低压电动机的相敏保护及单片机实现.pdf

第1 6 卷第4 期 2 0 0 7 年7 月 平疆山z 孽吨晕t J 啊1 日ld H I l E d i 啦曲啦h 1 日i 蛐ed n d 咖l o 盯 v d ．1 6N o ．4 J u l ．姗 文章编号1 6 7 l 一9 6 6 2 2 0 0 7 0 4 一∞3 6 一∞ 低压电动机的相敏保护及单片机实现 屈保中1 ，许兴广2 1 ．河南工业职业技术学院，河南南阳4 7 3 0 0 9 ；2 ．濠河职业技术学院，河南漯河4 6 2 0 吆 摘要通过坤低压电动机主四喀的三相短臻故障分析．璃立了相教保护的策略，在建立相教保护敷 学模型的基础上幸} 定了相教保护的设计方索。根据试方案谩计出了基于单片枫的硬件蛄构。 井详细叙述了截机的软件设计。 芙麓词低压电动机；相敏保护；聊聃单片机 中圈分类号1 嗍．11 D 6 1 1 ．5文献标识码 对于三相对称性短路故障，传统的保护方式采用“鉴幅式”，即以线路电流的幅值作为判据，根据短路时通过保护装 置的电流来选择动作电流的大小。以动作电流的太小来控制保护装置的保护范围。“鉴幅式”的问题在于若要保护全线 路．则应按保护范围末端最小两相短路电流整定，要求整定值小，因而，在大容量电动机起动时易造成保护的误动作；若 要躲过起动电流，则要求整定值必须大，此时将不能保护线路全长而且灵敏度也非常低。因此．衙要一种新的保护方案 相敏保护。 1 相敏保护的数学模型及方案设计 L 相敏保护的原理是电动机负载为感性负载，在直接起动时。 9 其功率因数是很低的 一般∞巾在0 ．3 0 ．5 。而线路出现短路时， 功率因数则很高 伽呻可以达到1 。因此，若在检测电流划、的同。 时再检测功率因数，把电漉与功率因效的乘积作为短路保护的动 作参数。就可以十分明显地区别起动电流和短路电流。图l 是相 ’ 敏保护的保护特性。 l 图1 中．横线为单独鉴幅式的保护特性，相敏特性为鉴幅值和 鉴相值相乘后所构成的保护特性，即 ，- ∞9 c 1 由式 1 可见，只要选择合适的常数c ，就能获得躲过电动机 起动电流的保护特性。 一“{ ／ ’ 薹幡特性／／A 动 ；么 l O ’ 如。如。∞。∞。 圈l 相敏保护的傈护特性 ● 但相敏保护也不是完全可靠。如果在变压器的出口处发生短路。由于变压器的内阻婚很小．其阻抗主要表现为电感 西，即有 而R r 2 这种情况下的功卑因数∞节很低。一般小于O ．2 ．所以相敏保护也存在一定的。死区”。为了消除逮一弊端。需要采取 另外一种附加措施即当线路电流特别大 如大于动作整定值的兰倍以上时 ，不管相位角 功率因数 如何，短路保护都 应立即动作。 综上所述，相敏保护的动作条件概括为 厶 丘k 或厶c ∞中 ，． 3 式中，厶为实泌短路电流的大小，七为按实际设定的整定电流的倍数，，．为动作整定电流。 2 单片机的硬件设计 该保护装置以1 6 位蛐噶一％系列嘞B H 为核心，集模拟量采集、模数转换、数字信号处理、保护出口控制于一 收稿日期2 0 a 7 一∞一∞ 第～作者简介屈保中 1 9 6 9 一 ，男，河南南阳人，硕士，河南工生职业技术学院讲坪，主要从事工业过程控制象境酌研 克。 万方数据 第1 6 卷第4 期屈保中等低压电动机的相敏保护及单片机实现 体。装置面板配置有触摸式键盘接口、“D 敷码显示嚣。相关电路全部采用本案设计。通过健盘和∞显示可以方便 地进行故障分析、保护整定值的就地修改等工作。 该装置的原理框图如图2 所示。 本设计选用h 埘公司推出的高性价比的坫 位船圆一％系到研9 7 嘣单片机组成a 那主系 统。该单片机内部古有1 6 K 宇节的H 钮程序 存储器．2 铂字节的R A M ．四通道枷转换器，8 个 中断源．不需要外围芯片的扩展就能完成数据采 集、数据处理和出口控制等一系列具体任务。主 要外围任务电路有交捷量采集模块、动作出口回 路、人机对话、故障闭镘等。 2 ．1 交流量采集模块 勖 吾 匡蕊到未l 氅 甲 匦巫丑悃． 暑 隔丽列引 呈 田2 装置总体原理框圈 交流量采集模块有交流采样、低通滤渡等环节组成。敷据采集采用同时采样方式，即在每十采样周期内。对所有 需要采样的各个通道的量在同一时刻一起采样，然后经多路开关，采样后的信号将被送至锄、锄、c 日2 、锄，再依次对 各个通道进行转换。 2 ．2 动作出口田路 ． 动作出口电路具有光电隔离作用，当电网发生的各类故障．在达到动作值或动作时限时．由保护装置向动作出口电 路输出高电平，经过光隔驱动中间继电器，最后作用于断路器跳闸。切断故障支路电源。 3 相敏保护程序设计 对于对称短路采用相敏保护．需要检测两个故障分量。个是电流值，另外个是功率因数。电流分量可以由傅立 叶算法得出，功率因数中的相位角可以用比相算法碍到。 3 ．1 主程序的设计 主程序是整个装置软件的核心，它通过调用备子程序便可实现系统功能，其流程如图3 所示。 田3 系统主程序 3 ．2 功率因数的计算干程序 功率因数的计算采用比相算法，其基本原理是先测出电压由负向正的过零点到电流由负到正的过零点的时间差。 然后乘以基频角速度m ，就可以得出相位角。根据比相算法的计算公式； 中t 【j 丽‰一而载葡】m 从而得到功率因数。呷。与电流值一起进行相敏保护。比相算法的流程图如图4 所示。 3 ．3 电流计算子程序 电压、电流幅值的计算采用全渡傅立叶算法．所需的时间为一个基顿周期即0 嘶。傅立叶算法是鉴幅式的算法，鉴 幔式算法的主要任务就是通过电流电压的采样值计算出电流电压的幅值。要注意的是，在傅立叶算法执行的过程中．要 保存电流的中间计算结果，即需要保存各相电流分量的实部虚部。 4 绪论 由于相敏保护以两个电气参量为取样量，提高了动作的灵敏度与可靠性，尤其是在短路电流较小而功率因数较大的 情况下。动作更准确。再配合辅助判据．使得短路的判别原则全面可靠。通过实验证明相敏保护的全断电日寸I 别、于O ．1 | ． 万方数据 弛平顶山工学院学报2 0 凹年7 月 田4 比相算法漉程田 参考文献 【1 】李宁．异步电动机的综合保护[ 刀．天津轻工业学院学报，撇 3 ；∞一3 4 ． [ 2 】白风山．单片机在高压异步电机综合保护中的应用[ J 】．内蒙古大学学报，2 0 0 3 5 5 5 2 5 5 6 ． [ 3 ] 孔德星．高压异步电动机综合保护器的研究[ J 】．焦作工学院学报 自然科学版 ，∞0 2 5 3 8 1 3 8 4 ． C 4 】李华．徽机型继电保护装置软硬件技术探讨[ 力．电力黻．2 ∞1 5 4 4 4 8 ． P h a 舳一鼬瑚i t i v ep r o t e c t i o nf o rl O w 一、咐l t a g em O t o r a n dr e a l i z e db ys i n g l e c l l i pm i c r o c 帆p l “e r Q UB a 0 _ 出o n g ‘， 【Ux i I 学g 唧谚 1 ．胁如妇y ％咖训砷d 乃删凸阮铲，Ⅳ‘哪咿学聿7 3 0 ∞．‰5 2 ．鼬话Ⅻ妇耐训如删蜥，鼬4 伽。‰ 脚神蝌‰啦咄盯Ⅱp h 蛳一幻商如印栅妇惴翻B b ；鼬d 酬∞血∞ 呐d 血岫一p l l 辨如棚r 嘣l 址缸 曲揪越】州一w h 曩驴d | 哪【i c 蝴．‰酗印p l 鼬越芦舾湘I i B 删l d e b m 曲一呦d d dp I I 啦一朔蜥舱．T h e nb a 栅 d 蚰一c b i p 倒珊∞∞舭缸d e 啦脚∞I h e 缸枷帆d t h e m 畦“d 口呻咖．d “印‰hd e 蛐d 埘i I I 妇丑越诎． K 何- 暇幽l o W 一舶I n 。驴d e c h i c 啪蜘qp h a 转一∞商6 弛乒喃∞d ∞；聊ⅢId I l 出一c h ；p 面∞砌删p I 地f 万方数据