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浅谈电力系统中电动机智能?;は低成杓?/h1>
发布时间: 2021-04-07  点击次数: 1051次

 孟洋

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801
 
摘要:电动机是电力企业中基础性机电设备,其实际运行中受多方面因素影响,运行中可能
会出现一系列故障,导致电动机出现问题,影响电力系统稳定生产,甚至会导致安全事故发生。因此,研究电力系统中电动机智能?;は低?,是降低电动机故障发生的有效措施,文章对电动机智能保护系统的硬件 DSP 及网络软件设计深入分析, 旨在为实际电力系统中应用电动机智能?;は低程峁┯辛Σ慰?。
 
关键词:电力系统;电动机;智能?;ぃ幌低?/div>
 
0 引言
      我经济快速发展中,电力企业为各项生产生活提供电力支持,而电动机是电力系统中基础性设备,其在电力能源中占有重要地位。社会对电力需求越来越大,使化电动机,实现智能控制成为电气企业要待解决问题。电动机自身传动系统简单,应用广泛。但是其自身发生故障后,会导致系统不能稳定运行,给电力企业造成一定经济损失,严重的还会对工作人员造成人身伤害。下文以电力系统电动机智能?;は低逞芯拷邢晗阜治觯荚谖侠硎褂玫缍悄鼙;は低车於崾档幕 ?/div>
 
1 电动机?;は低撤⒄辜跋肿?/strong>
      电动机保护装置发展中,经历不同时期变化,开始其为机械式双金属热继电器,经科学技术进步影响,后发展为双金属温度开关?;ぃ毕?,电动机保护系统已经发展现代化电子式电动机控制。
 
1.1 机械式双金属热继电器?;?/div>
热继电器(如图1所示)是20世纪50年代由苏联引进的金属片机械式电动机保护设备,该设备能够实现对电动机过载运行合理?;?,自身具有反时限性,结构简便。但是该设备自身功能具有单一性,热继电器自身特热量时间常数小,对于一些特殊电动机(大惯量、重载起动)不能适用,容易出现堵转?;は窒蟆?/div>
图 1 德力西 JR36-20 热继电器示意图
1.2 电子式电动机?;ぷ爸?/div>
      在电子技术成熟的工业时代,以电子模拟为支持的多功能保护装置替代了机械式双金属热继电器?;ぁ5缱邮降缍⒄挂丫?,开始为晶体管支持下的电子式电动机,后发展到以集成电路为支持,可满足低压电动机?;ば枨蟮墓δ苄缘缱邮降缍?。当今时代背景下,电子式电动机?;ぷ爸靡丫坏サナ潜;と⊙?,其多的在于电压取样及电流取样两种形式。
 
1.3 微机型电动机?;ぷ爸?/div>
      微机型电动机保护装置技术是在微机技术及计算机技术支持下,将电动机机电控制向自动化智能控制过渡体现。将集成电路融入到微型处理器及DSP芯片中,可以实现高效率的信号处理及通讯工作。智能化?;ぷ爸靡宰酆媳;ぷ爸梦С郑梢允迪侄缘缁亩舷?、过载、短路、欠压、三相不平衡、堵转、漏电等监测及控制。此外,这种微机型电动机?;ぷ爸媚芄缓筒煌拇衅髋浜瞎ぷ?,对电动机实现在线检测,对电动机存在故障或早期故障判断并保护,实现远程检测和智能控制。在?;ぷ爸煤驮冻碳扑慊萁换ズ?,其自身实现遥感、??毓δ埽⒋娲罅渴凳笔?,同时提高控制系统自动化水平。
 
2 电力系统电动机智能?;つ谌?/strong>
2.1 短路
      短路?;びψ翊酉嗝舯;ぴ颍鸲缌骷岸搪返缌髑智〉?,确保系统保护的可行性。例如,在鼠笼式三相异步电动机?;ど?,其额定功率为工作电流5倍。电磁?;ぷ爸弥?,要脱离起动电流工作,若电动机容量大,起动电流将会接近电动机短路电流。不能单纯分析电流辐射值,避免不合理判断引起拒动或误动现象。在电动机启动时,功率因数较小,线路短路后,电感效应较低,相应功率因数较大。
 
2.2 过载
      过载保护中,应遵循自适应反时限?;?,以规范操作获取β(过载倍数),根据电动机容许过载时间(t),以:
t=1500ln(β2-α) (1)
      通过此公式计算实际允许过载时间量,在考虑到实际允许过载时间量的同时,还要考虑到热积累的升温问题,以
t2=β22/β12xt1(t1-△t) (2)
      以上述公式,计算允许过载时间,以强化对电动机过载保护,实现冷态及热态积分,从而达到应用长时间电动机冷态特征的目的。
 
2.3 断相
      实际的断相?;ぶ?,其短路则存在正序电流分量和负序电流分量。设计可利用这一势,使故障发生可形成对电流的充分?;ぃ杓瓶蒲П;ぷ爸谩1;ぷ爸弥?,可以反映故障分量,实现对故障整定值的简化选择,提高装置的整体整体灵活性。传统负序保护其主要是应用负序电流过滤器,以此获取信号信息,传统负序保护输入和负序电流有必要联系。若采用传统负序?;?,则需应用硬件滤序器,其硬件设备上成本消耗多大,参数调试复杂,可行性较差。应以智能化保护装置为支持,以交流采样为的主要方式,获取瞬时值,进而对采样频率、负序分量等内容进行化处理,确保系统稳定。
 
2.4 电压
      电压保护上,其分为失压?;?、欠压?;ぜ肮贡;さ?。对于过压?;ぜ扒费贡;?,在一定延时后,单片机将发出跳闸命令,消除过压及欠压干扰。若电源电压消失,则电力系统电动机会发生停车,引起失压保护。失压保护下电源恢复正常工作,但是电动机将不再自动开启或解除闭锁。电动机开启之,应检测供电线路是否正常。若发现断相故障,则要以信号方式闭锁回路,电机不再启动,同时对故障进行报警,显示故障。若*,则电动机正常启动。
 
3 电力系统中电动机智能?;は低成杓?/strong>
      当下我电力系统中存在多种电动机保护措施,但是其实际应用中效果并不理想,电力系统中对电动机控制效果并不理想。?;ば陨璞缸陨砜煽啃越喜?、?;すδ艿ヒ恍?、特性未完善等问题将导致其通信、界面、速度等不能满足电力企业需求。因此,要有针对性的对电动机智能?;は低辰醒芯糠治?,以此满足用电用户需求、电力企业需求。在数字信号处理技术不断发展的时代背景下,数字信号处理运算效率高,能够化电力系统电动机智能保系统。要针对单片机、DSP的性价比,合理选择处理器,对微机?;ぷ爸媒谢杓啤?/div>
 
3.1 三相异步电动机?;づ芯?/div>
      三相异步电机如图2所示,对其保护,要先找出需?;づ芯?,操作针对现有科研成果进行分析,分析电机保护原理,将其和实际电力系统联系起来,了解电动机的工作原理。同时,要确保电动机智能保护系统具有通用性,能够适用于不同的电力系统当中,确保其保护曲线及?;ざ鞒绦蚝偷缌娣断辔呛?,对保护装置中?;で呓卸ㄖ疲莶煌缍枨蠼锌蒲薷?。
图 2 西门子三相异步电机示意图
3.2 硬件电路设计
      硬件电路设计主要以电流电压互感器、电压形成电路、采用保持电路等处罚,将不同通道电能转化为电压值,将其输送到DSP中A/D合转换电路中进行转换,再根据实际结果和标准值比对,判断是否存在故障,若存在故障则跳闸并发出报警,记录事件发生时间、故障性质等,实现对电力系统中电动机合理保护。其主要以DSP系统、向输入、开关输入输出、人机交互及通信系统组成。
 
3.2.1 信号预处理设计
      将实际搜集的电流的信号,经阻容低通滤波器净化之后,将信号以运放电路处理为电路允许的弱电压信号。
 
3.2.2 DSP电路设计
      T1公司的DSP芯片属于哈佛结构改建,在数据总线及程序总线间局部交叉,数据可在程序存储器中储存,被算术运算使用,体现芯片灵活性??傻鞫攘蕉懒⒆芟撸繁4砟芰π矢?,减少储存器读取指令时间,提高运行速度。TMS320LF2407A数字信号处理器属于微控制器,具有高集成特点,将高性能DSP内核及微控制器外设功能集中在单片上,实现对MCU(传统多微处理器)及多片设计的理想替代,将DSP的实时性、高效性处理及外设功能集中起来,使控制系统具备40MIPS/秒的处理速度,以LF2407A DSP控制器实现远超16位微控制器的工作能力。
      该控制器以高效静态CMOS为支持,使供电电压降到3.3V,控制器整体消耗较小。40MIPS高速执行速度使指令周期在25ns(40MHz),实时控制稳定。片内有32K字x16位Flash程序处理器,以2.5K字x16位RAM,544字双端口RAM (DARAM),2K字单口RAM(SARAM)。事件管理上以EVA和EVB为管理???,其包括两个16为定时器(通用),8个16为PWM(脉宽调制)通道,通过设备联动实现三相反相器控制,脉宽调制中心及边缘校正。防治可编程脉宽调制击穿故障,形成死区控制。设置16通道同步A/D转换其,在交流异步电动机、无刷直流电动机、步进电动机、多级电动机、开关磁阻电动机等控制上有良好的应用效果。
      外围电路设计上,LF2407A通过外部变压设备将220V交流电转化为5V直流电供应,但LF2407A芯片只支持3.3V电压,在电路设计中要将5V电源转化为3.3V电压,为CPU实现供应(采用TPS76833QPWP为转换芯片,转换5V电压为3.3V)。5V电源输入端以2mm插口设计,电源功率要求在5V、750mA。
      微机系统中,未防止系统加电或电源“掉电”故障发生,要合理规划复位电路及电压监视电路。以TL7705CP(美德州仪器公司产)集成电路电源电压监视器组成复位电路,对电源电压监控。在使用中,TL7705CP以220V电源供电,线路停电保护装置输入电压下降到4.75V(从5V下降)时,系统复位,原高电平变为低电平,并产生外部中断提醒信号,子程序将DSP内RAM数据及寄存器内容在电源电压耗尽之迅速存入非易失性储存器中,确保数据记录完整可靠。
外围电路中配备电源电路、监控电路及时钟电路,确保DSP电路可靠。
 
3.2.3 键盘显示电路
      键盘显示电路是人机交互的重要内容,需保证其正常反应系统运行状态及运行参数,发生电动机故障时显示故障参数及故障类型,以键盘将整定值输入、修改,对历史故障准确查询记录,实现智能化、人性化操作设计。
 
3.2.4 上位机通信设计
      以机械接口、电气接口、微处理器输出口连接,实现电动机智能?;ぜ癙C机通信结合,实现对设备的远程操作,操作人员可实现??夭僮?,及时通知运行人员设备运行情况。
 
3.3 软件程序设计
      电动机智能?;は低橙砑杓品治骺刂颇?榧岸ㄊ逼髦卸洗砩杓啤?/div>
 
3.3.1 主控??樯杓?/div>
      主控模块为主程序,属系统核心部分,起通过对各个功能性??榈髡愿鞲霾问屑觳?、分析并判断,进而实现一系列的?;た刂剖凳?。下位机上电,自行系统检测,对CPU、RAM、ROM、A/D等内容自行检测,若发现硬件存在故障,则停止检测及时报警,待恰当处理后,进行系统初始化。电动机送电之,对其漏电检测,检测供电线路及电动机是否存在漏电风险,若发现电动机或供电线路存在绝缘性问题,则不予供电,并发出警报。在地绝缘电
阻高于整定电阻时,可对电动机正常供电。
 
3.3.2 定时器中断处理??樯杓?/div>
      定时器中断处理模块需对数据采集、处理、判断故障、执行保护措施等内容,可以网络为基础,实现在线检测电动机状态。以定时器中断程序进入,?;は殖?,对电力系统中电动机电压、电流采样分析,计算电动机电压及电流,判断其启动状态。未启动,则分析是否有短路、断相、接地等问题发生,及时采取速断?;ど璞浮F舳刺?,则分析是否存在启动故障,若无启动故障,实现启动?;ぁ?/div>
      软件程序设计是以各类编程语言、程序实现?;ぷ爸眯枋迪值墓δ?,以系统自检、初始化、开关量输入输出、A/D采样、参数计算、电机启动?;?、电机运行?;ぁ⑾嘤?、显示、CAN总线通讯等模块构成。不同??榭啥懒⒐ぷ?,各个接口涉及简单,避免程序冗余造成智能设备工作效率下降,要尽可能缩短程序开发实际周期。
 
4.安科瑞智能电动机?;て鹘樯?/strong>
4.1产品介绍
      智能电动机保护器(以下简称?;て?,采用单片机技术,具有抗干扰能力强、工作稳定可靠、数字化、智能化、网络化等特点。?;て髂芏缘缍诵泄讨谐鱿值墓?、断相、不平衡、欠载、接地/漏电、堵转、阻塞、外部故障等多种情况进行保护,并设有SOE故障事件记录功能,方便现场维护人员查找故障原因。适用于煤矿、石化、冶炼、电力、以及民用建筑等领域。本保护器具有RS485远程通讯接口,DC4-20mA模拟量输出,方便与PLC、PC等控制机组成网络系统。实现电动机运行的远程监控。
 
4.2技术参数
4.2.1数字式电动机?;て?/div>
 
4.2.2??槭降缍;て?/div>
 
4.3产品选型
5.结束语
      综上所述,对电力系统中电动机智能?;は低车姆治?,要了解电动机保护系统发展及现状,了解电力系统电动机智能?;つ谌荩俅位∩戏治龅缌ο低持械缍悄鼙;は低成杓颇谌荨5毕碌缌ο低吵中⒄怪?,应重视对电动机的?;ぃ攵砸觳降缍凳┲悄芑;?。通过应用DSP数字?;は低臣凹扑慊缂际酰迪指咝5男藕糯?,以集成电路为支持,提高?;ぷ爸眉扑隳芰Γ迪侄缘缍收系难杆俨握蘸痛?,确保电动机稳定工作,促进我电力企业可持续发展。
 
参考文献
[1]冯星辉, 张修太 ,翟亚芳.智能型低压电动机?;ぷ爸玫难芯坑肷杓?[J]. 电子器件 ,2015(3),P671-675.
[2]张 倩.电力系统中电动机智能保护系统探索
[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版
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