電力系統(tǒng)中電動機(jī)智能保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電力系統(tǒng)中電動機(jī)智能保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

目錄

目錄..............................................................................1

摘要..............................................................................3

1.緒言..........................................................................3

2.電動機(jī)保護(hù)系統(tǒng)發(fā)展及現(xiàn)狀....................................................3

2.1.機(jī)械式雙金屬熱繼電器保護(hù).................4

2.2.電子式電動機(jī)保護(hù)裝置....................................................4

2.3.微機(jī)型電動機(jī)保護(hù)裝置....................................................4

3.電力系統(tǒng)電動機(jī)智能保護(hù)內(nèi)容...................................................5

3.1.短路......................................5

3.2.過載.....................................................................5

3.3.斷相.....................................5

3.4.Jlv5

4.智能電動機(jī)系統(tǒng)保護(hù)電路設(shè)計(jì)解析...............................................6

4.1.前述.....................................................................6

4.2.電源端濾波處理..........................................................6

4.3.信號端處理...............................7

4.4.保護(hù)輸出端處理..........................................................7

4.5.外部存儲技術(shù)和看門狗保護(hù)電路............8

4.6.主體與顯示單元通過RS485連接............8

4.7.外部存儲技術(shù)和看門狗保護(hù)電路...........................................9

4.8.主體與顯示單元通過RS485連接...........9

5.電力系統(tǒng)中電動機(jī)智能保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì).............................................9

5.1.前述.....................................................................9

5.2.三相異步電動機(jī)保護(hù)判據(jù)...................10

5.3.硬件電路設(shè)計(jì).............................10

5.3.1.信號預(yù)處理沒計(jì).......................10

5.3.2.DSP電路設(shè)計(jì).........................10

5.3.3.鍵盤顯示電路.........................11

5.3.4.上位機(jī)通信設(shè)計(jì).......................12

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5.4.軟件程序設(shè)計(jì)............................................................12

5.4.1.主控模塊設(shè)計(jì)........................................................12

5.4.2.定時器中斷處理模塊設(shè)計(jì).............................................12

6.智能電動機(jī)保護(hù)器介紹.........................................................13

6.1.產(chǎn)品介紹.................................................................13

6.2.技術(shù)參數(shù).................................................................13

6.2.1.數(shù)字式也動機(jī)保護(hù)器.................................................13

6.2.2.模塊式電動機(jī)保護(hù)器.................................................14

6.3.產(chǎn)品選型.................................................................15

7.結(jié)束語........................................................................17

參考文獻(xiàn).........................................................................18

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摘要

電動機(jī)是電力企業(yè)中基礎(chǔ)性機(jī)電設(shè)備，其實(shí)際運(yùn)行中受多方面因素影響，

運(yùn)行中可能會出現(xiàn)一系列故障，導(dǎo)致電動機(jī)出現(xiàn)'可題，影響電力系統(tǒng)穩(wěn)定生產(chǎn),

甚至?xí)?dǎo)致安全事故發(fā)生。因此，研究電力系統(tǒng)中電動機(jī)智能保護(hù)系統(tǒng)，是降

低電動機(jī)故障發(fā)生的有效措施，文章對電動機(jī)智能保護(hù)系統(tǒng)的硬件DSP及網(wǎng)絡(luò)

軟件設(shè)計(jì)深入分析，旨在為實(shí)際電力系統(tǒng)中應(yīng)用電動機(jī)智能保護(hù)系統(tǒng)提供有力

參考。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；電動機(jī)；智能保護(hù)；系統(tǒng)

1.緒言

我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展中，電力企業(yè)為各項(xiàng)生產(chǎn)生活提供電力支持，而電動機(jī)

是電力系統(tǒng)中基礎(chǔ)性設(shè)備，其在電力能源中占有重要地位。社會對電力需求越

來越大，使優(yōu)化電動機(jī)，實(shí)現(xiàn)智能控制成為電氣企業(yè)首要待解決問題。電動機(jī)

自身傳動系統(tǒng)簡單，應(yīng)用廣泛。但是其自身發(fā)生故障后，會導(dǎo)致系統(tǒng)不能穩(wěn)定

運(yùn)行，給電力企業(yè)造成一定經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重的還會對工作人員造成人身傷害。

下文以電力系統(tǒng)電動機(jī)智能保護(hù)系統(tǒng)研究進(jìn)行詳細(xì)分析，旨在為合理使用電動

機(jī)智能保護(hù)系統(tǒng)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電機(jī)保護(hù)裝置中逐漸使用了電子保護(hù)裝置。在國外,

目前電子保護(hù)裝置已在電力系統(tǒng)和電機(jī)保護(hù)裝置中獲得了廣泛應(yīng)用，國內(nèi)也開

始推廣⑴。電子保護(hù)裝置的優(yōu)點(diǎn)是：基本上由靜止元件組成。它動作速度快，不

存在機(jī)械位移和磨損，精度和壽命一般均比有觸點(diǎn)繼電器高，耐沖擊和振動，

可靠性好。另外，電子電路動作功率小，靈敏度高。

本文針對低壓智能電動機(jī)保護(hù)器在實(shí)際使用中遇到的各種電磁兼容問題，

根據(jù)微處理器系統(tǒng)的特點(diǎn)從硬件和軟件兩個方面，提出了抗干擾方法，獲得了

良好的EMC性能。

2.電動機(jī)保護(hù)系統(tǒng)發(fā)展及現(xiàn)狀

電動機(jī)保護(hù)裝置發(fā)展中，經(jīng)歷不同時期變化，開始其為機(jī)械式雙金屬熱繼

電器，經(jīng)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步影響，后發(fā)展為雙金屬溫度開關(guān)保護(hù)，當(dāng)下，電動機(jī)保

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護(hù)系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展現(xiàn)代化電子式電動機(jī)控制⑵。

2.1.機(jī)械式雙金屬熱繼電器保護(hù)

熱繼電器（如圖2-1所示）是20世紀(jì)50年代由蘇聯(lián)引進(jìn)的金屬片機(jī)械式電

動機(jī)保護(hù)設(shè)備，該設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)對電動機(jī)過載運(yùn)行合理保護(hù)，自身具有反時限

性，結(jié)構(gòu)簡便。但是該設(shè)備自身功能具有單一性，熱繼電器自身特?zé)崃繒r間常

數(shù)小，對于一些特殊電動機(jī)（大慣量、重載起動）不能適用，容易出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)保護(hù)現(xiàn)

象。

圖2-1德力西JR36-20熱繼電器示意圖

2.2.電子式電動機(jī)保護(hù)裝置

在電子技術(shù)成熟的工業(yè)時代，以電子模擬為支持的多功能保護(hù)裝置替代了

機(jī)械式雙金屬熱繼電器保護(hù)。電子式電動機(jī)發(fā)展已久，開始為晶體管支持下的

電子式電動機(jī)，后發(fā)展到以集成電路為支持，可滿足低壓電動機(jī)保護(hù)需求的功

能性電子式電動機(jī)。當(dāng)今時代背景下，電子式電動機(jī)保護(hù)裝置已經(jīng)不單單是保

護(hù)取樣，其更多的在于電壓取樣及電流取樣兩種形式。

2.3.微機(jī)型電動機(jī)保護(hù)裝置

微機(jī)型電動機(jī)保護(hù)裝置技術(shù)是在微機(jī)技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)支持下，將電動機(jī)

機(jī)電控制向自動化智能控制過渡體現(xiàn)。將集成電路融入到微型處理器及DSP芯

片中，可以實(shí)現(xiàn)高效率的信號處理及通訊工作。智能化保護(hù)裝置以綜合保護(hù)裝

置為支持，可以實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的斷相、過載、短路、欠壓、三相不平衡、堵轉(zhuǎn)、

漏電等監(jiān)測及控制。此外，這種微機(jī)型電動機(jī)保護(hù)裝置能夠和不同的傳感器配

合工作，對電動機(jī)實(shí)現(xiàn)在線檢測，對電動機(jī)存在故障或早期故障判斷并保護(hù)，

實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程檢測和智能控制。在保護(hù)裝置和遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)交互后，其自身實(shí)現(xiàn)

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遙感、遙控功能，儲存大量實(shí)時數(shù)據(jù)，同時提高控制系統(tǒng)自動化水平。

3.電力系統(tǒng)電動機(jī)智能保護(hù)內(nèi)容

3.1.短路

短路保護(hù)應(yīng)遵從相敏保護(hù)原則，將起動電流及短路電流區(qū)分恰當(dāng)，確保系

統(tǒng)保護(hù)的可行性。例如，在鼠籠式三相異步電動機(jī)保護(hù)上，其額定功率為工作

電流5倍。電磁保護(hù)裝置中，要脫離起動電流工作，若電動機(jī)容量大，起動電

流將會接近電動機(jī)短路電流。不能單純分析電流輻射值，避免不合理判斷引起

拒動或誤動現(xiàn)象。在電動機(jī)啟動時，功率因數(shù)較小，線路短路后，電感效應(yīng)較

低，相應(yīng)功率因數(shù)較大。

3.2.過載

過我保護(hù)中，應(yīng)遵循自適應(yīng)反時限保護(hù)，以規(guī)范操作獲取8(過載倍數(shù))，根

據(jù)電動機(jī)容許過載時間(t),以：

t=15001n(P2-a)(1)

通過此公式計(jì)算實(shí)際允許過載時間量，在考慮到實(shí)際允許過載時間量的同

時，還要考慮到熱積累的升溫問題，以

t2=P22/P12xtl(tl-At)(2)

以上述公式，計(jì)算允許過載時間，以強(qiáng)化對電動機(jī)過載保護(hù)，實(shí)現(xiàn)冷態(tài)及

熱態(tài)積分，從而達(dá)到應(yīng)用長時間電動機(jī)冷態(tài)特征的目的。

3.3.斷相

實(shí)際的斷相保護(hù)中，其短路則存在正序電流分量和負(fù)序電流分量。設(shè)計(jì)可

利用這一優(yōu)勢，使故障發(fā)生可形成對電流的充分保護(hù)，設(shè)計(jì)科學(xué)保護(hù)裝置。保

護(hù)裝置中，可以反映故障分量，實(shí)現(xiàn)對故障整定值的簡化選擇，提高裝置的整

體整體靈活性。傳統(tǒng)負(fù)序保護(hù)其主要是應(yīng)用負(fù)序電流過濾器，以此獲取信號信

息，傳統(tǒng)負(fù)序保護(hù)輸入和負(fù)序電流有必要聯(lián)系。若采用傳統(tǒng)負(fù)序保護(hù)，則需應(yīng)

用硬件濾序器，其硬件設(shè)備上成本消耗多大，參數(shù)調(diào)試復(fù)雜，可行性較差。應(yīng)

以智能化保護(hù)裝置為支持，以交流采樣為的主要方式，獲取瞬時值，進(jìn)而對采

樣頻率、負(fù)序分量等內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化處理，確保系統(tǒng)穩(wěn)定。

3.4.電壓

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電壓保護(hù)上，其分為失壓保護(hù)、欠壓保護(hù)及過壓保護(hù)等。對于過壓保護(hù)及

欠壓保護(hù)，在一定延時后，單片機(jī)將發(fā)出跳閘命令，消除過壓及欠壓干擾。若

電源電壓消失，則電力系統(tǒng)電動機(jī)會發(fā)生停車，引起失壓保護(hù)。失壓保護(hù)下電

源恢復(fù)正常工作，但是電動機(jī)將不再自動開啟或解除閉鎖。電動機(jī)開啟之前，

應(yīng)檢測供電線路是否正常。若發(fā)現(xiàn)斷相故障，則要以信號方式閉鎖回路，電機(jī)

不再啟動，同時對故障進(jìn)行報警，顯示故障。若無故障，則電動機(jī)正常啟動。

4.智能電動機(jī)系統(tǒng)保護(hù)電路設(shè)計(jì)解析

4.1.前述

隨著電子技術(shù)的發(fā)展和智能電動機(jī)保護(hù)器技術(shù)的成熟而普及率越來越高。

智能電動機(jī)保護(hù)器采用了微處理器技術(shù)，不僅解決了傳統(tǒng)的熱繼整定粗糙、不

能實(shí)現(xiàn)斷相保護(hù)，重復(fù)性差、測量參數(shù)誤差大的缺點(diǎn).保護(hù)器通過電流來判斷

斷相故障，軟件模擬熱積累過程的方法來實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)等方法保證了電機(jī)的可

靠運(yùn)行，而微處理器強(qiáng)大的擴(kuò)展性包括開關(guān)量輸入、繼電器輸出，4?20mA變

送輸出、RS485通訊等很好的滿足了控制系統(tǒng)的“四遙”功能。

電動機(jī)保護(hù)器提高了電動機(jī)運(yùn)行的可靠性和系統(tǒng)智能化要求，因此保護(hù)器

的可靠運(yùn)行起著舉足輕重的作用，同時也對保護(hù)器抗外界干擾提出了比較現(xiàn)實(shí)

的要求。采用Freescale公司的高性能處理器MC9s08AW60。MC9s08AW60是

Freescale公司一款基于S08內(nèi)核的高度節(jié)能型處理器，是第一款認(rèn)可用于汽車

市場的微控制器。可應(yīng)用在家電、汽車、工業(yè)控制等場合，具有業(yè)內(nèi)最佳的EMC

性能。

4.2.電源端濾波處理

利用電磁原理進(jìn)行硬件電路濾波是提高保護(hù)器EMC的有效方法。線路如下

圖，經(jīng)熱敏電阻t、壓敏電阻RV1、電感LI、L2、差模電容C1、共模電感L3、

共模電容C2、C3組成的兩級濾波處理，很好的隔離了由于電源端的輸入和輸出

干擾。PTC熱敏電阻器的主要用于過流過熱保護(hù)，直接串在負(fù)載電路中，在線

路出現(xiàn)異常狀況時，能夠自動限制過電流或阻斷電流，當(dāng)故障排除后又恢復(fù)原

態(tài)，俗稱“萬次保險絲”。根據(jù)線路的最大工作電流來確定選擇。壓敏電阻主

要用于吸收各種操作浪涌及感應(yīng)雷浪涌過壓保護(hù)，以防止這類過電壓干擾或損

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壞各種電路元件。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)受的浪涌電壓按照最大允許使用電壓和通流容量

來選擇。其中，LI、L2、C1為抑制差模干擾，L3、C2、C3為抑制共模干擾。

LI、L2鐵芯應(yīng)選擇不易飽和的材料及M-F特性優(yōu)良的材料。按照IEC-380安全

技術(shù)指標(biāo)推薦，圖中元件參數(shù)的選擇范圍為：Cl=0.1?2uF；C2、C3=2.2?33uF；

L3為幾個或幾十毫亨，隨工作電流不同而取不同的參數(shù)值。

圖4-1電源端處理圖

圖4-2電源端未濾波處理的實(shí)驗(yàn)效果

圖4-3電源端濾波處理后的實(shí)驗(yàn)效果

上圖為電源端是否使用濾波器，使用瑞士TRANSIENT2000電磁兼容測試

儀1000V100KHZ0.75ms條件EFT群脈沖實(shí)驗(yàn),從TEXtronixTDS1012B捕抓

到的信號比較，未使用濾波處理的電源輸出端產(chǎn)生了尖峰脈沖，會導(dǎo)致微處理

器復(fù)位，甚至死機(jī)。

4.3.信號端處理

諧波和電磁輻射干擾會導(dǎo)致保護(hù)器誤動作，使電氣儀表計(jì)量不準(zhǔn)確，甚至

無法正常工作。在電助機(jī)控制回路中產(chǎn)生該類干擾源為變頻器和現(xiàn)場對講機(jī)。

解決的方法有：一是信號輸入線膠合，膠合的雙膠線能降低共模干擾，由于改

變了導(dǎo)線電磁感應(yīng)的磁通方向，使其感應(yīng)互相抵消。二是內(nèi)部線路處理。如下

圖，采用雙差分輸入的差動放大器，具有很高的共模抑制比。在輸入回路中接

RC濾波器、信號的輸入和輸出端使用專用密件、降低輸入輸出阻抗、可靠接地

和合理的屏蔽等措施。

圖4-4信號處理電路

4.4.保護(hù)輸出端處理

輸入輸出端采用光電隔離的方法，也是可以消除共模干擾，同時在保護(hù)繼

電器的的輸出端并接壓敏電阻，有效的提高了繼電器的壽命，也降低了由于外

部接觸器動作對內(nèi)部的干擾。考慮到客戶使用控制電壓的不確定性和接觸器線

圈容量，確認(rèn)使用MYG14D821O

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圖4-5保護(hù)輸出電路

4.5.外部存儲技術(shù)和看門狗保護(hù)電路

使用外置存儲芯片X25043,SPI接口。微處理滯內(nèi)置SPI控制模塊，方便

的與該芯片接口，外部存儲技術(shù)保證了運(yùn)行狀態(tài)和事件的記錄。低電壓復(fù)位和

外部看門狗提高了保護(hù)器的可靠性。

圖4-6外置存儲器和看門狗電路

4.6.主體與顯示單元通過RS485連接

考慮到使用環(huán)境的特殊性和要求的多樣性，主體與顯示單元之間連接也采

用RS485Modbus-Rtu協(xié)議連接，提高了顯示與控制的可靠性。保護(hù)器起著保護(hù)

電動機(jī)的重任，對它的要求是既不能誤動，也不能拒動，而且必須快速。實(shí)時

多仟務(wù)的調(diào)度實(shí)際是通過時間片的輪換實(shí)現(xiàn)宏觀上的多仟務(wù)效果.對干保護(hù)器

而言，存在著三個重要的任務(wù)，等間隔的交流采樣，根據(jù)算法得到穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)

電量數(shù)據(jù)；根據(jù)得到的數(shù)據(jù)判斷故障，故障計(jì)時.、清零和脫扣輸出；人機(jī)交互

界面。下圖以一個周波T=20ms,32點(diǎn)采樣為例（考慮到快速除法），32次采樣

總時間為3.2ms,數(shù)據(jù)計(jì)算時間為9.72ms,計(jì)時0.36ms,則人機(jī)交互的時間為

6.72mso這樣的任務(wù)調(diào)度即滿足了保護(hù)實(shí)時性要求，又較快的響應(yīng)了參數(shù)設(shè)置。

圖4-7任務(wù)執(zhí)行關(guān)系

在對信號多次采樣的基礎(chǔ)上，通過軟件算法提取最逼近真值的數(shù)據(jù)。這種

算法計(jì)算連續(xù)的周期的交流信號，精度高，抗波形畸變能力強(qiáng)。在使用這種算

法時，也可同時采用連續(xù)平均值法、中值算法等數(shù)字濾波，提高保護(hù)器的抗干

擾能力。本文針對低壓智能電動機(jī)保護(hù)器在實(shí)際使用中遇到的各種電磁兼容問

題，根據(jù)微處理器系統(tǒng)的特點(diǎn)從硬件和軟件兩個方面，提出了抗干擾方法，獲

得了良好的EMC性能。

輸入輸出端采用光電隔離的方法，也是可以消除共模干擾，同時在保護(hù)繼

電器的的輸出端并接壓敏電阻，有效的提高了繼電器的壽命，也降低了由于外

部接觸器動作對內(nèi)部的干擾?？紤]到客戶使用控制電壓的不確定性和接觸器線

圈容量，確認(rèn)使用MYG14D821。

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圖4-8保護(hù)輸出電路

4.7.外部存儲技術(shù)和看門狗保護(hù)電路

使用外置存儲芯片X25043,SPI接口。微處理滯內(nèi)置SPI控制模塊，方便

的與該芯片接口，外部存儲技術(shù)保證了運(yùn)行狀態(tài)和事件的記錄。低電壓復(fù)位和

外部看門狗提高了保護(hù)器的可靠性。

圖4-9外置存儲器和看門狗電路

4.8.主體與顯示單元通過RS485連接

考慮到使用環(huán)境的特殊性和要求的多樣性，主體與顯示單元之間連接也采

用RS485Modbus-Rtu協(xié)議連接，提高了顯示與控制的可靠性。保護(hù)器起著保護(hù)

電動機(jī)的重任，對它的要求是既不能誤動，也不能拒動，而且必須快速。實(shí)時

多仟務(wù)的調(diào)度實(shí)際是通過時間片的輪換實(shí)現(xiàn)宏觀上的多仟務(wù)效果.對干保護(hù)器

而言，存在著三個重要的任務(wù)，等間隔的交流采樣，根據(jù)算法得到穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)

電量數(shù)據(jù)；根據(jù)得到的數(shù)據(jù)判斷故障，故障計(jì)時.、清零和脫扣輸出；人機(jī)交互

界面。下圖以一個周波T=20ms,32點(diǎn)采樣為例（考慮到快速除法），32次采樣

總時間為3.2ms,數(shù)據(jù)計(jì)算時間為9.72ms,計(jì)時0.36ms,則人機(jī)交互的時間為

6.72mso這樣的任務(wù)調(diào)度即滿足了保護(hù)實(shí)時性要求，又較快的響應(yīng)了參數(shù)設(shè)置。

圖4-10任務(wù)執(zhí)行關(guān)系

在對信號多次采樣的基礎(chǔ)上，通過軟件算法提取最逼近真值的數(shù)據(jù)。這種

算法計(jì)算連續(xù)的周期的交流信號，精度高，抗波形畸變能力強(qiáng)。在使用這種算

法時，也可同時采用連續(xù)平均值法、中值算法等數(shù)字濾波，提高保護(hù)器的抗干

擾能力。

5.電力系統(tǒng)中電動機(jī)智能保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

5.1.前述

當(dāng)下我國電力系統(tǒng)中存在多種電動機(jī)保護(hù)措施，但是其實(shí)際應(yīng)用中效果并

不理想，電力系統(tǒng)中對電動機(jī)控制效果并不理想，保護(hù)性設(shè)備自身可靠性較差、

保護(hù)功能單一性、特性未完善等問題將導(dǎo)致其通信、界面、速度等不能滿足電

力企業(yè)需求。因此，要有針對性的對電動機(jī)智能保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行研究分析，以此

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滿足用電用戶需求、電力企業(yè)需求。在數(shù)字信號處理技術(shù)不斷發(fā)展的時代背景

下，數(shù)字信號處理運(yùn)算效率高，能夠優(yōu)化電力系統(tǒng)電動機(jī)智能保系統(tǒng)。要針對

單片機(jī)、DSP的性價比，合理選擇處理器，對微機(jī)保護(hù)裝置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)⑶。

5.2.三相異步電動機(jī)保護(hù)判據(jù)

三相異步電機(jī)如圖2所示，對其保護(hù)，要先找出需保護(hù)判據(jù)，操作針對現(xiàn)

有科研成果進(jìn)行分析，分析電機(jī)保護(hù)原理，將其和實(shí)際電力系統(tǒng)聯(lián)系起來，了

解電動機(jī)的工作原理。同時，要確保電動機(jī)智能保護(hù)系統(tǒng)具有通用性，能夠適

用于不同的電力系統(tǒng)當(dāng)中，確保其保護(hù)曲線及保護(hù)動作程序和電力規(guī)范相吻合,

對保護(hù)裝置中保護(hù)曲線進(jìn)行定制，根據(jù)不同電動機(jī)需求進(jìn)行科學(xué)修改。

圖5-1西門子三相異步電機(jī)示意圖

5.3.硬件電路設(shè)計(jì)

硬件電路設(shè)計(jì)主要以電流電壓互感器、電壓形成電路、采用保持電路等處

罰，將不同通道電能轉(zhuǎn)化為電壓值，將其輸送到DSP中A/D合轉(zhuǎn)換電路中進(jìn)行

轉(zhuǎn)換，再根據(jù)實(shí)際結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)值比對，判斷是否存在故障，若存在故障則跳閘

并發(fā)出報警，記錄事件發(fā)生時間、故障性質(zhì)等，實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)中電動機(jī)合理

保護(hù)。其主要以DSP系統(tǒng)、前向輸入、開關(guān)輸入輸出、人機(jī)交互及通信系統(tǒng)組

成。

5.3.1.信號預(yù)處理設(shè)計(jì)

將實(shí)際搜集的電流的信號，經(jīng)阻容低通濾波器凈化之后，將信號以運(yùn)放電

路處理為電路允許的弱電壓信號。

5.3.2.DSP電路設(shè)計(jì)

T1公司的DSP芯片屬于哈佛結(jié)構(gòu)改建，在數(shù)據(jù)總線及程序總線間局部交叉,

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數(shù)據(jù)可在程序存儲器中儲存，被算術(shù)運(yùn)算使用，體現(xiàn)芯片靈活性?？烧{(diào)度兩獨(dú)

立總線，確保處理能力效率高，減少儲存器讀取指令時間，提高運(yùn)行速度。

TMS320LF2407A數(shù)字信號處理器屬于微控制器，具有高集成特點(diǎn)，將高性能

DSP內(nèi)核及微控制器外設(shè)功能集中在單片上，實(shí)現(xiàn)對MCU（傳統(tǒng)多微處理器）及

多片設(shè)計(jì)的理想替代，將DSP的實(shí)時性、高效性處理及外設(shè)功能集中起來，使

控制系統(tǒng)具備40MIPS/秒的處理速度，以LF2407ADSP控制落實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)超16位

微控制器的工作能力。

該控制器以高效靜態(tài)CMOS為支持，使供電電壓降到3.3V,控制器整體消

耗較小。40MlpS高速執(zhí)行速度使指令周期在25ns（40MHz）,實(shí)時控制穩(wěn)定。片

內(nèi)有32K字X16位Flash程序處理器，以2.5K字xl6位RAM,544字雙端口

RAM（DARAM）,2K字單口RAM（SARAM）。事件管理上以EVA和EVB為管理模

塊，其包括兩個16為定時器（通用），8個16為PWM（脈寬調(diào)制）通道，通過設(shè)

備聯(lián)動實(shí)現(xiàn)三相反相器控制，脈寬調(diào)制中心及邊緣校正。防治可編程脈寬調(diào)制

擊穿故障，形成死區(qū)控制。設(shè)置16通道同步A/D轉(zhuǎn)換其，在交流異步電動機(jī)、

無刷直流電動機(jī)、步進(jìn)電動機(jī)、多級電動機(jī)、開關(guān)磁阻電動機(jī)等控制上有良好

的應(yīng)用效果。

外圍電路設(shè)計(jì)上，LF2407A通過外部變壓設(shè)備將220V交流電轉(zhuǎn)化為5V直

流電供應(yīng)，但LF2407A芯片只支持2.3V電壓，在電路設(shè)計(jì)中要將SV電源轉(zhuǎn)化

為3.3V電壓，為CPU實(shí)現(xiàn)供應(yīng)（采用TPS76833QPWP為轉(zhuǎn)換芯片，轉(zhuǎn)換5V電

壓為3.3V）。5V電源輸入端以2mm插口設(shè)計(jì)，電源功率要求在5V、750mA。

微機(jī)系統(tǒng)中，未防止系統(tǒng)加電或電源“掉電”故障發(fā)生，要合理規(guī)劃復(fù)位

電路及電壓監(jiān)視電路。以TL7705cp（美國德州儀器公司產(chǎn)）集成電路電源電壓監(jiān)

視器組成復(fù)位電路，對電源電壓監(jiān)控。在使用中，TL7705CP以220V電源供電,

線路停電保護(hù)裝置輸入電壓下降到4.75V（從5V下降）時，系統(tǒng)復(fù)位，原高電平

變?yōu)榈碗娖剑a(chǎn)生外部中斷提醒信號，子程序?qū)SP內(nèi)RAM數(shù)據(jù)及寄存器內(nèi)

容在電源電壓耗盡之前迅速存入非易失性儲存器中，確保數(shù)據(jù)記錄完整可靠。

外圍電路中配備電源電路、監(jiān)控電路及時鐘電路，確保DSP電路可靠c

5.3.3.鍵盤顯示電路

鍵盤顯示電路是人機(jī)交互的重要內(nèi)容，需保證其正常反應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及

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運(yùn)行參數(shù)，發(fā)生電動機(jī)故障時顯示故障參數(shù)及故障類型，以鍵盤將整定值輸入、

修改，對歷史故障準(zhǔn)確查詢記錄，實(shí)現(xiàn)智能化、人性化操作設(shè)計(jì)。

5.3.4.上位機(jī)通信設(shè)計(jì)

以機(jī)械接口、電氣接口、微處理器輸出口連接，實(shí)現(xiàn)電動機(jī)智能保護(hù)及PC

機(jī)通信結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的遠(yuǎn)程操作，操作人員可實(shí)現(xiàn)遙控操作，及時通知運(yùn)

行人員設(shè)備運(yùn)行情況。

5.4.軟件程序設(shè)計(jì)

電動機(jī)智能保護(hù)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分為主控制模塊及定時器中斷處理設(shè)計(jì)。

5.4.1.主控模塊設(shè)計(jì)

主控模塊為主程序，屬系統(tǒng)核心部分，起通過對各個功能性模塊調(diào)整，對

各個參數(shù)進(jìn)行檢測、分析并判斷，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)一系列的保護(hù)控制實(shí)施。下位機(jī)上

電，自行系統(tǒng)檢測，對CPU、RAM、ROM、A/D等內(nèi)容自行檢測，若發(fā)現(xiàn)便件

存在故障，則停止檢測及時報警，待恰當(dāng)處理后，進(jìn)行系統(tǒng)初始化。電動機(jī)送

電之前，對其漏電檢測，檢測供電線路及電動機(jī)是否存在漏電風(fēng)險，若發(fā)現(xiàn)電

動機(jī)或供電線路存在絕緣性問題，則不予供電，并發(fā)出警報。在地絕緣電阻高

于整定電阻時，可對電動機(jī)正常供電。

5.4.2.定時器中斷處理模塊設(shè)計(jì)

定時器中斷處理模塊需對數(shù)據(jù)采集、處理.、判斷故障、執(zhí)行保護(hù)措施等內(nèi)

容，可以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)在線檢測電動機(jī)狀態(tài)。以定時器中斷程序進(jìn)入，保

護(hù)現(xiàn)場，對電力系統(tǒng)中電動機(jī)電壓、電流采樣分析，計(jì)算電動機(jī)電壓及電流，

判斷其啟動狀態(tài)。未啟動，則分析是否有短路、斷相、接地等問題發(fā)生，及時

采取速斷保護(hù)設(shè)備。啟動狀態(tài)正常，則分析是否存在啟動故障，若無啟動故障,

實(shí)現(xiàn)啟動保護(hù)。

軟件程序設(shè)計(jì)是以各類編程語言、程序?qū)崿F(xiàn)保護(hù)裝置需實(shí)現(xiàn)的功能，以系

統(tǒng)自檢、初始化、開關(guān)量輸入輸出、A/D采樣、參數(shù)計(jì)算、電機(jī)啟動保護(hù)、電

機(jī)運(yùn)行保護(hù)、相應(yīng)鍵盤、顯示、CAN總線通訊等模塊構(gòu)成。不同模塊可獨(dú)立工

作，各個接口涉及簡單，避免程序冗余造成智能設(shè)備工作效率下降，要盡可能

縮短程序開發(fā)實(shí)際周期。

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6.智能電動機(jī)保護(hù)器介紹

6.1.產(chǎn)品介紹

智能電動機(jī)保護(hù)器（以下簡稱保護(hù)器），采用單片機(jī)技術(shù)，具有抗干擾能力強(qiáng)、

工作穩(wěn)定可靠、數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等特點(diǎn)。保護(hù)器能對電動機(jī)運(yùn)行過程

中出現(xiàn)的過載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、堵轉(zhuǎn)、阻塞、外部故障等多

種情況進(jìn)行保護(hù)，并設(shè)有SOE故障事件記錄功能，方便現(xiàn)場維護(hù)人員查找故障

原因。適用于煤礦、石化、冶煉、電力、以及民用建筑等領(lǐng)域。本保護(hù)器具有

RS485遠(yuǎn)程通訊接口，DC4-20mA模擬量輸出，方便與PLC、PC等控制機(jī)組成

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)電動機(jī)運(yùn)行的遠(yuǎn)程監(jiān)控⑷。

6.2.技術(shù)參數(shù)

6.2.1.數(shù)字式電動機(jī)保護(hù)器

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技術(shù)指標(biāo)

技術(shù)參數(shù)

ARD2(L)ARD2FARD3

電壓AC85V"265V/DC1OOV"35OV

輔助電源

功耗W7VAW：5VA

額定工作電壓AC380V/AC660V,50Hz/60Hz

1A(0.1—9999)

5A(0.1—9999)

1.6A(0.4A?1.6A)

6.3A(1.6A?6.3A)

額定工作電流

25A(6.3A?25A)

100A(25A-100A)

250A<63A-250A)

800A(250A—800A)

維電器輸出觸點(diǎn)容量AC250V/3AjDC30V/3AAC250V/6A

開關(guān)量輸入2路9路|

工作溫度：70°C?550c

貯存溫度：-20。。?65”

環(huán)境

相對濕度：5%?95%不結(jié)露

海拔高度：W2000m|

污染等級2

防護(hù)等級IP20主體IP20,顯示單元IP45

安裝類別in級

6.2.2.模塊式電動機(jī)保護(hù)器

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技術(shù)參數(shù)技術(shù)指標(biāo)

ARD3T輔助電源AC/DC110/220V或AC380V,功耗415VA

電機(jī)額定工作電壓AC380V/660V,50Hz/60Hz

1.6(0.40A-2.00A)

6.3(1.6A-€.3A)

使用測?里模塊則里

25(6.3A-25A)

電動機(jī)額定工作電流

100(25A-100A)

250(63A250A)

采用外置電流互感器/厘模塊

800(250A-800A)

50mA-lA

扁電采用測里模塊用電流互感器

3A-30A

阻性負(fù)載AC250Vs6A；DC24人6A

維電器輸出觸點(diǎn)容里

感性負(fù)載AC250Vx2A；DC24V、2A

主體開關(guān)里輸入、輸出4D工、4D0,可以為干節(jié)點(diǎn)或濕節(jié)點(diǎn)

開關(guān)里模塊4DI、3D0,D工可以為干節(jié)點(diǎn)或濕節(jié)點(diǎn)

溫度模塊夕卜接傳感器類型：FT1OO、FT1D00xCu50、FTC、HTC

可實(shí)現(xiàn)：2路4~20mA輸入測里，2路4~20mA變法輸出4~20mA

模擬里模塊

輸入則里精度±0.5煙~20mA輸出帶載能力為4500。

主體通訊RS485：Modbus-RTU

通訊模塊RS485：雙Modbus-RTU、Profibus

工作溫度-10°C~550c

貯存溫度-25°C~65°C

環(huán)境

相對濕度《95%不結(jié)需，無腐蝕性氣體

海拔42000m

污染等級3級

防護(hù)等級主體IP20,分體顯示模塊IP45（安裝在柜體上）

安裝類別工n級

6.3.產(chǎn)品選型

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ARD2ARD2LARD2FARD3ARD3T

功能-■■—?—_

應(yīng)用場合低壓0.4cv-1.14kv^3動機(jī)保護(hù)

起動超時VV7V7

過載77VVV

欠載V<(VV

短路VV7V

阻塞7VVV

堵轉(zhuǎn)VVVVV

不平衡V((

反饋超時V

外部故障■■■V

模塊結(jié)構(gòu)故障

內(nèi)部故障V

過壓■■■

欠壓■■■

保護(hù)功能斷相V

相序■■■

過功率■■

欠功率■■■

息時間■■■

主體溫度保護(hù)■■

主體溫度傳感器故障

模塊溫度保護(hù)■

模塊溫度傳感器故障■

報警■■■<

失壓重起（抗晃電）■■■

4,0mA輸入，呆護(hù)■

剩余電流接地V?'V

（選一種）局電■■■■■

ModbusRTU■■■■

通訊功能

，雙八WMWoWd\Ab*uV*s\^?RTU■■

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2路■■

6路

開關(guān)里

S路4路標(biāo)斷

輸入

4路選配

9路■

4路2路標(biāo)配

2路選配

5路2路標(biāo)S2

維電器V

3路選配

輸出

6路

7路4路標(biāo)配

3路選配

液位信號浮球式液位傳感器輸入

輸入干簧式液位傳感器輸入

液位變法輸入

起動控制