1、( 此文檔為 word 格式，下載后您可任意編輯修改！)摘要電動機是自動化生產系統中的一個重要環節， 對其進行可靠有效的保護尤為關鍵。但是我國的電動機保護在理論研究和設備制造方面相對外國而言還是比較落后，表現在保護裝置功效低，可靠性差，經常出現誤動作，電動機損壞情況嚴重，造成的直接和間接的經濟損失巨大。本文介紹了一種基于單片機的高壓大型 (異步 )電動機保護裝置。該保護裝置在電動機保護理論上，以檢測過電流幅值、零序電流、負序電流等為判據；在故障診斷上，實現了基于差動保護和電流保護的電動機故障診斷；在硬件實現上，以 ATmega16L 單片機為核心，將采集來的電壓、電流及溫度等模擬量信號經過 A

2、D 轉換器轉換為數字量信號后送入單片機系統中進行處理，通過處理的結果來判斷電動機是否有故障以及故障的類型并進行相應的保護動作，同時通過外接點陣液晶顯示器和鍵盤等外設， 對其進行實時監控。在軟件部分，運用 C 語言編寫軟件程序，使之能夠識別并處理從傳感器傳來的電信號，并執行相應的保護程序，然后通過 LCD 顯示出來。關鍵詞：電動機保護單片機差動保護電流保護IMotor protection based on SinglechipAbstractThe motor is the import portion in the auto manufacture system. Therefore, it

3、 is important to protect the motor reliably and effectively. However, Chinas motor protection in theoretical research and manufacturing facilities overseas in terms of relative performance is still relatively, Back ward in the protection of low-efficiency device reliability poor, often mistaken acti

4、on, motor damage in serious condition, directly or indirectly caused by the enormous economic losses .An based on singlechip protection equipment for the this article. The protection equipment is based on over-current value, zero-phase-sequence component, negative-phase- sequence component and other

5、 protection criterions; In Protection theory, it realizes the intelligent fault diagnosis based on the differential motion protection and the electric current protection;in signal likes voltage, electric current, temperature and so on, to transform after ADC for the digital quantity, and then signal

6、 sends in the MCU system to process, will judge the transformer through the processing result whether will include the breakdown , the breakdown type, and making the appropriate action to protect. Simultaneously, the system clot matrix liquid crystal display through an external keyboard and peripher

7、als, such as its real-time monitor and control. In system software, utilizes the C language compilation software procedure, enables it to distinguish and to processthe electrical signal which transmits from the sensor,and take the appropriate procedures to protect, then demonstrated through the LCD.

8、Keywords：Motor protection，singlechip，differential motion protection ， electrical current protectionII目錄第一章 緒論 - 11.1 論文的選題背景意義- 11.2 國內外電動機保護發展現狀- 21.3 我國電動機保護的發展趨勢- 41.4 本論文的主要工作- 4第二章 電動機保護原理- 42.1 電動機常見故障分析- 52.2 電動機綜合保護分析- 52.3 電動機保護判據- 6第三章 電動機保護裝置的硬件設計-183.1 硬件系統的總體設計-183.2 數據采集系統 -193.3 開關量輸入

9、輸出設計-273. 4 顯示模塊設計 -29第四章 電動機保護裝置的軟件設計-304.1 軟件描述 -304.2 軟件設計 -錯誤！未定義書簽。第五章 提高系統可靠性措施- 錯誤！未定義書簽。5.1 概述 -錯誤！未定義書簽。5.2 提高抗干擾措施-錯誤！未定義書簽。第六章 總結 -錯誤！未定義書簽。參考文獻 -錯誤！未定義書簽。致謝 -31III第一章緒論本章介紹論文選題的背景意義、 國內外電動機保護的發展現狀、 我國電動機保護發展趨勢，以及本課題所做的工作。1.1論文的選題背景意義電動機是各種生產線上的重要設備， 是其中的一個重要環節， 其耗電量占總發電量的 70以上。由于電動機的耗電量巨

10、大， 所以我國在電動機節能方面做了許多工作。 但是在電動機的保護裝置研制方面， 由于大部分的繼電保護公司將主要精力用于線路、 變壓器、發電機等電力系統中主要設備保護裝置的研制當中，電動機方面就顯得相對薄弱。與先進國家相比，我國的電動機保護裝置存在有一定的差距。如果電動機發生故障，輕者影響生產的正常進行，重者燒毀電動機，使整臺甚至整套設備陷入癱瘓， 給企業造成巨大的經濟損失， 更有甚者引起供電系統故障的發生。另外，電動機在燒毀過程中消耗的電量也是很大的。據有關部門統計， 每年因電動機燒毀造成的耗電量高達數十億 kWh ，因材料報廢所產生的間接損耗更是巨大。 因此，無論是從減少經濟損失還是從節約資

11、源來講，做好電動機的保護工作都具有重大意義，必須引起足夠重視。同時 , 由于現代電動機生產在提高其輸出功率的同時， 縮小了外形尺寸，采用高級絕緣材料和電磁材料減少損耗、 提高效率，導致電動機內部的電流密度顯著增加； 加之生產的自動化和各種順序控制設備的出現， 要求電動機經常在頻繁的啟動、制動、正反轉、間歇及變負荷等多種狀態下切換運行，電動機出現故障的概率更加難以確定。因此 , 電動機保護裝置的研制工作有著重要的現實意義。1.2 國內外電動機保護發展現狀1.2.1 國內電動機保護發展歷程縱觀電動機的保護發展經歷以下4 個階段 1:1.以熱繼電器為主的保護裝置；以建國初期由蘇聯引進的JR 系列熱繼

12、電器為代表，熱繼電器在電子工業尚不發達的時代曾是電動機過載保護的首選產品，具有結構簡單，安裝方便等優點。但其存在整定精度不高、受環境影響大、誤差大以及功能單一等缺點。2.模擬電子式保護裝置；上世紀80 年代隨著半導體器件的出現而涌現出的電動機保護裝置。這種裝置體積小，安裝方便；功能更為全面：可以保護缺相、過載、欠流、相失衡、逆相、接地、短路、過電壓、過電流等故障，還具有電流電壓顯示和聲光報警等功能。 但這類產品仍存在一些無法克服的缺陷。如整定精度不高、 采樣精度不高無法實現具有多種保護功能于一體的全保護、裝置復雜，對電磁干擾敏感，對維護人員的要求很高等。3.溫度保護繼電器；其結構是在電動機繞組

13、中預先埋設測溫元件 (一般為 PTC 熱敏電阻 )配合控制設備，對電動機進行有效的溫度保護。 PTC 熱敏電阻也稱正溫度系數熱敏電阻， 它的電阻值隨著溫度的升高而增大， 屬于非線性變化，當溫度達到某一數值時，電阻急劇增大，而發生突變。溫度保護就是利用了熱敏電阻的這一特性， 當電動機出現各種故障時， 都將導致繞組溫度升高，達到規定值時，熱敏電阻的阻值發生突變，呈很高的阻性，其保護裝置獲得此信號進行處理后，通過控制設備使電動機停止工作，實現保護。這種直接監視溫度來實現對電動機的保護，是一種相對可靠、準確的方式。然而對于非溫度因素引起的一些故障該種保護卻顯得無能為力。4.微機型的電動機保護裝置 2：

14、采用微機處理器 (如單片機， DSP)組成的保護裝置。目前的微機保護由 32位單片機、數字信號處理器 DSP、可編程邏輯芯片、高速高精度的 14至16位的 AD 轉換器構成。由于微機處理器的智能和功能強大，可實現其他三種傳統保護控制裝置不能實現的保護控制功能。如能迅速處理采集的電機各種故障信號，并將結果同各種設定參數進行比較，在進行保護動作，并可隨時設定和顯示各種參數，還能通過 485通訊口實現主機對多臺從機的遠程控制保護。 基于以上的優點， 該保護裝置越來越受到業內人士的青睞， 更多的科技人員也正致力于研制出保護效果更好的微機保護裝置。本課題也正是基于此所做的研究。1.2.2 國外電動機保護

15、裝置現狀在國外，早在 1975年初，英國 GEC 公司將微機處理器應用于變電所的控制和自動合閘的情況就已有報道。 1979年，美國電氣和電子工程師學會 (IEEE) 的教育委員會組織了第一次世界性的計算機保護研究班。 之后，世界各大繼電器制造商都先后推出了各種商業性微機保護裝置，微機保護逐步趨于實用。在電動機系統微機保護技術方面，德國、美國、日本、英國發展最快。從 70年代后期開始， 各國都在這個方面做了很多努力， 使電動機微機保護技術逐漸成熟起來。例如，德國西門子公司生產的 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衡保護， 還具有自我監測等特性。日本富士公司生產的

16、QA型繼電器由 CT 、 AD 轉換器和微處理器組成，提供過載、斷相和反向保護。韓國三和科技會社推出的 3DD、3DI 、3DM 、FD 數顯是式智能型保護器可實現斷相、過載、欠載、三相不平衡、堵轉、漏電、接地和短路等保護功能， 并能實現于計算機的聯網， 可同時監測 96臺電動機，其他產品還有交流、直流電動機保護器（ EOCT 、 S3、 SE、 ST、AR 、 SI、DSL 、DDT 、TIT 、 3ST、3E、 4F。 GE、 EGR 、DG 、 DZ 、 DGRSDDR 、EECLH 、DZG4 、DZNG4 、 ECHL ）、數顯式智能型保護器(3DD 、3DI 、3DM 、FD) 、

17、電壓型保護器（ VR 、EOVR 、EUVR ）等型號系列， 60余種規格 3。美國 RockAB公司生產 Bulletin825型智能電動機控制器是一種可編程的電子過載保護器，其可通過 PROFIBUS 現場總線與 PC機通信。美國的其它產品還有電子型保護繼電器 （ SMP 、CFFI ）、熱敏電阻保護繼電器 （RT3 ）、電子型保護系統（ CFT4 ）、智能控制器（ SMC ）等各種型號序列數十種規格 21。歸納來說，國外保護裝置的特點一般有：保護器自身溫度補償、檢測負荷率、提示報替、記憶故障原因和數據、通信、與計算機聯網，能同時監測多臺電動機等。 與世界先進國家相比我國的電動機保護控制技

18、術水平，還有一定差距，其技術含量較低。品種和功能少、參數精度低、生產工藝落后等嚴重制約了我國在電機保護這方面的競爭力， 因此研發出新型的智能保護裝置是當務之急。1.3 我國電動機保護的發展趨勢我國電動機保護的發展趨勢大致有以下幾點3：1. 研制在線監控系統；2. 追尋理論上的突破，逐步由定性描述到定量分析；3. 應具有較寬的連續可調整范圍、方便、準確；4. 應有完善的保護特性和互換性；5. 發展小型、質優價廉的保護裝置；6. 應具有高度的可靠性和穩定性；7. 應具有很強的抗干擾能力、環境適應能力；電壓使用能力和長時間連續工作能力。1.4 本論文的主要工作本論文研究的是基于單片機的電動機（異步電

19、機）保護裝置，主要應用于大、中型企業的電動機保護。在本次課題設計中， 首先分析了電動機的各種故障類型及故障產生的原因，對電動機的各種保護原理做了大量分析，選擇適合于大、中型電動機的保護方案；然后在第三章以 ATmega16L 單片機為硬件核心，設計出一套綜合保護裝置，通過處理采集來的電壓、電流、溫度等信號來判斷電動機是否含有故障以及故障的類型，并發出相應動作保護電動機。接著，在第四章根據保護原理和該裝置的硬件平臺使用 C 語言開發了一套針對各種保護功能的軟件模塊， 使之能夠識別并處理從傳感器傳來的電信號， 然后通過人機交互界面顯示出來，近而使人能夠很輕易判斷故障類型。本文僅在電動機保護上做了部

20、分保護裝置，有待更高的完善。第二章電動機保護原理本章首先列出了電動機常見的故障及針對這些狀況的各種保護方式， 然后詳細介紹了電動機微機保護裝置所用到的保護原理和實現保護的邏輯關系圖。2.1 電動機常見故障分析要設計一個保護裝置， 首先要分析保護對象會遇到的各類故障， 分析其故障特征，才能提出切實可行的保護方案。對于異步電動機來說，其故障形式主要分為繞組損壞和軸承損壞兩方面。由于電動機的微機保護主要通過測量電量 (電流、電壓以及開關狀態等 ) 來監測電動機的運行狀況，因此本論文探討的主要是繞組故障。電動機常見的繞組故障可分為對稱故障和不對稱故障兩大類：1. 對稱故障主要包括過載、堵轉、啟動時間過

21、長和三相短路等。這類故障主要特征是三相電流電壓基本對稱， 但電流值遠遠大于額定電流， 對電動機的損害主要是熱效應， 使繞組發熱甚至損壞， 還會產生不良的機械應力可導致異步電動機不同程度的受損；2. 不對稱故障不對稱故障又分為接地故障和非接地故障。 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。這類故障主要特征是除了嚴重的短路會造成故障相電流明顯增大外， 大多數的不對稱故障一般不會出現明顯的過電流， 電動機定子出現負序電流和零序電流， 對電動機的損害不僅僅是引起發熱， 更重要的是不對稱引起的負序效應能造成電動機端部發熱、轉子振動及起動力矩降低等一系列問題，如果有

22、過電流出現，還會使繞組發熱，甚至嚴重損壞。2.2 電動機綜合保護分析針對上述故障類型，電動機應裝設以下繼電保護裝置：1. 縱差保護和電流速斷保護電動機的短路故障是比較嚴重的一種故障，其主要發生在定子繞組， 當定子繞組出現短路時，不但使電動機嚴重損壞，釀成事故，而且可能導致電網電壓顯著下降，影響其它用電設備的正常運行。因此，對額定容量在2000kW 以上，或小于 2000kW 但電流速斷保護靈敏度不夠的電動機應裝設縱聯差動保護。對于2000kW 以下的電動機，可裝設電流速斷保護。2. 熱過載保護由于電動機長時間處于過負荷狀態會引起電動機繞組過熱， 最后導致繞組間絕緣的損壞，所以電動機長時間過負荷

23、運行是不允許的。因此，需裝設熱過載保護。3. 低電壓保護當供電系出現短路故障， 導致電壓降低或電壓消失時， 電動機轉矩急劇下降。當電壓恢復電動機自起動時，將有數倍于額定值的大電流流過，使電網電壓降低，同時電動機端電壓也降低，造成電動機起動困難。另外，如果供電電壓恢復的較慢， 則電動機長期處于起動狀態， 長時間的大電流會導致絕緣過熱甚至損壞。因此，應設置低電壓保護。4. 堵轉保護電動機在運行中如果因機械故障、 負荷過大、電壓過低等原因而使轉子處于堵轉狀態，此時電動機散熱條件極差，電流很大，特別容易燒壞，需設置堵轉保護。5. 斷相保護有調查表明， 由缺相運行造成電動機繞組燒毀，占電動機繞組修理總數

24、的 60%70% ，缺相故障是一種嚴重的不對稱故障， 因此，應設置斷相保護。 6. 接地故障保護在電動機絕緣被破壞時， 將導致繞組對外殼短路， 引起繞組對地短路故障。在發生繞組接地故障時，不僅故障電流通過定子鐵芯引起鐵芯過熱，性能變壞，而且使電機外殼帶電，嚴重威脅著操作人員的生命安全，所以要有單相接地保護措施。另外，還應設置過熱保護、啟動時間過長和頻繁起動保護。2.3 電動機保護判據對于大型異步電動機保護裝置而言，在電動機啟動和運行過程出現故障時，能迅速、準確的動作是非常重要的。目前國內外使用的各種異步電動機保護裝置對大型異步電動機啟動或自啟動過程中的繼電保護，采用的是給保護整定長延時或在啟動

25、過程中閉鎖保護跳閘出口的方式， 此時若電動機內部存在故障隱患， 或電動機啟動或自啟動過程中發生故障， 會導致電動機損壞甚至燒毀。所以本裝置采用檢測過電流、正序電流、零序電流和負序電流分量為基礎，作為電動機故障的判據。對于 2000kW 及以上的大容量電動機， 或容量稍小些的重要電動機采用雙重保護措施。 主保護以帶比率特性的差動保護為主； 后備保護以電流速斷保護、正序定時限保護、兩段式負序和零序電流保護為主，另外還配有電壓保護、 CT 斷線告警等。本文對電動機的主保護為電動機差動保護測控單元，后備保護為電動機保護測控單元，兩個保護單元相互獨立。2.3.1 縱聯差動保護1. 縱聯差動保護的原理縱聯

26、差動保護的動作原理是基于比較被保護單元始端和末端電流的大小和相位的原理構成的。它分為比率制動式縱差保護、不完全縱差保護、標積制動式縱差保護等。 對于電動機來說， 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 2-1 所示。且規定一次側電流(以 A 相位例 )和的正方向為由線路流向電動機，則二次測得電流為：I1I 1dM圖 2-1 電動機差動保護原理， ，(2.1)式中：、 電流互感器二次測電流；n電流互感器變比；差動電流。當電動機正常運行或外部故障時， 流入電動機一相繞組上的兩個電流互感器二次側電流、相位均相同，此時差動保護不動作。在不考慮電流互感器勵磁電流影響時有：

27、(2.2)當保護范圍內部故障時，假設圖 2-1 中 A 相繞組在 d 點發生短路故障，則在 d 點兩側均有電流流向短路點，此時，兩電流互感器二次側的電流幅值、相位均不相同，此時差動保護動作。于是有：(2.3)本設計采用的是比率制動式縱差保護， 它對電動機內部短路有較高靈敏度，而對外部短路則能可靠不誤動。理想情況下差動保護動作判據為： 。比率制動式縱差保護制動特性如圖2-2 所示：I DZ動動動I SDCIDZ.max動動動動動動I DZ.minABI ZD0 I ZD.min圖 2 2 比率制動式縱差保護的制動特性圖中，為差動電流，為差動速斷電流，一般取 68 倍的流入保護裝置的第二側二次電流

28、，為差動啟動電流，一般為 0.30.4 倍的流入保護裝置的第二側二次電流，為最小制動電流，一般取額定電流，為制動電流。保護判據如下：差動速斷：(2.4)當IZDI ZD .min 時， I DZI DZ .min(2.5)比率差動：I ZD .min 時， I DZK ZD ( I ZD I ZD.min ) I DZ .min當IZD式中為制動系數。2.CT 斷線閉鎖功能為防止 CT 斷線時保護裝置誤動，本裝置采用了CT 斷線閉鎖差動保護的方案。 CT 斷線只閉鎖比率制動差動保護，不閉鎖差動速斷保護。CT 斷線判據：當至少檢測到一相電流為零并且零序電流大于時，發出斷線告警并閉鎖差動保護。只有

29、在裝置檢測到高低壓側最大相電流在0.8 至6 之間才進行 CT 斷線判定，否則不進行CT 斷線斷定。3. 縱聯差動保護的邏輯框圖A 相比率差動動作B相比率差動動作1C相比率差動動作比率差動投入&差動啟動元件&CT斷線檢測閉鎖控制字圖 2 3比率制動式縱差保護邏輯框圖差動保護動作斷線告警信號圖 2-4 為差動速斷保護的邏輯框圖。當任一相差動電流大于差動速斷整定值時瞬時動作于出口繼電器。A 相差動速斷動作B 相差動速斷動作1C相差動速斷動作差動速斷投入&差動速斷保護動作圖 2 4差動速斷保護邏輯框圖2.3.2 以序分量為基礎的電流保護根據對稱分量法，發生不對稱故障時，電動機電流可分解為正序、負序和

30、零序分量。當電動機三相對稱時，負序和零序電流為零，而發生不對稱故障時則會顯著增加。 因此可以在檢測電動機過流程度的同時， 以序分量為基礎，檢測負序、零序電流的大小。這樣，不僅能更好地反應電動機的運行狀況，還可以大大提高保護的靈敏度和可靠性。異步電動機常見故障的過流、負序和零序電流的分布情況如表 2-1 所示，表中單相故障設 A 相為故障相，二相故障設 B、C 相為故障相，表示故障前相電流幅值。表 2-l 電動機常見故障信息分布表故障類型過電流負 序 電零序設 置 保電流其他故障特征護流類型對稱三相短路無無電 流 速故障斷堵轉無無正序定時限過載無無正序反時限斷相無負序逆相無無定時限非不接地對不平

31、衡無有無稱性故相間短路有無障接單相接地有零序地二相接地有有（值的大小定時限取決于位置）從表 2-1 可知，若以過流信息反映短路和堵轉故障，以負序和零序電流反映各類不對稱短路和接地短路等不對稱故障，可以實施全面的電流保護。1. 短路保護設置電流速斷保護作為電動機的主保護， 用于電動機內部定子繞組以及進線所發生的相間短路故障。由于短路故障將導致很大的故障電流，所以只要檢測到 A、B、C 三相電流中任一相或一相以上的電流值大于速斷的整定值， 保護立即動作。 根據對繼電保護速動性的要求， 保護裝置動作切除故障的時間， 必須滿足系統穩定和保證重要用戶供電可靠性。在簡單、可靠和保證選擇的前提下，原則上總是

32、越快越好。 設置速斷保護電流定值時， 要保證電動機在滿載啟動過程中短路保護可靠地不動作，即躲過電動機最大啟動電流。電動機啟動時，保護判據為：(2.6)電動機運行時，保護判據為：(2.7)其中為電動機各相相電流；為電動機啟動時可靠系數，一般取1.2；為電動機最大啟動電流， 一般取 9 倍的額定電流； 為電動機運行時相間短路電流；為電動機運行時可靠系數，一般取 0.8。其保護邏輯框圖見圖2-5。A相電流大于整定值B相電流大于整定值C相電流大于整定值&速斷保護動作速斷保護投入圖 2-5 電流速斷保護邏輯框圖2. 堵轉保護設置正序定時限保護作為電動機堵轉故障的主保護， 過負荷運行的后背保護。當保護裝置

33、在電機運行過程中檢測到電流超過堵轉電流整定值， 并達到整定時限時堵轉保護動作，出口跳閘。堵轉保護在電動機啟動過程中閉鎖，啟動結束后自動投入。保護判據為：電動機啟動時：(2.8)電動機運行時(2.9)為電動機的正序電流； 為電動機最大啟動電流； 為電動機啟動時可靠系數，依據不同保護類型取不同值；為時間常數，依據不同保護取不同值；為電動機運行時正序電流整定值；為電動機運行時可靠系數。其邏輯框圖如圖 2-6 所示。正序電流保護投入A 相正序電流大于整定值&堵轉保護動作B 相正序電流大于整定值t1zdC相正序電流大于整定值圖 2-6 正序電流保護邏輯圖3. 熱過載保護設置熱過載保護來防止電動機長時間過

34、負荷運行，導致定子過熱而引起的損壞。過負荷保護實際上是通過電流幅值模擬電機的發熱，電動機的熱慣性使它具有一種短暫的過載能力， 此時短時間的過載仍屬正常運行， 只有到熱量積累溫升達到損壞電動機的壽命程度時，才給予保護。引起電動機過負荷原因：(1)外界原因引起的堵轉；(2)電動機本身機械故障；(3)由于供電系統電壓畸變和電壓不平衡， 造成三相電流不完全對稱， 在電流中含有一定的負序分量。 因而產生電動機的制動力矩， 造成電動機過熱；(4)周圍環境工況惡劣，通風不暢，環境溫度過高；(5)頻繁地起動制動等。反時限保護是有效地防止電動機過負荷的一種方法。 這種方法是以電動機發熱不至于使電機燒壞為準， 即

35、電動機的繞組在電流越大時， 發熱量也越大，此時電動機內的溫度上升越快，達到使繞組被燒壞的溫度時間越短，此時需快速地切開電動機，反之，電動機的電流小，達到電動機繞組被燒壞的溫度的時間就越長， 此時電動機還可繼續工作一段時間。 電動機反時限保護特性曲線如圖 2-7 所示。t (動作時間 s)10412345678I / I e圖 2-7 電動機反時限動作特性曲線電動機發熱理論研究表明， 電動機持續運行的容許負荷， 主要取決于定子繞組的溫升，即定子電流的大小為電動機過負荷的主要依據。因此，依據均質固體發熱理論， 電動機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：Qdt( I2I e2)r

36、dtCGds dt(2.10)式中Q定子物體每秒鐘內所產生的熱量，單位為W ；R定子繞組電阻 ()； 散熱系數()每平方米表面、每度溫差，每秒時間所散發的熱最焦耳數；S冷卻表而積 ()； 定子繞組溫升 ()I 過負荷時定子繞組流過電流(電動機運行中三相電流最大者)(A) ； 可整定的保護動作電流 (A)；C定子物體材料比熱()；G定子物體重量(kg)。而方程左邊為在時間間隔中， 定子繞組由于過負荷而發出的熱量， 方程右邊為這一熱量一部分使定子溫度升高度。而為另一部分熱最散失于冷卻介質中。式 2.10 為一階段性微分方程，其通解為：(2.11)由初始條件 ， 代入 (2-11)解出常數 A 為：

37、再代入 (2-11)得解為：(2.12)由此得到電動機過負荷運行時的溫升特性表達式。其溫升變化過程如圖2-8 所示。I /max(t)s0t1t2t圖 2-8 過負荷運行時溫升特性曲線將溫升特性式(2-12)中指數項進行泰勒級數展開，取其前兩項，得：帶入 (2-12)得( I 2I e2 ) rt( I / I e )21 I e2rtCGCG 銅損為常數。C，G 也為常數，設允許溫升為。則得出反時限過負荷動作特性為：tmaxCG1TPe( I / I e )2 1(I / I e )21T 根據電機材料、定子重量、額定銅損，根據經驗得到的允許溫升計算確定。上述過負荷保護是通過測量電動機定子繞

38、組電流， 根據電機發熱模型而計算出在給定的過負荷電流、 給定的允許溫度下，電動機所允許運行的時間，不能直接反應電機繞組溫度，對冷卻系統損壞、機械轉子損耗增加、環境溫度過高等造成的過熱不能檢測。 所以對埋有溫度傳感器的電動機， 有必要對溫度傳感器傳來的信號進行測量， 以實現電機過熱保護， 結合前面所述的熱過載保護，則更能有效地保護電動機。由于感溫元件埋在電機內部，可消除各種環境溫度對傳感器的影響。 在本文中，采用的是集成溫度傳感器 AD590。4. 斷相保護針對電動機的各類非接地性不對稱故障， 設置負序過電流保護。 負序電流保護是作為電動機斷相、 定子繞組或引出線不對稱相間短路、 定子繞組匝間短

39、路及三相電流不平衡的主保護。在電源電壓不對稱、逆相、斷相等故障時均會引起負序電流，對這類故障，雖然過熱保護己能提供保護，但在嚴重的不對稱故障時引起的很大， 很有必要設置單獨的快速保護。 所以本文采用兩段式定時限負序過電流保護。 段針對嚴重不平衡故障， 具有較高的整定值，動作延時短（） ；段針對三相電源嚴重不對稱，具有較低的整定值，動作延時長（）。電動機啟動時：I 段負序電流保護判據：(2.13)段負序電流保護判據 ：(2.14)為電動機負序電流值；和分別為電動機啟動時 I 段和 II 段負序電流整定值；為 I 段負序電流保護時間整定值， 為短延時；為 II 段負序電流保護時間整定值，為長延時。

40、電動機運行時：段負序電流保護判據：(2.15)段負序電流保護判據：(2.16)為電動機負序電流值；為電動機運行時段負序電流整定值，大小為0.21 倍的額定電流；為II 段負序電流整定值，大小為0.20.6 倍的額定電流；為段負序電流保護時間整定值，為短延時；為 II 段負序電流保護時間整定值，為長延時。在整定負序電流定值時，需要注意 1% 的電壓不平衡會引起 6% 的電流不平衡，而實際供電電源總存在一定的不對稱，即使在正常運行時，電動機也會有一定的負序電流，所以整定時必須躲過這一不平衡因素。負序電流保護投入大A 相負序電流于?t2zd&B 相負序電流 段負序電流保護整C相負序電流定值大于t2z

41、d 段整定值圖 2-9 負序電流保護邏輯圖5. 接地故障保護接地保護針對各類接地故障。為提高接地保護的靈敏度， 采用零序電流保護和零序電壓保護。零序電流保護零序電流保護是作為電動機定子繞組及引出線接地故障的主保護，其電流取自機端專用的零序電流互感器。本文采用兩段式零序電流保護，I 段零序電流保護用于跳閘，段零序電流保護用于告警。電動機啟動時；? 段零序電流保護判據：(2.17) 段零序電流保護判據：(2.18)為電動機零序電流值；和分別為電動機啟動時I 段和 段零序電流整值；為 I 段零序電流保護時間整定值， 為短延時；為 段零序電流保護時整定值，為長延時。電動機運行時：? 段零序電流保護判：

42、(2.19) 段零序電流保護判據：(2.20)為電動機零序電流值；和分別為電動機運行時I 段和 II 段零序電流整值；為 I 段零序電流保護時間整定值， 為短延時 ；為 II 段零序電流保護時整定值，為長延時。保護邏輯框圖如圖 2-10 所示。零序電壓保護為了解決電動機定子繞組單相接地電流較小， 零序電流保護靈敏度不能滿足要求情況，增加了零序電壓保護作為電動機定子繞組及引出線接地故障的后備保護。判據如下：(2.21)式中：為零序電壓值；為零序電壓動作整定值，按躲過正常運行時的最大不平衡基波零序電壓整定； 為零序電壓保護延時， 按躲過高壓側接地故障最長切除時間整定。保護邏輯框圖如圖2-11 所示

43、。零序電流保護投入A 相零序電流大于速B 相零序電流 斷 tozd & 整定值C相零序電流大于定 時限整tozd&定值跳閘保護告警保護圖 2-10 零序電流保護邏輯圖A相零序電壓大于整定值B相零序電壓大于整定值touzd&接地保護C相零序電壓大于整定值零序電壓保護投入圖 2-11 零序電壓保護邏輯圖6. 低壓保護電動機低電壓運行時轉矩急劇下降， 造成電動機嚴重過載。 而當電動機機端電壓下降到 60% ，電動機的自啟動將發生困難，針對這一現象，設置低電壓保護。低電壓保護應當具備以下功能：保證重要電動機的自起動。當電壓消失或降低時， 電動機的轉速將減小，而當電壓恢復時，電動機中就會流過超過其額定電

44、流好幾倍的過電流，造成電網電壓降加大，增加了電動機起動時間，或者根本無法起動。所以可以考慮切除一部分不重要的電動機，使電網電壓迅速恢復， 以保證重要電動機的自起動；防止在電動機起動時，由于反抗力矩大于起動力矩而使電動機過熱；切除在電壓恢復時不允許自起動的電動機。低壓保護判據：(2.22)為低壓保護整定值，對于不允許或不需要自起動的電動機其取值為 60%70% (為額定電壓 )，對于需要自啟動的電動機其取值為 50% ； 為低壓延時定值。失壓保護判據：(2.23)為線電壓；為失壓保護整定值；為失壓延時定值；為各相相電流；為最小電流整定值。7. 起動保護電動機在長時間起動狀態下，起動電流可使電動機

45、繞組溫升超過容許值，另外頻繁地啟停電動機也會導致電動機過熱。所以本文裝置設有起動時間過長保護和頻繁起動保護。(1)起動時間過長保護起動時間過長保護是由電流速斷保護來實現的。正常的起動完成后電動機的運行電流將在額定值附近， 而起動時間超過整定的起動時間后， 電動機的運行電流仍保持較大的數值，則裝置保護動作，跳開電動機，說明起動時間過長，起動不成功。在起動期間如最大起動電流超出整定值，電流速斷保護也動作。起動時間過長保護整定：起動保護速斷電流整定值范圍：260A，級差 0.01A；起動保護速斷動作時間整定范圍：0.019.99s，級差 0.01s；電動機起動時間整定范圍：199.9s，級差 0.1s。(2)起動時間間隔保護電動機運行規程中不允許頻繁地啟動， 由于每次起動都會有較大的起動電流而如果起動間隔較短， 就能引起電動機過熱， 所以特別設置了啟動時間間隔保護。在規定的起動間隔保護時間內，電動機不會被起動。散熱時間間隔整定范圍：199min，級差 1min。如上所述，本章在詳細分析了異步電動機的各種故障特征， 產