徐强数字式异步电动机保护装置的研制.docVIP

数字式异步电动机保护装置的研制 徐强，尹项根，张哲，刘志成，吴娟娟 （华中科技大学电气与电子工程学院，武汉市，430074）  摘要：在调查分析了国内外异步电动机保护装置的研究发展状况0 引言 电动机因其结构简单、价格低廉、机械特性较好、运行维护方便等优点在国民经济各行业中获得了广泛的应用，特别是在发电厂和工矿企业中，异步电动机的应用最广，需求量最大。据统计,电网的总负载中动力拖动约占60,动力负载的绝大部分是三相交流异步电动机。因此,做好异步电动机的保护工作具有非常重要的意义。(1)测控板采用TI公司的浮点型DSP芯片TMS320VC33为核心构成，主要完成数据采集计算、数据记录与分析、故障判别以及跳闸出口等功能。 图1硬件总体结构示意图 Figure.1 Diagram of hardware struction of the device (2)显示板采用Philips的ARM单片机LPC2200构成，主要完成人机交互所需的液晶显示和键盘管理，以及供现场调试所需的通讯。为了提高装置运行的抗干扰性，测控板与显示板之间仅通过串行通信互联，无其它电气上的直接联系。(3)变换板主要处理交流电流电压模拟量和4～20mA直流模拟量，经隔离变换和前置低通滤波处理后送入测控板进行A/D变换。(4)开入开出板主要处理12路外部空接点开入信号和4路脉冲信号，经光电隔离后进入测控板处理，另外还接收从测控板经光电隔离来的13路开出信号，通过继电器输出分合闸信号。开入开出板还能实现出口回路循环自检功能，和通过外部操作回路读取断路器分合闸位置等功能。(5)总线板用于联系所有插件，插件在总线板上的分布主要从抗干扰性和插件的厚度来考虑。(6)电源板采用开关电源，负责提供不同电压的直流电源。分为对外和对内两组电源，对内电源禁止直接或间接引到装置以外，以减少从电源方面带来的干扰。(7)扩展板增加了装置硬件平台的通用性，可用于扩展开入量和开出量、4-20mA直流模拟量输出等，其通过RS485串行接口与测控板通讯。 硬件系统结构的设计在装置通用性、数据安全性、通讯功能可靠性等方面做了周密细致的考虑，保证了系统升级扩容的方便。装置采用6U高度标准小机箱，机箱采用密封、紧凑型结构，有特殊的屏蔽措施，具有极强的电磁兼容性能。 2软件系统设计[3] 保护软件的设计是继电保护装置的核心，保护软件系统的结构由装置的硬件设计和功能需求所决定。本装置保护软件系统由主程序和采样中断服务程序两部分组成，每工频周波采样32点，即每隔625uS进行一次采样中断，保存采样值和通讯数据收发。为了合理利用资源，保护计算安排在偶数次采样时进行，即保护按16点抽值进行计算，而测量数据转移和故障录波则安排在奇数次采样时进行。 2.1主程序结构 主程序流程框图如图2所示。装置上电之后，DSP系统自动从Flash程序存储器中读入程序到内部RAM中运行，DSP系统的指针自动指向主程序入口处开始往下执行程序。主程序主要完成硬件、软件初始化；上电全面自检，若上电自检不正常，则进入装置故障处理程序，若正常，则进入正常处理程序；最后进入主循环程序。主循环程序是一个不断循环的程序模块，它不断的被定时采样中断打断，程序功能包括测量计算和通讯任务处理等。 2.2定时采样中断程序结构 定时采样中断采用每工频周波32点采样，而保护功能按照16点抽值计算，初始化一个软件计数器iSamCount＝0，每次采样中断均累加。在每次中断中均进行保存采样值和通讯数据收发，而当iSamCount不能被2整除时，还要进行测量数据转移等；当iSamCount能被2整除时，还要进入保护功能模块等。 采样中断程序流程框图如图3所示。进入采样中断程序后，首先关中断，然后进行A/D转换，保存采样值于采样缓存区和通讯数据收发；接着判断iSamCount能否被2整除，若不能，则在完成测量数据转移和故障后录波等任务后返回主程序，反之，则在完成一阶差分滤波、傅氏算法计算电气量参数和保护功能模块的任务后返回主程序。 保护功能模块采用模块化设计，将各种保护原理封装成保护逻辑函数的形式，装置按照最大化配置所有需要的保护逻辑函数，在现场应用时可以根据用户要求由软压板进行投退。保护逻辑函数的设计采用基于保护逻辑框图的设计思想，逻辑框图表示了整个保护功能内各个元件之间的逻辑组合关系，给出了装置整体功能的输入信号、逻辑判断、输出信号之间的确定关系。保护软件的各个保护功能都可以用逻辑框图的形式表示出来。这样的设计方法使编程方便灵活，程序流程也更加简单清晰。 下面以本装置中针对并联运行电动机的故障特征而改进的带方向的电流速断保护新方案为例，介绍其保护逻辑函数流程图和保护逻辑框图。带方向的电流速断保护逻辑函数流程图如图4所示。带方向的电流速断保护逻辑框图如图5所