【正文】 置各部位進(jìn)行自動(dòng)檢測，可以準(zhǔn)確地 發(fā)現(xiàn)裝置故障部位，及時(shí)報(bào)警，以利處理。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。通常，可以在一套軟件程序中設(shè)置不同的保護(hù)方案，用戶根據(jù)需要來選擇，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。 調(diào)試維護(hù)工作量小 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)。微機(jī)保護(hù)裝置是由硬件和軟件程序兩個(gè)大部分組成，若硬件完好，對于已成熟的軟件，只要程序和設(shè)計(jì)的一樣，就會(huì)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 3 經(jīng)濟(jì)性好 經(jīng)濟(jì)性包括裝置的投資費(fèi)用和運(yùn)行的維護(hù)費(fèi)用。此外，由于微機(jī)保護(hù)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。 4 2 硬件總體設(shè)計(jì)及各部分說明 方案論證 基于 TMS320F2812 的高壓電機(jī)保護(hù)裝置整體設(shè)計(jì)，基于 TMS320F2812 的高壓電機(jī)保護(hù)裝置可實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)保護(hù)、電流速斷保護(hù)、過流保護(hù)、負(fù)序電流保護(hù)、熱過載保護(hù)、零序過流保護(hù)和低電壓保護(hù)等主要保護(hù)功能。功能齊全，使用靈活，方法簡單，幾十種保護(hù)參數(shù)可由用戶通過密碼根據(jù)電機(jī)實(shí)際情況自行設(shè)定。四組、四位 LED 數(shù)碼顯示，第一組用于顯示設(shè)定參數(shù)；第二、第三、第四組顯示電動(dòng)機(jī)三相運(yùn)行電流。具有短路、啟動(dòng)超時(shí)、定時(shí)限過負(fù)荷、堵轉(zhuǎn)、缺相、三相電流不平衡、反時(shí)限過負(fù)荷、接地等各種故障保護(hù)功能。具有遠(yuǎn)程復(fù)位開關(guān)量輸入接口和面板按鍵復(fù)位功能。 綜上所述本文采用以 80C196MC 單片機(jī) 為主的 數(shù)字處理技術(shù) ,經(jīng)濟(jì)性好，性價(jià)比較 TMS320F2812 的高壓電機(jī)保護(hù)裝置 高 ,測量精度高，故障分辨準(zhǔn)確，保護(hù)控制可靠，抗干擾能力強(qiáng)。本文采用的電動(dòng)機(jī)保護(hù)算法是在拋棄了傳統(tǒng)的以檢測三相電流經(jīng)電流電壓變換送監(jiān)幅電路作為判據(jù)方法的基礎(chǔ)上，采用以檢測過流幅值、零序電流和負(fù)序電流分量為基礎(chǔ)的故障判據(jù)，并在這個(gè)基礎(chǔ)上形成了各種保護(hù)的算法。 電動(dòng)機(jī)故障情況分析 要設(shè)計(jì)一個(gè)保護(hù)裝置，首先要分析保護(hù)對象會(huì)遇到的各類故障，分析其故障特征，才能提出切實(shí)可行的保護(hù)方案。造成 繞組損壞的主要原因有 :(1)由于電源電壓太低使得電動(dòng)機(jī)不能順利啟動(dòng)，或者短時(shí)間內(nèi)重復(fù)啟動(dòng)，使得電動(dòng)機(jī)因長時(shí)間的大啟動(dòng)電流而過熱。 (3)因機(jī)械故障造成電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)。造成電動(dòng)機(jī)軸承損壞的原因主要是機(jī)械負(fù)荷太大、潤滑劑不合適，或者惡劣的工作環(huán)境，如多塵、腐蝕性氣體等給軸承帶來的損壞。 引起電動(dòng)機(jī)繞組損壞的常見故障可分為對稱故障和不對稱故障兩大類。不對稱故障主要有斷相、三相不平衡和單相接地或相間短路。由于這類故障可以由過流的程度得到反映，因此 然以電流強(qiáng)度作為故障判據(jù)。其它不出現(xiàn)顯著過流的不對稱故障，例如斷相、不平衡運(yùn)行等，過流保護(hù)常常不能及時(shí)動(dòng)作。各種短路故障還會(huì)造成供電網(wǎng)絡(luò)電壓的顯著降低，破壞其它用電設(shè)備的正常工作。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(huì)顯著增加。這樣，不但能更好地反應(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。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 等不對稱故障，可以實(shí)施全面的電流保護(hù)。 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。 6 3 硬件設(shè)計(jì) 裝置硬件的總體結(jié)構(gòu) 根據(jù)本文 第 2 部分內(nèi) 容所提出的保護(hù)方案研制了數(shù)字化多功能電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置，以實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)機(jī)過負(fù)荷、斷相、不對稱、低電壓、短路、堵轉(zhuǎn)和起動(dòng)時(shí)間過長等故障的保護(hù)。 M A X 7 0 5運(yùn) 行 方 式選 擇 開 關(guān)M A X 1 9 7D 0 D 1 1G A L7 4 H C 3 7 3L E D 顯 示 跳 閘故 障 顯 示電 流 變 換 P 4 A L E P 38 0 C 1 9 6低 通 濾 波電 壓 變 換鍵 盤 報(bào) 警2 7 2 5 6低 通 濾 波6 2 2 5 6I / OX 8 4 0 4 1U AI AI f 圖 系 統(tǒng)的硬件框圖 本裝置在控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)，主要考慮了下列原則 :①硬件電路設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合軟件設(shè)計(jì)一起考慮。用軟件實(shí)現(xiàn)相同的功能時(shí)，其響應(yīng)時(shí)間一般比直接用硬件實(shí)現(xiàn)要長，而且還占用 CPU 時(shí)間，但用軟件來實(shí)現(xiàn)相同的功能可以簡化硬件結(jié)構(gòu)，提高硬件電路的可靠性，還可降低硬件電路的造價(jià)。②可靠性及抗干擾設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)可靠性設(shè)計(jì)理論，系統(tǒng)所用芯片數(shù) 越少，則系統(tǒng)的平均無故障時(shí)間越長，而且所用芯片數(shù)較少，地址數(shù)據(jù)總線在電路板上受干擾的可能性也就越小。③在控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)，盡量考慮應(yīng)用典型電路。 硬件電路設(shè)計(jì) 80C196MC 單片機(jī) 80C196MC 是美國著名的 Intel 公司于 1992 年推出的最新一代單片機(jī)，是 16位微控制器，它在 MCS%基礎(chǔ)上結(jié)構(gòu)和功能又有了重大的突破，是 1%系列中功能最為卓著、最具典型意義的一種。同時(shí)，它是由 CHMOS 電路構(gòu)成，功耗低，具有省電的工作方式。它的主要部分包括 CPU、幾種類型的存貯器、中斷、 7 個(gè) I/O 口和一些片內(nèi)外設(shè)。 80C196MC 的結(jié)構(gòu)如圖 312 所示。 196MC 還提供了窗口功能，允許 RALU 通過窗口直接尋址寄存器空間的高 256 字節(jié)和位于 1 FOOH 到 1 FFFH的內(nèi)部特殊功能寄存器組。存貯器其它區(qū)域的訪問由存貯控制器來完成。外部存貯器是通過地址 /數(shù)據(jù)總線尋址的，它可工作于 8位方式或 16 位方式。 80C 196MC 具有靈活而高效的中斷處理系統(tǒng)，它包括兩個(gè)主要部分 :可編程的 中斷控制器和外圍事件服務(wù)器 (PTS)。用戶可選擇將多數(shù)中斷交由 PTS 處理而不用中斷控制器。 PTS 支持在任何存貯器位置的字節(jié)、字或成塊的信息的傳送，管理多個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換以及控制 1 個(gè)軟件串行通道。 CPU 是通過片內(nèi)外設(shè)的特殊功能寄存器對它們進(jìn)行管理的。 80C196MC 單片機(jī)的片內(nèi)外設(shè)功能強(qiáng)大而完善，較其它系列單片機(jī)有較大的優(yōu)勢，是單片機(jī)家族中功能最為卓著的一種。其中， 80C 196MC 單片機(jī)具有很強(qiáng)的 A/D 轉(zhuǎn)換功能，它具有 13 個(gè)通道的 A/D 轉(zhuǎn)換器，能完成 10位或 8 位的高速 A/D 轉(zhuǎn)換 .采樣保持時(shí)間和轉(zhuǎn)換時(shí)間是可編程的。零偏補(bǔ)償電路也是可編程的，它能實(shí)現(xiàn)偏移的自動(dòng)調(diào)整。這也是以往的芯片所不具備的，這一特點(diǎn)降低芯片功耗，提高了芯片壽命和所構(gòu)成系統(tǒng)的使用壽命。 80C 196MC 單片機(jī)的指系統(tǒng)是基于 8096BH 而形成的。它的數(shù)據(jù)類 型中還包括 32位數(shù)據(jù)類型，即支持 16 位與 16位的乘法操作， 32位與 16位的除法操作以及操作數(shù)的移位操作。浮點(diǎn)庫 (FPAL96)支持所有的浮點(diǎn)操作，它包括符合 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)的若干準(zhǔn)確的浮點(diǎn)操作子集。一般情況下，系統(tǒng)工作頻率越高，對器件性能、開發(fā)裝置的要求就越高。 9 傳統(tǒng)的反時(shí)限過負(fù)荷保護(hù) 80C1%復(fù)位時(shí)要求在電源內(nèi)部晶體振蕩器穩(wěn)定工作后，復(fù)位腳上應(yīng)保持低電 平至少兩個(gè)狀態(tài)周期的時(shí)間，考慮侄傳統(tǒng)的阻容式復(fù)位電路在瞬間掉電后不能可靠復(fù)位的缺點(diǎn)，本系統(tǒng)特別選用帶硬件看門狗及復(fù)位功能的專用芯片 MAX705， MAX705 是 MAXIM 公司生產(chǎn)的價(jià)格低廉的微處理器監(jiān)控芯片，它可以提供四種功能 :①加電、掉電以及當(dāng)供電電壓下降時(shí)，復(fù)位脈沖寬度的典型值為 200ms。 ③ 1. 25V 門限值檢測器 (兩面 )，用于電源故障報(bào)警、低電壓檢測或 ++5V 以外的 。 存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 80C 196KC 無片內(nèi)程序存儲(chǔ)器 (ROM )，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間也很少，僅有 256個(gè)字節(jié)，所以本系統(tǒng)需要擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，同時(shí)考慮到用戶需要對保護(hù)裝置設(shè)定一些參數(shù)和整定值，這些參數(shù)和整定值在掉電的情況下不能丟失，因此還需擴(kuò)展非易失性 ROM。它們的片選均由 GAL16V8 來完成。 GAL器件采用電擦除技術(shù)，無需紫外線照射就可以隨時(shí)進(jìn)行修改?？紤]到在電動(dòng)機(jī)的控制設(shè)備中一般都有測量用的電流互感器，本系統(tǒng)所需兩相電流 IA 。至于電壓 U，則是將采集來的電壓信號，經(jīng)過變壓器變換成單片機(jī)可以接受的信號。 本裝置是集過負(fù)荷、斷相、不對稱、短路、起動(dòng)時(shí)間過長、堵轉(zhuǎn)和低電壓保護(hù)等多種功能為一體的保護(hù)器，但針對具體的電動(dòng)機(jī)并不一定需要所有的功能。裝置設(shè)置了一個(gè)運(yùn)行方式選擇開關(guān)，當(dāng)每次開機(jī)后，根據(jù)運(yùn)行方式選擇開關(guān)的位置，如果開關(guān)置于參數(shù)“設(shè)定”位置，則用戶可通過鍵盤設(shè)定參數(shù)，而計(jì)算機(jī)則是運(yùn)行鍵盤掃描及鍵盤處理 10 程序，將用戶要設(shè)置的參數(shù)讀入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，并顯示各參數(shù)通道號 (即各個(gè)參數(shù)的順序叫，一位 )裝置設(shè)計(jì)了 4 個(gè)輸入按鍵， 4 個(gè) LED 數(shù)碼顯示管。如果開關(guān)是撥到“運(yùn)行”位置，則單片機(jī)就進(jìn)入保護(hù)運(yùn)行模塊。 沒有設(shè)置專門的數(shù)字鍵，而由“ +”或“一”鍵來設(shè)定各具體的參數(shù)，“參數(shù)通道號”鍵用于選擇是否需要設(shè)定某個(gè)參數(shù)，所有的參數(shù)設(shè)定完畢，按下“完成”鍵，則可通過軟件將參數(shù)寫入 EEPROM 中保存起來。如果超過起動(dòng)整定時(shí)間 ，電動(dòng)機(jī)電流仍在電流整定值以上，則啟動(dòng)時(shí)間過長保護(hù)跳閘。 針對各種接地故障。對于中性點(diǎn)不接地的系統(tǒng)，故障電流較?。恢行渣c(diǎn)直接接地的系統(tǒng)中，故障電流數(shù)值將很大。其中 I0為零序電流， I0dz 為保護(hù)電流整定值， T0 為接地保護(hù)動(dòng)作時(shí)間。微機(jī)系統(tǒng)中，由于 RAM是可以讀寫的，因此，在干擾的侵害下， RAM中的數(shù)據(jù)會(huì)發(fā)生改變失真。程序運(yùn)行失常。由此可見，干擾的存在是值得注意的事情，對一個(gè)微機(jī)控制系統(tǒng)，良好的抗干擾能力是實(shí)現(xiàn)控制功能的前提條件。這些干擾信號的特點(diǎn)是頻率高、幅度大，因而可以順利通過各種分布電容的禍合 。 顯示接口電路圖見附錄 表 。為了保證動(dòng)作準(zhǔn)確，常采用如下方法來消除按鍵的抖動(dòng) :①用硬件消除抖動(dòng)，用兩個(gè)與非門構(gòu)成一個(gè)雙穩(wěn)態(tài)電路，當(dāng)按鍵閉合或斷開時(shí)盡 11 管接觸點(diǎn)產(chǎn)生抖動(dòng)，但雙穩(wěn)態(tài)電路輸出的狀態(tài)下不會(huì)改變，從而可消除抖動(dòng)的影Al句。 CPU 便確認(rèn)此按鍵己真正按下，從而消除了抖動(dòng)的影響。 圖 接口電路圖 硬件電路各模塊的分析 本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，主要分為六個(gè)部分 包括 ：處理器 LPC213信號采集模塊、顯示模塊、通訊模塊、控制模塊和按鍵模塊。 信號采集模塊 一方面，為了及時(shí)監(jiān)控電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀況，需實(shí)時(shí)對電動(dòng)機(jī)的電壓和電流進(jìn)行采樣。因此，本系統(tǒng)在保護(hù)器前端采用了抗干擾性能較強(qiáng)的互感器對電流和電壓信號進(jìn)行采集。對電流信號，本保護(hù)器采用了穿芯式三相電流互感器進(jìn)行采集。本裝置所選用的互感器比值分別為 :10mA， 25A:10mA， 100A:10mA， 12 400A:10mA。 其中 Ia 為電流互感器輸