基于单片机的高压电动机保护毕业设计论文(编辑修改稿)

基于单片机的高压电动机保护毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

高压电动机故障类型及不正常运行状态 高压电动机的 故障类型和不正常运行状态如下： 电动机故障： 电动机故障可分为 机械 故障 和 电气故障 两类。 （ 1） 机械 故障 机械方面的主要故障是振动、轴承过热、运转声音异常等。 电动机振动会加速电动机轴承磨损，使轴承的正常使用寿命大大缩短，同时绕组绝缘 将下降。 轴承发热，轻则使润滑脂稀释漏出，重则将轴承损坏 ， 引起铁心温度急剧上升，烧毁槽绝缘、匝间绝缘，从面造成绕组匝间短路 ， 严重时会使定子铁心倒槽、错位、 转轴磨损、端盖报废等。 运转声音异常 的原因可能是转子损坏、定转子相擦、润滑油严重缺少等。 这些机械故障一般是由一些 潜在危害 因素积累发展而导致的，所以要在故障发生前 对其 监 测并排除。 （ 2） 电气故障 电动机的 电气 故障 又 可分为对称和不对称 两 大类。 对称故障有对称过载、堵转、三相短路等 ， 这类故障对电动机的损害主要是由于电流增大引起的热效应 ，可通过流程度来反映。 电动机的不对称故障 有 断相、 三相 不平衡、匝间短路、相间短路、接地短路等。 不对称故障不仅使电流增加，引起发热而损害电动机 ， 更重要的是不对称引起的负序效应 会 给电动机运行带 来隐患 ， 这类故障易形成事故扩大 ， 造成电动机的严重损坏。 不对称故障的明显特征是电动机电流出现负序电流和零序电流。 电动机 不正常 运行 状态： 交流电动机不正常运行状态主要表现为： （ 1） 异常声响。 （ 2） 异常升温。 （ 3） 异常振动。 广西大学毕业设计论文 基于单片机的高压电动机保护 7 第三章 高压电动机保护原理分析 高压电动机保护的基本要求 为保证系统能安全、可靠的运行， 对继电保护 提出了四个基本要求： 选择性 、 速动性 、 灵敏性 、 可靠性。 除此此外，对继电保护装置还要求具有经济性 和适用性，便于调试和运行维护。 高压电动机是工业生产的一个关键设备，它的可靠运 行对工厂的 生产安全、经济效益具有重大意义。 为保证系统和 高压电动机 安全运行，减少事故损失，继电保护还应满足如下要求： 高灵敏度 要求能灵敏动作于 过流 、短路、接地、断相故障。 高速度 电流速断保护要求继电保护具有高速度。 下面就高压电动机的各种保护进行简单的介绍。 高压电动机保护原理分析 电动机保护原理的研究决定了电动机智能保护器性能的高低，在查阅大量文献之并经过认真仔细的分析对比后发现对称分量法可以对交流电动机的三相电流进行详细的描述，非常适用于故障诊断。 当发生对称故障时，电动机绕组电流大 ，电机发热严重特别容易烧毁电机。 这类故障的主要特征是三相基本对称，但同时出现过电流，故障的严重程度基本反应在过电流的程度上，因此检测过电流的程度可作为这类故障的判断依据。 根据对称分量法的分析，当发生不对称故障时电动机电流可以分解为正序、负序和零序电流分量。 以 A 相为例，对称分量的计算公式如下： 广西大学毕业设计论文 基于单片机的高压电动机保护 8     CBAA0CB2AA2C2BAA131αα31αα31IIIIIIIIIIII （ 31） 式 （ 31） 中， A1I ， A2I ， A0I 分别是 A 相电流用对称分量法分解所得的正序电流、负序电流、零序电流； 复数 算子 α=ej120176。 各序分量独立存在，在不同分量的作用下，系统的各元件呈现出不同的特性。 在电动机正常运行时，三相基本对称，负序和零序电流分量基本为零，而一旦发生不对称故障，则出现很大的幅值，以此鉴定不对称故障有很高的灵敏度和可靠性。 高压电动机常见故障的分析结果如表 1 所示： 表 1 高压电动机故障分布 故障类型 零序 负序 过电流 其他故障特征 保护特性 对 称 故 障 过载 无 无 (~5)Ie IA≈ IB≈ IC 反时限 堵转 无 无 (5~7)Ie IA≈ IB≈ IC 短时限 短路 无 无 (8~10)Ie IA≈ IB≈ IC 速断 不 对 称 故 障 非 接 地 断相 无 3CI 03I IA=0， IB=﹣ IC 短时限 逆相 无 IA 无 IA≈ IB≈ IC 速断 不平衡 无 有 无 IA≠ IB≠ IC 短时限 相间 短路 无 有 有 IB≈ ﹣ IC 速断 接 地 单相 接地 3/I 有 取决于位置 IAIB≈ IC 速断 两相 接地 3/I 有 取决于位置 IB， IC IA=I0 速断 注：单相故障设 A 相为故障相；两相故障设 B、 C 相为故障相； I0表示故障前电流幅值 ， ∑ I=IA+IB+IC 广西大学毕业设计论文 基于单片机的高压电动机保护 9 过流保护 三相电流过大、三相负荷过大、启动时间过长、堵转以及定子绕组一相断线、不对称短路、不对称负荷、三相电源电压不对称等均可造成电流过大 ，从而使电动机过热烧毁。 随着过电 流倍数的变化，定子绕组导体的温升具有反时限特性。 过流保护所针对的故障是各类短路故障及热过载 ， 保护特性分别为短路速断和过载反时限。 对异步电动机，转子对负序电流和正序电流所表现的电阻之比为： R1/R2=KR=~6,这就是说 数值相同的负序电流的损耗近似于正序电流的损耗的 KR 倍 ， 若不考虑负序电流的热效应，在某些故障情况下，可能有时定子过流不是很大，但转子温度却已达到危险值 ,所以为了对电动机提供更为全面，准确的保护，本 论 文采用等效电流的方法，分别求出电动机电流的正序分量和负序分量，然后把负序电流的 热效应扩大 K2 倍，求得一个等效电流，用这个等效电流作为电动机过负荷保护的计算电流，等效电流计算方法为： 222211 IKIKIeq  （ 32） 式 （ 32） 中 ： K K2 为 正、 负序电流发热等效系数 , K1 在启动过程内为 ，启动结束后为 1， K2=3~10， 一般取 6； I I2 是电动机电流正 、负序分量。 根据等效电流将 过流保护分为 3 段 ： eeqII 大于 8 时 ， 保护特性为速断 ， 针对的是短路故障； eeqII 在 5~8 时 ， 保护特性为 反时限 速断 ， 针对的是堵转 故障 ； eeqII 在 ~5 时 ， 保护特性为反时限过流 ， 针对的是 过负荷。 负序电流保护 电源电压不对称、外部不对称短路、定子一相断线等故障均会引起负序电流 I2。 这将会使电动机运行性能恶化，输出转矩、过载能力和效率降低，并且有局部过热烧坏的危险。 本文采用两段式定时限负序电流保护 ， 作为电动机断相、不平衡运行、定子绕组或引出线不对称相间短路、 定子绕组匝间广西大学毕业设计论文 基于单片机的高压电动机保护 10 短路的主保护。 两相短路时， 两段定时限负序电流保护： 为使负序电流保护第一段可靠地工作，整定为： 定值  = )2(I，延时 t1固定为 1s。 在电动机正常运行及起动过程中，允许三相电压之间有持续性的 5%以内的误差，此时会出现较长时间的负序电流 I2，应保证负序电流保护第二段可靠地不动作，为此  =（ ~） Ie，延时 t2一般 可 整定 为 3s。 另外必须校验  的值大于  的值 ， 以确保在电动机起动过程中负序电流第一段可靠地不动作。 零序电流 保护 零序保护即接地保护，当 3 倍零序电流 大于保护的动作电流时 ， 经短延时 保护出口动作， 发出接地信号或跳闸。 对我国 3kV、 6kV、 10kV 电网大多数是变压器中性点不接地或经消弧线圈接地的系统 ， 保护通常只需发 出 接地信号 ， 不跳闸。 零序电流保护的短延时可整定为 ~。 对 3kV、 6kV、10kV 电网中的少数变压器中性点经高阻接地的电网 ， 保护动作 于跳闸 ， 其动作电流应躲过电动机在起动过程中由于三相电流不完全对称而出现的 3倍不平衡零序电流 ， 延时整定为 ， 以此延时来躲过相间短路对零序电流保护的影响。 电压保护 电压保护主要有以下两种情况： 过 电 压保护 电动机绕组是用固体介质来绝缘，冲击绝缘水平很低，特别在电 动 机导线出槽处，由于电场极不均匀，在过电压作用 下 ，会受轻微损伤，使绝缘老化，引起击穿。 为此配置 过 电 压保护为：轻微过压时延时跳闸将电 动 机从电网 切除 ； 严重过 电 压 时 应立即跳闸以防止电动机绕组间绝缘材料击穿，导致严重事故。 广西大学毕业设计论文 基于单片机的高压电动机保护 11 低电 压保 护 电动机的 低电 压保护是一种辅助性保护，一般用于 下列 电动机： （ 1） 当电源电压短时降低或中断后，根据生产过程不需要自启动的电动机或为保证重要电动机启动而 需要断开的次要电动机上应装设 低电压 保护，其动作时限应在满足选择性条件下先取最小值，一般整定为 ~,为保证重要电动机自启动有足够电压，保护装置的动作电压多整定为额定电压的60%~70%。 （ 2）需要自启动，但为保证人身和设备安全或由生产工艺等要求，在电源电压长时间消失后不允许再启动的电动机也应装设 低电 压 保护，但其动作时限应足够大，一般整定为 5~10s，其动作电压多整定为额定电压的40%~50%。 过热保护 三相定子绕组的短路、断路 ， 三相定子绕组接错 ， 轴承及定子与转子铁芯相摩擦等都会导致电动机过热。 三相异步电动机损坏多因其过热烧毁所致。 电动机的绕组温度过高还会损坏绕组绝缘，缩短电动机的寿命。 因此很有必要对电动机的绕组温度进行监控，采取一定措施保证电动机工作在正常的温升范围之内。 另外，有时候也会出现电动机因长时间运行等原因即使电压、电流在正常范围内，但电动机的温度确实达到了极度危险的数值，过热保护可直接根据 电动机的温度状况做出保护动作，使其 对电动机的保护更为全面，确保 设备的安全。 广西大学毕业设计论文 基于单片机的高压电动机保护 12 第四章 硬件电路设计 微机保护的基本原理及其特点 微机保护的基本原理 微机保护主要由 计算机 、输入输出接口、人机联系、软件等构成。 在微机保护系统中，输入量的电气量经过采样和模数 转换 所形成的离散数字信号传送到 中央处理器 ，根据该保护系统应具有的功能进行相应的数值分析、运算和判断，最终输出跳闸与否的命令，或同时输出计算结果，以实现继电保护功能。 微机保护的特点 微机型继电保护装置的普遍特点可归纳为：维护调试方便，具有自动检测功能 ； 可靠性高，具有极强的综合 分析和判断能力，可实现常规模拟保护很难做到的自动纠错，即自动识别和排除干扰，防止由于干扰而造成的误动作，并具有自诊断能力，可自动检测出保护装置本身硬件系统的异常部分；保护装置自身的经济性、可扩展性强，易于获得附加功能；保护装置的性能得到很好 的 改善，具有较高的运算和大容量的存储能力等等。 微机保护装置的构成 微机保护装置 是 以 CPU 为核心，根据数据采集系统所采集到的实时状态数据，检测设备是否发生故障以及故障的性质、范围等，并据此做出是否需要跳闸或报警等判断的一种安全装置。 微机保护硬件系统包括数据 处理 单 元、数据采集单元、数 字 量输入 /输出接口单元和人机接 口 单元四个部分， 如图 41 所示 ： 广西大学毕业设计论文 基于单片机的高压电动机保护 13 模拟电气量数据采集系统微 处 理 器C P U开 关 量 输 入 接 口开 关 量 输 出 接 口执 行 元 件人机交互系统显 示 器打 印 机输 出键 盘 输 入 图 41 微机保护装置的硬件系统原理框图 微机保护装置的软件部分主要包括：初始化模块、数据采集管理模块、故障计算模块、故障检出模块以及保护功能模块等等。 硬件设计概述 电动机的运行环境及其故障特点 对电动机智能保护器提出如下要求： 抗高温、低温能力强 保护器系统电。