)各種保護(hù)功能的軟件模塊， 使之能夠識(shí)別并處理從傳感器傳來的電信號(hào)，然后通過人機(jī)交互界面顯示出來，近而使人能夠很輕易判斷故障類型。 本論文的主要工作 本論文研究的是基于單片機(jī)的電動(dòng)機(jī)（異步電機(jī)）保護(hù)裝置，主要應(yīng)用于 大、中型企業(yè)的電動(dòng)機(jī)保護(hù)。品種和功能少、參數(shù)精度低、生產(chǎn)工藝落后等嚴(yán)重制約了我國在電機(jī)保護(hù)這方面的競爭力，因此研發(fā)出新型的智能保護(hù)裝置是當(dāng)務(wù)之急。 歸納來說，國外保護(hù)裝置的特點(diǎn)一般有：保護(hù)器自身溫度補(bǔ)償、檢測負(fù)荷率、提示報(bào)替、記憶故障原因和數(shù)據(jù)、通信、與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，能同時(shí)監(jiān)測多臺(tái)電動(dòng)機(jī)等。美國 RockAB公司生產(chǎn) Bulletin825型智能電動(dòng)機(jī)控制器是一種可編程的電子過載保護(hù)器 ，其可通過 PROFIBUS現(xiàn)場總線與 PC機(jī)通信。韓國三和科技會(huì)社推出的 3DD、 3DI、 3DM、 FD數(shù)顯是式智能型保護(hù)器可實(shí)現(xiàn)斷相、過載、欠載、三相不平衡、 堵轉(zhuǎn)、漏電、接地和短路等保護(hù)功能，并能實(shí)現(xiàn)于計(jì)算機(jī)的聯(lián)網(wǎng)，可同時(shí)監(jiān)測 96臺(tái)電動(dòng)機(jī)，其他產(chǎn)品還有 交流、直流電動(dòng)機(jī)保護(hù)器（ EOCT、 S SE、 ST、 AR、 SI、DSL、 DDT、 TIT、 3ST、 3E、 4F。例如，德國西門子公司生產(chǎn)的 3UB1智能過載繼電器，這種繼電器能提供過載、斷相和三相電流不平