【正文】 完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和保護(hù)、以及人機(jī)對(duì)話(huà)功能。關(guān)鍵詞：電動(dòng)機(jī)，微機(jī)保護(hù)，故障分析，單片機(jī)AbstractWith the rapid development of puter 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 develop a multipurpose 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 microprocessorbased protection. The mon motor failure was analyzed based on the theory of the motor protection. And the C8051F360centered microprocessorbased protection device is designed according to current and voltage signal failure criterion. C8051F360’s major task is to do the data collection, data processing and protection, and manmachine dialogue. Furthermore, according to the analysis of disturbances in the whole motor39。可靠性，即指發(fā)生了屬于應(yīng)該動(dòng)作的故障時(shí)，保護(hù)裝置能可靠動(dòng)作，也就是不發(fā)生拒絕動(dòng)作，而在其他任何不屬于動(dòng)作的情況下，不能動(dòng)作，也就是不發(fā)生誤動(dòng)作。速動(dòng)性，即指保護(hù)裝置應(yīng)該能快速切斷故障，特別是作用于斷路器跳閘的保護(hù)裝置要求動(dòng)作迅速。 電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展對(duì)繼電保護(hù)不斷提出新的要求，促進(jìn)了繼電保護(hù)裝置的不斷發(fā)展。 微機(jī)繼電保護(hù)指的是以數(shù)字式計(jì)算機(jī)(包括微型機(jī))為基礎(chǔ)而構(gòu)成的繼電保護(hù)。 60年代中期，有人提出用小型計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的設(shè)想，但是由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)的價(jià)格昂貴，同時(shí)也無(wú)法滿(mǎn)足高速繼電保護(hù)的技術(shù)要求，因此沒(méi)有在保護(hù)方面取得實(shí)際應(yīng)用，但由此開(kāi)始了對(duì)計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)理論計(jì)算方法和程序結(jié)構(gòu)的大量研究，為后來(lái)的繼電保護(hù)發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。價(jià)格大幅度下降，可靠性、運(yùn)算速度大幅度提高的微型處理器為微機(jī)繼電保護(hù)的發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。從而，促使微機(jī)繼電保護(hù)的研究出現(xiàn)了高潮。80年代，微機(jī)保護(hù)在硬件結(jié)構(gòu)和軟件技術(shù)方面日趨成熟，并已在一些國(guó)家推廣應(yīng)用。 我國(guó)的微機(jī)保護(hù)研究起步于20世紀(jì)70年代末期、80年代初期，盡管起步晚，但是由于我國(guó)繼電保護(hù)工作者的努力，進(jìn)展卻很快。 自1984年原華北電力學(xué)院研制的輸電線(xiàn)路微機(jī)保護(hù)裝置首先通過(guò)鑒定，并在系統(tǒng)中獲得應(yīng)用之后，不同原理、不同機(jī)型的微機(jī)線(xiàn)路和主設(shè)備保護(hù)不斷涌現(xiàn)，并且各具特色，為電力系統(tǒng)提供了一批新一代性能優(yōu)良、功能齊全、工作可靠的繼電保護(hù)裝置。 隨著微機(jī)保護(hù)裝置的研究，在微機(jī)保護(hù)軟件、算法等方面也取得了很多理論成果，一些新的改善繼電保護(hù)性能的原理和方案，特別是基于故障波形特征或者高頻分量的保護(hù)原理，以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊集原理的智能化保護(hù)方案，受到更多的重視并逐步得到實(shí)際應(yīng)用，這也對(duì)微機(jī)保護(hù)裝置硬件提出了更高的要求。微機(jī)繼電保護(hù)裝置的硬件結(jié)構(gòu)的發(fā)展大致可以分為以下幾個(gè)階段： (1)第一階段以單CPU的硬件結(jié)構(gòu)為主，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由逐次逼近式A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，硬件及軟件的設(shè)計(jì)符合“四統(tǒng)一”設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。 (3)第三階段以高性能的16位單片機(jī)構(gòu)成的硬件結(jié)構(gòu)為主，具有總線(xiàn)不需引出芯片，電路簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，抗干擾性能進(jìn)一步加強(qiáng)，并且完善了通信功能，為實(shí)現(xiàn)變電站自動(dòng)化提供了方便。由于DSP的價(jià)格較高，影響了DSP在微機(jī)繼電保護(hù)領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。 目前，微機(jī)繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展不斷地向計(jì)算機(jī)化，網(wǎng)絡(luò)化，智能化，保護(hù)、控制、測(cè)量和數(shù)據(jù)通信一體化方向發(fā)展。主要表現(xiàn)在能得到常規(guī)保護(hù)不易獲得的特性?？梢M(jìn)自動(dòng)控制、新的數(shù)學(xué)理論和技術(shù)如自適應(yīng)、狀態(tài)預(yù)測(cè)、模糊控制及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，其運(yùn)行正確率很高也已在運(yùn)行實(shí)踐中得到證明。如故障錄波、波形分析等，可以方便地附加低頻減載、自動(dòng)重合閘、故障測(cè)距等功能。體現(xiàn)在硬件比較通用，制造容易統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。功耗低。體現(xiàn)在數(shù)字元件的特性不易受溫度變化、電源波動(dòng)、使用年限的影響，不易受元件更換的影響。 (5)使用靈活方便，人機(jī)界面越來(lái)越友好，在操作方面采用觸摸面板進(jìn)行整定值操作，采用畫(huà)面方式顯示文字、圖、表，采用智能化人機(jī)接口等，提高了操作性能并使維護(hù)調(diào)試變得更加方便，從而縮短維修時(shí)間。 (6)可以進(jìn)行遠(yuǎn)方監(jiān)控。微機(jī)保護(hù)裝置本身就是一臺(tái)采樣、測(cè)量裝置，可以在調(diào)度室或變電站集控室對(duì)各種模擬量，如電流、電壓、有功、無(wú)功、功率因數(shù)等進(jìn)行監(jiān)控，可以在調(diào)度室或變電站集控室對(duì)保護(hù)裝置的定值進(jìn)行修改和整定，并且可以對(duì)保護(hù)裝置的控制字進(jìn)行讀寫(xiě)，從而控制保護(hù)裝置的投退和工作方式的改變。這些特點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)變電站綜合自動(dòng)化或無(wú)人值班的重要基礎(chǔ)。在電動(dòng)機(jī)節(jié)能運(yùn)行方面己作了許多工作，取得了一定效果，但忽略了電動(dòng)機(jī)保護(hù)在節(jié)能中的重要作用。目前在技術(shù)先進(jìn)國(guó)家電動(dòng)機(jī)保護(hù)己具有較高水平。因修復(fù)電動(dòng)機(jī)每年消耗電磁線(xiàn)5000萬(wàn)kg。節(jié)約能源就是通過(guò)采用技術(shù)上可行的，經(jīng)濟(jì)上合理和有利于環(huán)境保護(hù)的一切措施，用以消除用電過(guò)程中不合理和浪費(fèi)現(xiàn)象”。 另外，科技的發(fā)展和生產(chǎn)的現(xiàn)代化推動(dòng)了電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)制造技術(shù)和生產(chǎn)使用的發(fā)展，而采用了現(xiàn)代科技設(shè)計(jì)制造并且在生產(chǎn)現(xiàn)代化和控制自動(dòng)化條件下使用的電動(dòng)機(jī)又對(duì)電動(dòng)機(jī)的保護(hù)提出了更高更新的要求。為了將生產(chǎn)成本降到最低，現(xiàn)代大型電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)與制造正走向“極限設(shè)計(jì)，容量相同的電動(dòng)機(jī)與30年代相比重量減少了一半以上，體積減小了約1/3。這樣的電動(dòng)機(jī)對(duì)不正常運(yùn)行條件十分敏感，電動(dòng)機(jī)所能承受的過(guò)負(fù)荷能力急劇下降。在上述各種不同運(yùn)行狀態(tài)下，電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱情況及其所受到的電動(dòng)力和熱力的沖擊相差懸殊?，F(xiàn)代生產(chǎn)機(jī)械中，由于自動(dòng)化的需要，對(duì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行要求越來(lái)越高[9,10]。因此，對(duì)電動(dòng)機(jī)實(shí)行有效保護(hù)，是保證生產(chǎn)系統(tǒng)正常工作的一項(xiàng)重要任務(wù)。 我國(guó)電動(dòng)機(jī)保護(hù)歷史已有半個(gè)世紀(jì)之久，電動(dòng)機(jī)保護(hù)的發(fā)展大致可以分為以下幾個(gè)階段： （1）以熔斷器、接觸器和熱繼電器構(gòu)成的保護(hù)方式:熔斷器與刀開(kāi)關(guān)是使用最早、最簡(jiǎn)單的保護(hù)方式。當(dāng)熔體熔斷時(shí)，又往往會(huì)造成電動(dòng)機(jī)缺相運(yùn)行而燒毀。 。熱繼電器是我國(guó)50年代初從前蘇聯(lián)引進(jìn)的產(chǎn)品，是用于電動(dòng)機(jī)因過(guò)載引起的過(guò)電流保護(hù)裝置。但是熱繼電器對(duì)起動(dòng)過(guò)程中的電動(dòng)機(jī)不起保護(hù)作用，且環(huán)境溫度對(duì)熱繼電器參數(shù)影響較大，不穩(wěn)定，雙金屬片整定方法粗糙。原因是熱繼電器串接在主電路中，與電動(dòng)機(jī)繞組溫度無(wú)直接關(guān)系。而當(dāng)熱繼電器真正起到保護(hù)作用動(dòng)作幾次，其本身的電阻絲、絕緣材料會(huì)因過(guò)熱而迅速損壞，不能繼續(xù)使用，必須全套更換。但動(dòng)作緩慢、返回時(shí)間長(zhǎng)，不適合在小型電動(dòng)機(jī)中使用。該類(lèi)產(chǎn)品具有成本低、體積小等特點(diǎn)，但其保護(hù)過(guò)于簡(jiǎn)單，對(duì)許多場(chǎng)合的電動(dòng)機(jī)不適用。微機(jī)型電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置只需要通過(guò)采集電動(dòng)機(jī)各序分量，經(jīng)過(guò)計(jì)算，判斷保護(hù)動(dòng)作與否，非常簡(jiǎn)單、實(shí)用和可靠。這些使得微機(jī)型電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置保護(hù)功能齊全，動(dòng)作迅速、可靠性高，并能準(zhǔn)確快速反映故障，具有裝置動(dòng)作指示，可記錄和查詢(xún)裝置動(dòng)作類(lèi)型、動(dòng)作時(shí)間以及故障特征值，便于故障分析，正常運(yùn)行時(shí)可對(duì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。電動(dòng)機(jī)微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)之所以能被推廣和應(yīng)用，是因?yàn)樗哂袀鹘y(tǒng)繼電保護(hù)無(wú)法比擬的優(yōu)越性。微機(jī)保護(hù)還可以具有故障參數(shù)記憶、故障錄波等功能，可以自動(dòng)打印記錄故障前后各電氣參數(shù)的數(shù)值、波形以及各種保護(hù)的動(dòng)作情況等，供故障分析用。微機(jī)保護(hù)可以具有自診斷功能，能不斷地對(duì)裝置各部位進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，可以準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)裝置故障部位，及時(shí)報(bào)警，以便處理。此外，裝置還采用多重化措施，進(jìn)一步提高保護(hù)的可靠性。各種類(lèi)型的微機(jī)保護(hù)所使用的硬件和外圍設(shè)備可通用。通常，可以在一套軟件程序中設(shè)置不同的保護(hù)方案，用戶(hù)根據(jù)需要來(lái)選擇，也可以根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際條件或故障情況隨機(jī)變化，使保護(hù)具有自適應(yīng)能力。傳統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置，如機(jī)電型、整流型、晶體管型繼電保護(hù)裝置，調(diào)試工作量都很大，尤其是一些復(fù)雜保護(hù)更是如此。再者，微機(jī)保護(hù)可以具有自診斷功能，能對(duì)硬件和軟件進(jìn)行自檢，一旦發(fā)現(xiàn)異常就會(huì)發(fā)出報(bào)警，使得現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)工作量大大減少。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展和微機(jī)的廣泛應(yīng)用，微機(jī)硬件價(jià)格不斷下降，而傳統(tǒng)的繼電器價(jià)格卻在同期內(nèi)相對(duì)上升。此外，由于微機(jī)保護(hù)可以具有自診斷功能，所以微機(jī)保護(hù)裝置的維護(hù)費(fèi)用較低，這樣可以節(jié)省大量的人力物力，其經(jīng)濟(jì)效益是可觀的。像故障錄波和各種數(shù)據(jù)的打印。高壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)是一個(gè)集保護(hù)、測(cè)量、控制、分析、遠(yuǎn)動(dòng)等多功能于一體的大型系統(tǒng)工程，要走向成熟、穩(wěn)定、全面尚需一個(gè)較長(zhǎng)的應(yīng)用、探索、完善和提高的過(guò)程。高壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置應(yīng)具有以下功能：（1）監(jiān)視高壓電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀況，一旦發(fā)現(xiàn)故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)，立即發(fā)出報(bào)警功能。（3）通信功能選擇合適的通信方式，實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)及時(shí)、準(zhǔn)確的傳送報(bào)警數(shù)據(jù)，同時(shí)能接收上位機(jī)控制指令。同時(shí)完善了保護(hù)裝置的保護(hù)功能。算法方面，對(duì)三采樣法、全周波傅式算法、均方根值進(jìn)行了研究。保證裝置的整體抗干擾優(yōu)良，為人機(jī)界面提供硬件支持，解決硬件可靠性問(wèn)題；(3)在高壓電動(dòng)機(jī)早期故障診斷方面，提出了一種基于小波變換的針對(duì)非平穩(wěn)故障信號(hào)的消噪方法，仿真結(jié)果表明小波變換理論非常適合于突變信號(hào)或非平穩(wěn)信號(hào)的消噪，該方法不僅可以消除噪聲，更重要的是可以將突變信號(hào)保留下來(lái)，而突變信號(hào)中極有可能包含故障的早期特性，這為早發(fā)現(xiàn)故障贏得了時(shí)間，一定程度上提高了被保護(hù)對(duì)象的安全性；(4)基于對(duì)設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)干擾情況的考慮，本文從裝置的軟件、硬件兩方面針對(duì)抗干擾作了分析，提出了軟件、硬件應(yīng)該采取的措施。2 大型電動(dòng)機(jī)保護(hù)方法研究高壓電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用幾乎涵蓋了工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類(lèi)生活的各個(gè)領(lǐng)域，在這些應(yīng)用領(lǐng)域中電動(dòng)機(jī)常常運(yùn)行在環(huán)境惡劣的場(chǎng)合(如高溫、高濕、塵埃、腐蝕等)，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的過(guò)流、短路、斷相、絕緣老化等事故頻發(fā)，據(jù)調(diào)查全國(guó)約有20%的電機(jī)因故障被燒毀，近30%的電動(dòng)機(jī)帶缺陷運(yùn)行，給正常生活和日常維護(hù)造成沉重負(fù)擔(dān)，特別是高壓電動(dòng)機(jī)，大功率電動(dòng)機(jī)容量大，不僅造價(jià)高，更因?yàn)橥际菓?yīng)用于大型工業(yè)設(shè)備的重要場(chǎng)合，一旦發(fā)生故障所造成的直接或間接經(jīng)濟(jì)損失更為慘重。在本章的后面幾節(jié)中，對(duì)電動(dòng)機(jī)的故障特征及電動(dòng)機(jī)常見(jiàn)的故障和不正常運(yùn)行方式進(jìn)行分析并給出保護(hù)裝置具體實(shí)現(xiàn)的方法。對(duì)稱(chēng)故障包括過(guò)載、堵轉(zhuǎn)和三相短路等，這類(lèi)故障對(duì)電動(dòng)機(jī)的損害主要是熱效應(yīng)，使繞組發(fā)熱甚至損壞。不對(duì)稱(chēng)故障有：斷相、逆相、相間短路、匝間短路等。此類(lèi)故障明顯特征是電機(jī)電流出現(xiàn)負(fù)序電流和零序電流。電動(dòng)機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)負(fù)序和零序分量沒(méi)有或很小，旦發(fā)生不對(duì)稱(chēng)故障則將會(huì)大幅值出現(xiàn)，因此通過(guò)檢測(cè)過(guò)流幅值、負(fù)序和零序電流分量、電流不平衡率，母線(xiàn)電壓為基礎(chǔ)的故障判據(jù)具有很高的靈敏度和可靠性。當(dāng)電動(dòng)機(jī)定子繞組短路時(shí)，由于短路而產(chǎn)生的短路電流不僅會(huì)使繞組的絕緣破壞，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)損壞，而且會(huì)導(dǎo)致供電電網(wǎng)電壓下降，從而影響其它用電設(shè)備的正常運(yùn)行。本文相電流速斷保護(hù)是裝置通過(guò)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)A、B、C三相工作電流的最大值，算法上能夠自動(dòng)判別電動(dòng)機(jī)是起動(dòng)時(shí)間內(nèi)還是在起動(dòng)時(shí)間后，起動(dòng)時(shí)間內(nèi)和起動(dòng)時(shí)間后的速斷值可分別整定，從而可有效地躲過(guò)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流，保護(hù)裝置在判斷電動(dòng)機(jī)電流值大于速斷保護(hù)的整定值后，立即動(dòng)作，跳開(kāi)電動(dòng)機(jī)。K2為過(guò)電流倍數(shù)，一般在2~9范圍內(nèi)取值。ISQ：速斷動(dòng)作電流高值(電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中速斷電流動(dòng)作值)(A)。t： 整定的速斷保護(hù)動(dòng)作時(shí)限ms。在電壓恢復(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(guò)電動(dòng)機(jī)，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)困難或根本不能自起動(dòng)。由此可見(jiàn)，為減少供電系統(tǒng)的電壓降，保證重要電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)，保障電動(dòng)機(jī)的安全，應(yīng)設(shè)置欠壓保護(hù)，切除不重要電動(dòng)機(jī)和根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程及技術(shù)保安條件要求不允許自起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)。(l)對(duì)于能自動(dòng)起動(dòng)的重要電動(dòng)機(jī)，不裝設(shè)低壓保護(hù)：但當(dāng)裝有自動(dòng)投入裝置的備用機(jī)械設(shè)備時(shí)，為滿(mǎn)足聯(lián)動(dòng)投入的要求，應(yīng)裝設(shè)帶10秒時(shí)限跳閘的低電壓保護(hù)。(3)當(dāng)電源電壓長(zhǎng)時(shí)間降低或中斷時(shí)，根據(jù)生產(chǎn)工藝過(guò)程和技術(shù)保安條件等要求不允許自起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，應(yīng)裝設(shè)帶10秒時(shí)限跳閘的低壓保護(hù)。在阻力轉(zhuǎn)矩一定的情況下，當(dāng)供電電壓降低到足以引起電動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)的電壓稱(chēng)為臨界電壓。根據(jù)規(guī)程規(guī)定，低壓保護(hù)的動(dòng)作電壓，s：，延時(shí)時(shí)間為10s(U e為二次額定電壓)。(1)欠壓保護(hù)動(dòng)作值U欠整定范圍：10~90V，；(2)欠壓保護(hù)動(dòng)作時(shí)間t欠整定范圍：。I13為堵轉(zhuǎn)電流定值；T13為堵轉(zhuǎn)時(shí)間定值。電動(dòng)機(jī)處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)下允許的時(shí)間很短，堵轉(zhuǎn)保護(hù)采用短時(shí)限保護(hù)。啟動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)，由啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)保護(hù)提供保護(hù)；運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)，會(huì)引起電流劇增，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的任一相電流超過(guò)堵轉(zhuǎn)電流整定值I1，并達(dá)到堵轉(zhuǎn)整定時(shí)限時(shí)，本保護(hù)動(dòng)作作用于出口跳閘。堵轉(zhuǎn)保護(hù)電流I13可按電動(dòng)機(jī)銘牌堵轉(zhuǎn)電流的一半整定；保護(hù)時(shí)間不，可參考電動(dòng)機(jī)的允許堵轉(zhuǎn)時(shí)間整定。應(yīng)用對(duì)稱(chēng)分量，可以分析各種故障下的負(fù)序電流。電動(dòng)機(jī)斷相故障主要兩大類(lèi)情況