一种数字式电动机保护装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 计算机软件领域；电力领域；
【背景技术】
[0002] 数字信号处理技术；微机保护智能控制技术；
【发明内容】
[0003] -种数字式电动机保护装置包括硬件结构、软件设计和保护方案，对电动机在运 行状态下的温度控制和相应的过热保护，利用数字信号处理器OSP)高效快速的运算、处 理能力实现了微机保护的智能控制。该保护装置成本低，性能好，精度高，运行稳定可靠，维 护方便。
[0004] 附图1为硬件系统结构示意图；
【具体实施方式】
[0005] 电动机最常见最严重的不正常工作状态是长时间过负荷引起的过电流，长时间温 升引起热积累，使电动机绝缘老化，电机线圈烧毁引发短路故障。长时间工作中，由于过负 荷引起的电动机损坏在电动机故障中占相当大的比例。因此，过热保护研制非常重要。本 文通过对电动机运行状态下的过热模型进行深入分析，充分利用高性能DSP的快速计算和 逻辑判断能力，实现电动机运行状态识别、保护功能和测控功能，可靠性高，功能完善，使用 方便，维护简单，性能更加先进、完整、可靠和实用。
[0006] 1.建立模型：电动机运行过程中，由于内部的各种损耗（包括绕组铜损、铁损、机 械损耗等），电机自身会发
[0007] 热。一部分被电机自身吸收，使温度上升，一部分散发到周围介质中去。现假定： ⑴电机为一均匀发热体，即各点温度相同；⑵电机向周围环境散发的热量与温升成正 比。
[0008] 设电动机定子绕组在额定工况时流过的电流为Ie，绕组的铜损为Pe，过负荷时电 流为IL，绕组铜损为PL，1为电动机定子绕阻电阻，贝1
^理想状态下， At时间内绕组温升为：
[0009]
[0010] 式中Cr=cG为导体的热容量。
[0011] 现假设允许温升A0 = 0m-0e给定，对于确定发热电流Iy=IL/Ie，就有一确定 时间ty=At，即：
[0012]
[0013] 式中0m为定子绕组的允许温升；0e为定子绕组在额定工况时温升；K为与定子 绕组热容量和温升有关的常数。
[0014] 式（2)就是传统反时限过负荷保护的动作判据。由于实际电流产生的热量要向周 围介质散失一部分，实际时间要大于式（2)，所以需要加一个修正系数a，式（2)变为：
[0015]
[0016] 式中a为与定子绕组温升特性有关的修正系数，一般取a=0.05。
[0017] 过热保护算法的实现：为了模拟电动机发热模型，综合考虑正序和负序电流的热 效应，英国GEC公司给出了一个粗略反映电动机发热效应的等效电流Ieq，其表达式为：
[0018]
[0019] 式中：K1是正序电流发热系数，电动机启动中，K1=0. 5,可以使过热保护躲过巨大 的电动机启动电流，运行中取Kl=l;K2是负序电流发热系数，因负序电流产生的热效应远 高于正序电流，取K2=3~10, 一般可取为6。结合式（3)得：
[0020]
[0021] 式中：ty是过热保护动作时间；t是发热时间常数；Ieq是电动机等效发热电流； Ie是电动机额定
[0022] 电流；3=1+a，范围为0.9~1.2, 一般取1.05。为了装置中模拟热模型的实现， 将式（5)改写成离散求和的形式：
[0023]
[0024] 其中：T为电动机热积累时间；Il(n)为第n次计算时的正序电流有效值；I2(n)为 第n次计算时的负序电流有效值；△t为相邻两次计算的时间间隔，这个值与采样间隔、算 法周期相关。
[0025] 当保护动作跳开电动机后，电动机的温升下降到一定程度，才允许再次合闸。
[0026] 2.硬件系统结构：装置采用DSP+ARM的双CPU结构，硬件系统模块化，主要有CPU 模块、转换模块、开入开出模块、通信管理模块、电源模块等。其硬件系统结构如附图1所 示。在本装置中，各个模块的分工明确，具体如下：
[0027] (l)DSP模块采用的是TI公司的浮点型芯片TMS320VC33为核心构成，主要完 成数据采集计算、记录与分析、故障判别、跳闸出口等功能。DSP模块有运算速度快、擅长 数字信号处理的优点，进行数据采集、计算、逻辑判断，有效保证了微机保护的选择性、速动 性、可靠性和故障录波功能。
[0028] (2)4冊模块板采用4了11￡1公司的4了911?119200芯片，主要完成人机交换功能，现 场调试通信和上位机的通信。ARM处理器内部带有以太网媒体访问控制器，数据的收发不 占用处理器资源，装置通过以太网与后台系统通信，更加方便，灵活快速。
[0029] (3)交流电流电压模拟量经隔离变换和前置低通滤波处理后送入DSP板进行A/ D变换。
[0030] (4)开入开出板主要处理外部空接点开入信号、脉冲信号、开出信号，所有信号均 经过光耦隔离，有效的提高了抗干扰性。
[0031] 3.软件系统设计：保护软件的设计是微机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。整个装置软件可分为ARM和DSP两部分。DSP 软件系统由主程序和采样中断服务程序两部分组成。ARM软件部分由嵌入式操作系统、网络 驱动协议和应用程序组成。应用程序主要包括以太网通信程序、按键处理程序和液晶显示。 以下主要介绍保护功能的主程序和中断程序的设计。
[0032] 主程序设计，主程序主要完成硬件与软件初始化、上电自检和主循环程序。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。主循环程序是一个不断循环的程序模块，主要 进行测量计算和通信处理等任务，并不断的被定时采样中断打断。
[0033] 定时采样中断程序，定时采样中断采用每周波32点采样，在中断中进行保存采样 值和通信数据收发、保护功能判断等。进入采样中断程序后，首先关中断，
[0034] 然后进行A/D转换，保存采样值和通信数据收发；然后进行傅氏计算，保护功能 判断，任务结束后返回主程序。保护功能采用模块化设计，各种保护功能都设有软压板，在 工程应用中可以根据现场要求由控制字进行投退。这样的设计方法使编程方便灵活，程序 流程也简单清晰。
[0035] 4.保护功能配置：为了保证电动机在各种故障条件和不正常运行状态下，本装置 均能够可靠的动作，其配备的主要保护功能有：启动时间过长和堵转保护、两段定时限过流 保护、反时限保护、过热保护、两段负序过流保护、过负荷保护、零序过流保护、低电压保护、 过电压保护、纵差保护、差动速断保护、比例制动保护、频繁启动保护等等。其他辅助监控功 能有遥测、遥信、遥控、电度量等测控功能。
【主权项】
1. 一种数字式电动机保护装置技术特征： (1) 一种数字式电动机保护装置的过热保护模型。 (2) -种数字式电动机保护装置的硬件设计模型。 (3) -种数字式电动机保护装置的软件设计模型。 (4) 一种数字式电动机保护装置的保护功能配置方式。2. 根据权利1要求的过热保护模型设计。3. 根据权利1要求的硬件设计。4. 根据权利1要求的软件设计。5. 根据权利1要求的保护功能配置方式。
【专利摘要】一种数字式电动机保护装置包括硬件结构、软件设计和保护方案，对电动机在运行状态下的温度控制和相应的过热保护，利用数字信号处理器(DSP)高效快速的运算、处理能力实现了微机保护的智能控制。该保护装置成本低，性能好，精度高，运行稳定可靠，维护方便。附图1为硬件系统结构示意图。
【IPC分类】H02H7/08
【公开号】CN104979801
【申请号】CN201410145538
【发明人】李鹏, 李骁
【申请人】上海迅微信息科技有限公司
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2014年4月11日