畢業(yè)設(shè)計論文6kv廠用電動機(jī)的保護(hù)控制測量和信號回路的設(shè)計

1、目錄緒論11.就地分散控制22.集中控制23.單元控制24.綜合自動化控制2一、6kv電動機(jī)、 控制、保護(hù)、測量和信號回路一次設(shè)備31.1工作環(huán)境31.2分析電路：41.3電流互感器5二、6kv電動機(jī)、 控制、保護(hù)、測量和信號回路二次回路62.1工作狀態(tài)62.2 跳閘及監(jiān)視回路8三、 電動機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)113.1 裝置參數(shù)113.2 保護(hù)電流輸入123.3測量電流輸入133.4零序電流測量、保護(hù)143.5 時鐘同步信號153.6綜合保護(hù)系統(tǒng)16后記：18致謝：19摘 要：6kv廠用電動機(jī)的保護(hù)、控制、測量和信號回路的設(shè)計是常用電力系統(tǒng)的重要組成 部分，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和工藝水平的日益提高

2、，發(fā)電廠二次系統(tǒng)經(jīng)歷了從簡單到復(fù)雜，從低級到高級的發(fā)展過程。在6kv廠用電動機(jī)的二次回路技術(shù)水平的高低決定了發(fā)電廠自動化的程度?？梢?kv廠用電動機(jī)的保護(hù)、控制、測量和信號回路的設(shè)計已經(jīng)上升到一個新的生產(chǎn)舞臺 6kv motors plant protection, control, measurement and signal circuit design is a common power system an important component of that with the continuous development of science and technology and t

3、he increasing level of technology, the system has experienced two power plants from simple to complex , from low level to high level of the development process. 6 kv electric motor plant secondary loop depends on the level of the degree of automation of the plant. so 6 kv electric motor plant protec

4、tion, control, measurement and signal circuit design has been elevated to a new stage production關(guān)鍵詞：電動機(jī)保護(hù)（motor protection） 控制（control） 測量（measurement） 信號回路（signal loop）緒論 電機(jī)是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的先行官。隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對電力系統(tǒng)的要求也越來越高。而現(xiàn)代電力系統(tǒng)，無論是單機(jī)容量，還是系統(tǒng)容量都越來越大，電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)也開始復(fù)雜。為了更好地保證電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，提高電機(jī)在電廠的工作質(zhì)量，從而為經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供有力的保障，必須提

5、高電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。 在電力系統(tǒng)中，無論是發(fā)電廠、變電站，還是用電單位，其電氣設(shè)備均可分為一次設(shè)備和二次設(shè)備兩大類。在二次設(shè)備中廠用電動機(jī)的保護(hù)、控制、測量和信號回路的設(shè)計是發(fā)電廠電力系統(tǒng)的重要組成部分，它不同于生產(chǎn)、傳輸和分配電能的設(shè)備的一次設(shè)備它是起到測量、控制、監(jiān)控、保護(hù)和自動調(diào)節(jié)的二次設(shè)備。所以6kv廠用電動機(jī)的保護(hù)、控制、測量和信號回路的設(shè)計是以二次系統(tǒng)進(jìn)行展開進(jìn)行的。 二次回路技術(shù)的發(fā)展是從簡單的就地分散控制到由計算機(jī)為核心構(gòu)成的綜合控制，經(jīng)歷了以下的四個發(fā)展階段。 1.就地分散控制 就地分散控制，是指對每個被控制對象設(shè)置獨(dú)立對象設(shè)置獨(dú)立的控制回路，在被控制對象的安裝地點(diǎn)進(jìn)行一

6、對一的控制。這種控制方式的優(yōu)點(diǎn)是回路簡單，工作可靠。其缺點(diǎn)是難以實(shí)現(xiàn)各機(jī)組間和同一機(jī)組哥設(shè)備的協(xié)調(diào)配合。因此只適合與小型發(fā)電廠和對自動化程度要求不高的中、小型變電站以及大型發(fā)電廠的輔助車間和對次要用戶的供用電線路。 2.集中控制 集中控制，是指將全廠（所）的主要電氣設(shè)備（如發(fā)電機(jī)、變壓器和35kv及以上電壓等級的輸電線路等）集中在中央控制室（或稱主控制室）內(nèi)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方集中控制。這種控制方式分為一對一的強(qiáng)電控制方式和一對多的弱電選線控制方式，適用于單機(jī)容量為100mw及以下的發(fā)電廠和35kv及以上的變電站。 這種控制方式實(shí)行的是爐、機(jī)、電、分開控制的方式。除了中央控制室外，還沒有鍋爐控制室和汽輪控

7、制等。這種控制方式爐、機(jī)的值班條件較差，但這種控制方式的技術(shù)成熟，并為廣大電氣從業(yè)人員所熟悉。 隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，我國南方地區(qū)的許多企業(yè)已經(jīng)或計劃建設(shè)自備熱電廠，這類電廠比較適合采用集中控制方式。 3.單元控制 單元控制是一種將爐、機(jī)、電集中在一起的控制方式。發(fā)電廠采用單元制控制方式時，全廠設(shè)置若干個單元控制室和一個網(wǎng)絡(luò)控制室，每個單元控制一臺或者兩臺機(jī)組的爐、機(jī)、電的所有重要設(shè)備，由網(wǎng)絡(luò)控制室來實(shí)現(xiàn)對升壓站的控制和全廠各機(jī)組的協(xié)調(diào)。 單機(jī)容量為125mw及以上的火力發(fā)電廠廣泛采用單元控制方式。 4.綜合自動化控制 綜合自動化控制是一種以計算機(jī)為核心構(gòu)成的集散控制系統(tǒng)，將

8、發(fā)電廠或者變電站的測量、控制、保護(hù)、信號和自動控制集中在計算機(jī)內(nèi)進(jìn)行。計算機(jī)除了具有邏輯分析能力外，還具有數(shù)值運(yùn)算和數(shù)據(jù)儲存的能力。因此，綜合自動化控制方式除了具備常規(guī)控制方式的功能外，還能進(jìn)行優(yōu)化計算，實(shí)現(xiàn)最經(jīng)濟(jì)運(yùn)算。 目前我國新建的發(fā)電廠和變電站廣泛采用綜合自動化控制方式一、6kv電動機(jī)、 控制、保護(hù)、測量和信號回路一次設(shè)備1.1工作環(huán)境 6kv電動機(jī)工作于廠用電壓為6kv的電壓環(huán)境下。發(fā)電機(jī)的作用是把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能；電動機(jī)的作用是把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，拖動各種生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的機(jī)械化和自動化。而它的組成是由熔斷器（-fu）、斷路器（-qs）、電流互感器（-ta1）、零序電流互感

9、器（-ta）電動機(jī)（m）相互連接的，如下圖: -fu:熔斷器 -qs:斷路器 -ta1:電流互感器 -ta2:零序電流互感器 m：電動機(jī)接線方式：+6kv-fu-qs-ta1-ta2m1.2分析電路：（1）熔斷器熔斷器安裝在電路中，保證電路安全運(yùn)行的電器元件。 當(dāng)電路發(fā)生故障或異常時，伴隨著電流不斷升高，并且升高的電流有可能損壞電路中的電動機(jī)同時可能燒毀電路甚至造成火災(zāi)。若電路中正確地安置了熔斷器，那么，熔斷器就會在電流異常升高到一定的高度和一定的時候，自身熔斷切斷電流，從而起到保護(hù)電路安全運(yùn)行的作用。熔斷切斷電流，從而起到保護(hù)電路安全運(yùn)行的作用。（2）斷路器 1、正常情況下接通和斷開高壓電路

10、中的空載及負(fù)荷電流. 2、在系統(tǒng)發(fā)生故障時能與保護(hù)裝置和自動裝置相配合,迅速切斷故障電流,防止事故擴(kuò)大,從而保證系統(tǒng)安全運(yùn)行. 從其實(shí)斷路器就是一種開關(guān),它和其他普通開關(guān)的不同點(diǎn)主要在:適用電壓等級高滅弧介質(zhì)及方式,有真空,少油,多油及六氟化硫等等滅弧能力強(qiáng),效果好. 一般情況下斷路器本身不存在潤滑方面的問題,需要潤滑的常常是它的操動機(jī)構(gòu) 熱繼電器作用： 熱繼電器的作用是電動機(jī)過負(fù)荷時自動切斷電源，熱繼電器的構(gòu)造是兩片膨脹系數(shù)不同的金屬片構(gòu)成，電流過大時膨脹系數(shù)大的先膨脹，起到切斷電源的作用。熱繼電器動作后有人工復(fù)位和自動復(fù)位。 1.3電流互感器 電力系統(tǒng)中廣泛采用的是電磁式電流互感器(以下簡

11、稱電流互感器)，它的工作原理和變壓器相似。 電流互感器的特點(diǎn)是:(1)一次線圈串聯(lián)在電路中，并且匝數(shù)很少，因此，一次線圈中的電流完全取決于被測電路的負(fù)荷電流而與二次電流無關(guān)；(2)電流互感器二次線圈所接儀表和繼電器的電流線圈阻抗都很小，所以正常情況下，電流互感器在近于短路狀態(tài)下運(yùn)行。 電流互感器一、二次額定電流之比，稱為電流互感器的額定互感比：kn=i1n/i2n 因?yàn)橐淮尉€圈額定電流i1n己標(biāo)準(zhǔn)化，二次線圈額定電流i2n統(tǒng)一為5(1或0.5)安，所以電流互感器額定互感比亦已標(biāo)準(zhǔn)化。kn還可以近似地表示為互感器一、二次線圈的匝數(shù)比，即knkn=n1/n2式中n1、n2為一、二線圈的匝數(shù)。 電流

12、互感器的作用就是用于測量比較大的電流。它是通過二次測測量一次設(shè)備的工作狀況。二、6kv電動機(jī)、 控制、保護(hù)、測量和信號回路二次回路 2.1工作狀態(tài)二次回路設(shè)計可以保護(hù)電動機(jī)可以在一個安全的環(huán)境下正常運(yùn)行，提供一次設(shè)備的工作狀態(tài)，控制電動機(jī)的啟停，與在故障時發(fā)出相應(yīng)的燈光提示，提醒值班人員。進(jìn)行故障的解除和檢修。合閘及監(jiān)視回路：（1）合閘 手動合閘時按下-sb2時發(fā)出合閘信號這是dcs判斷是否允許合閘，如果允許，dcs的允許合閘閉合下述回路接通+sb1dcsywkcfdx1dx2dx3s1km(hc) 這時km(hc)合閘接觸器得到合閘信號，-km常開觸電閉合合閘線圈-yc(hq)得電合閘成功，

13、同時-k2中間繼電器常開觸點(diǎn)閉合綠燈亮。 而dcs合閘把就地短接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方合閘。2.2 跳閘及監(jiān)視回路 跳閘與監(jiān)控回路是實(shí)時監(jiān)控廠用電動機(jī)的工作狀態(tài)，如果電網(wǎng)發(fā)生故障，可以快速動作來實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的保護(hù)，防止電動機(jī)的損壞。下圖為二次電動機(jī)跳閘及監(jiān)視回路圖：就地與dcs跳閘 按下sb2時-kcf(i)得到跳閘信號，這時這時-qs至dcs一個停止信號-s1閉合，-yt(tq)跳閘線圈發(fā)出跳閘信號 這時跳開-ksf的常閉節(jié)點(diǎn)，閉合防跳回路的-kcf的常開結(jié)點(diǎn)，此時-k3信號得電，-k3常開節(jié)點(diǎn)閉合紅燈亮提示跳閘成功。 此時-s1在sqe的停止位置。dcs跳閘短接sb2實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方跳閘。防誤 -yw手車運(yùn)行位

14、置限位開關(guān)與-sw手車試驗(yàn)位置限位開關(guān)串聯(lián)接與-yt(tq)跳閘線圈旁作用是防止誤動作，保證電動機(jī)運(yùn)行正常。斷相保護(hù)與監(jiān)控 當(dāng)發(fā)生斷相時，-dx常開閉合相關(guān)燈光熄滅 -ks1信號繼電器發(fā)出斷相提示，提示工作人員進(jìn)行跳閘命令低電壓跳閘、 正常工作時 -k4中間繼電器得電，-k4常閉節(jié)點(diǎn)是斷開，當(dāng)電壓過低時-k4閉合接通-xb2連接片發(fā)出低電壓信號提醒工作人員低電壓，是否跳閘。事故按鈕（sbe） sbe是短接所有保護(hù)線路的，當(dāng)按下sbe時，所有保護(hù)被短接，不動作。提示現(xiàn)在為事故狀態(tài)，值班人員應(yīng)該進(jìn)行跳閘。3、 電動機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)3.1 裝置參數(shù) 本設(shè)計是采用hn-2001電動機(jī)保護(hù)測控裝置裝置采集

15、多路模擬量，分別為 3相電壓、3相測量電流、3相保護(hù)電流、1路零序電壓、1路零序電流。1 采集12路開關(guān)量。2 裝置內(nèi)置操作回路，配置有命令合、命令跳、保護(hù)跳、告警信號、事故信號等繼電器出口；配置有裝置故障、控制回路斷線與裝置失電等繼電器指示出口。另配置有3對備用出口，并可以被靈活配置為保護(hù)跳或告警信號出口的級聯(lián)。上述繼電器出口可分別設(shè)置為電平或脈沖工作方式。通過裝置界面可控制繼電器，既可用于繼電器出口測試也可用于分合控制。3 提供雙can或以太網(wǎng)通信接口（用戶可指定）。4 配置兩路420ma直流信號輸入接口。5 配置兩路420ma直流信號輸出接口并可設(shè)置輸出的參考量。6 配置兩路脈沖信號輸入

16、接口。7 配置兩路脈沖信號輸出接口并可設(shè)置脈沖輸出的頻率。參數(shù)配置(1)開出方式設(shè)置：可分別設(shè)置每個繼電器出口為電平或脈沖形式輸出。(2)開入接點(diǎn)設(shè)置：可分別設(shè)置每個開入的接點(diǎn)為常開或常閉形式。(3)通信參數(shù)設(shè)置：可選擇can或以太網(wǎng)通信方式以匹配硬件，可設(shè)置地址與通信速度。(4)模擬量測量偏差微調(diào)：可單獨(dú)對某一路模擬量的測量結(jié)果進(jìn)行細(xì)微調(diào)整以達(dá)到精度要求，調(diào)整后結(jié)果=調(diào)整前結(jié)果*k （0.9k1.1）。(5)電流互感器額定值與數(shù)目配置：可選擇電流互感器額定值為1a或5a，裝置根據(jù)配置的參數(shù)自動適應(yīng)電流值的顯示以及調(diào)整計算保護(hù)電流序分量與測量功率的計算公式。(6)420ma直流信號輸出配置：裝

17、置共提供兩路420ma直流信號輸出，每路輸出可分別指定輸出的參考量，可選參考量包括ia ic ua uc uab uca p q。(7)備用出口設(shè)置：裝置共提供3對備用出口，每對出口可分別配置為保護(hù)跳或告警信號出口的級聯(lián)，以實(shí)現(xiàn)繼電器出口的擴(kuò)充。(8)脈沖信號輸出配置：裝置提供兩路脈沖信號輸出，并可設(shè)置脈沖輸出的頻率。默認(rèn)第一路為有功電量的脈沖信號輸出，第二路為無功電量的脈沖信號輸出。功率計算與電量累積：裝置可統(tǒng)計總的有功電量與無功電量；提供4個可選擇的(9)電量分時間段計量功能，時間段在時間上可重疊，時間段可跨0點(diǎn)。(10)允許修改裝置的操作密碼。下圖為交流電壓輸入接線圖： 2a:1、2a:

18、2、2a:3為電動機(jī)綜合保護(hù)額定工作電壓。2a:4是電動機(jī)綜合保護(hù)的保護(hù)接地。3.2 保護(hù)電流輸入(1)裝置能判斷電機(jī)的起動與運(yùn)行狀態(tài)并可實(shí)現(xiàn)起動狀態(tài)與運(yùn)行狀態(tài)自動切換。(2)起動狀態(tài)下配置有兩段定時限過流保護(hù)、定時限負(fù)序過流保護(hù)、低電壓保護(hù)。(3)運(yùn)行狀態(tài)配置有三段定時限過流保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、反時限過流保護(hù)、兩段定時限負(fù)序過流保護(hù)、反時限負(fù)序過流保護(hù)、反時限過熱保護(hù)、零序過電流保護(hù)、零序過電壓保護(hù)、低電壓保護(hù)、過電壓保護(hù)。(4)另配置有失壓跳閘功能、可選擇“投退”的開入量保護(hù)功能、pt斷線檢測功能及可選擇“投退”的由開入量觸發(fā)的急停閉鎖合閘與緊急起動合閘控制功能等。(5)每種保護(hù)均可指定出口

19、位置，保護(hù)只在指定的出口位置動作（若設(shè)置有備用出口級聯(lián)則備用出口同時動作）。(6)區(qū)外故障閉鎖定時限過流與負(fù)序過流保護(hù)；pt斷線閉鎖低電壓保護(hù)。(7)具有故障錄波功能。(8)裝置可與fc接觸器匹配（默認(rèn)為斷路器）。如下圖3.3測量電流輸入通過二次側(cè)電流互感器-ta1-2d與 -ta1-2c來測量一次設(shè)備的工作電流情況。實(shí)行實(shí)時監(jiān)控，提供相關(guān)數(shù)據(jù)量的采集，進(jìn)一步讓工作人員記錄。3.4零序電流測量、保護(hù) 正序、負(fù)序、零序的出現(xiàn)是為了分析在系統(tǒng)電壓、電流出現(xiàn)不對稱現(xiàn)象時，把三相的不對稱分量分解成對稱分量（正、負(fù)序）及同向的零序分量。只要是三相系統(tǒng)，就能分解出上述三個分量（有點(diǎn)象力的合成與分解，但很多

20、情況下某個分量的數(shù)值為零）。對于理想的電力系統(tǒng)，由于三相對稱，因此負(fù)序和零序分量的數(shù)值都為零（這就是我們常說正常狀態(tài)下只有正序分量的原因）。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，三相變得不對稱了，這時就能分解出有幅值的負(fù)序和零序分量度了（有時只有其中的一種），因此通過檢測這兩個不應(yīng)正常出現(xiàn)的分量，就可以知到系統(tǒng)出了毛?。ㄌ貏e是單相接地時的零序分量）。下圖接線方式1 零序過電流保護(hù)：零序電流由零序ct輸入，零序電流大于零序電流設(shè)定值，持續(xù)時間大于動作時間則保護(hù)動作。2 零序過電壓保護(hù)：零序電壓由零序pt輸入，零序電壓大于零序電壓設(shè)定值，持續(xù)時間大于動作時間則保護(hù)動作。 3.5 時鐘同步信號 時鐘信號是提供給同步內(nèi)存

21、做訊號同步之用，同步記憶體的存取動作必需與時鐘信號同步。它可以通過計算機(jī)來實(shí)現(xiàn)信號采樣。通過gps來實(shí)行電動機(jī)的工作監(jiān)控與動作。通過分析后我們把電動機(jī)綜合保護(hù)接入二次電圖中，3.6綜合保護(hù)系統(tǒng) 反時限過熱保護(hù)：該保護(hù)綜合考慮正、負(fù)序電流的發(fā)熱效應(yīng)，模擬電動機(jī)的發(fā)熱、散熱過程，具有記憶特性，保護(hù)動作后必須經(jīng)散熱才允許再次合閘?！熬o急起動”開入信號可以清除熱累積并合閘。 失壓跳閘：該功能投入后與低電壓保護(hù)配合使用，可以實(shí)現(xiàn)母線失壓后有選擇的跳開某一部分電機(jī)而保持另一部分電機(jī)。當(dāng)線電壓全低于30v，無電流，位置在合位、延時時間到在保護(hù)跳出口動作。 開入量保護(hù)：為了滿足某些特殊需要，裝置為每路開入量均

22、設(shè)置了保護(hù)功能，若開入量的保護(hù)功能退出時則裝置只做開入量狀態(tài)檢測；若保護(hù)功能投入則當(dāng)開入量動作時還執(zhí)行相應(yīng)的保護(hù)。每路開入量保護(hù)均可設(shè)置保護(hù)時間與出口位置。若該開入動作并一直持續(xù)則保護(hù)動作（不需要合位位置）。開入觸發(fā)控制功能：為配合電動機(jī)的控制，裝置特設(shè)置了“急停閉鎖、緊急起動”功能。（1）急停閉鎖：急停閉鎖功能投入則當(dāng)急停閉鎖輸入開入量動作時將控制回路斷開；開入量正常時將回路閉合。（2）緊急起動：緊急起動功能投入則當(dāng)緊急起動輸入開入量動作時將電機(jī)的反時限過熱保護(hù)的熱累積值清0并自動合閘。注：緊急起動的優(yōu)先級高于急停閉鎖；急停閉鎖不能閉鎖非經(jīng)本裝置操作回路的控制。 故障錄波功能：為了便于分析故障的原因，裝置記錄每次事件（開入量保護(hù)，pt斷線等閉鎖事件除外）故障發(fā)生前后共10個周波的采樣數(shù)據(jù)（故障前6個周波、故障后4個周波、每周波采樣24點(diǎn)），同時記錄了故障時的開入量狀態(tài)、裝置跳閘的時間、斷路器（接觸器）跳開的時間。故障發(fā)生時間指電壓、電流第一次滿