基于故障分量原理的電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)裝置

采用故障分量原理設(shè)計(jì)了一種微機(jī)保護(hù)裝置，介紹了基于該技術(shù)的保護(hù)裝置彌補(bǔ)已有的電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)裝置的不足，與電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)裝置相結(jié)合能滿足大型高壓電動(dòng)機(jī)對(duì)保護(hù)的要求。并通過與傳統(tǒng)差動(dòng)保護(hù)的比較，說明采用故障分量作為制動(dòng)量的差動(dòng)保護(hù)所具備的優(yōu)越性。對(duì)保護(hù)裝置的硬件設(shè)計(jì)，以及保護(hù)原理進(jìn)行了介紹，并給出了對(duì)信號(hào)處理的算法。
關(guān)鍵詞：微機(jī)保護(hù)；故障分量；比率差動(dòng)；傅氏算法

A Motor Differential Protection Device Based on Fault Component

BI Rui , WEN Yang-dong , XU Hua-li

(School of Electric Engineering and Automation ,Hefei University of technology ,Hefei 230009,China )

Abstract： A microcomputer-based motor protection device based on fault component is designed in this paper. The device compensates the insufficiency of the microcomputer-based motor integrated protection device designed previously. Using the two devices in practice can meet the demands of high-voltage motor. Compared with traditional differential protection based on all components, differential protection based on fault component show its advantage. The design of device's hardware , the theory of protection and the algorithm of signals processing are introduced in the paper.
Keywords： microcomputer-based protection ；fault component；percentage differential protection；Fourier algorithm

0 引言
大型高壓電動(dòng)機(jī)作為昂貴的電氣主設(shè)備在發(fā)電廠，化工廠等大企業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。如果發(fā)生嚴(yán)重故障導(dǎo)致電機(jī)燒毀，將嚴(yán)重影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，因此必須對(duì)其提供完善的保護(hù)?，F(xiàn)有電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)裝置主要針對(duì)中小型電動(dòng)機(jī)，為其提供電流速斷，熱過載反時(shí)限過流，兩段式定時(shí)限負(fù)序，零序電流，轉(zhuǎn)子停滯，啟動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)，頻繁啟動(dòng)等保護(hù)功能。而對(duì)于2000KW以上特大容量電動(dòng)機(jī)，則無法滿足其內(nèi)部故障時(shí)對(duì)保護(hù)靈敏度與速動(dòng)性的要求，因而研制此裝置并配合綜合保護(hù)裝置，為高壓電動(dòng)機(jī)提供更可靠更靈敏的保護(hù)措施。本裝置設(shè)計(jì)成三相式縱差，因?yàn)?000KW以上特大容量的電動(dòng)機(jī)所在的3KVp6KVp10KV電網(wǎng)可能是變壓器中性點(diǎn)經(jīng)高電阻接地的電網(wǎng)，三相式縱差保護(hù)不但能作為電動(dòng)機(jī)定子繞組及引出線相間短路的主保護(hù)，而且可作為單相接地故障的主保護(hù)，作用于瞬時(shí)跳閘。

1 裝置的整體硬件結(jié)構(gòu)
該裝置的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖圖1所示。

裝置采用Intel公司的80C196KB作為處理器。為提高系統(tǒng)的抗干擾性，防止程序的跑飛，使用了一塊MAX705芯片作為硬件看門狗。所有的數(shù)字量的輸入輸出均由EPLD(可擦除可編程邏輯電路)芯片的管腳引入引出，開關(guān)量(未在圖中標(biāo)出)經(jīng)光耦后進(jìn)入EPLD. 除此之外EPLD還擔(dān)負(fù)著系統(tǒng)中外圍芯片片選的地址譯碼工作和數(shù)字邏輯門電路的實(shí)現(xiàn)。A/D使用美國(guó)模擬器件公司的AD7874，AD7874是四輸入12位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采樣精度高，而且由于能同時(shí)采樣4路信號(hào)，可以減小由于信號(hào)的非同時(shí)采樣帶來的誤差。本裝置以串口通信方式和上位機(jī)交換 數(shù)據(jù)，為滿足不同的用戶可能采用的不同通訊方式的要求，本裝置設(shè)計(jì)了RS-232和RS-485兩個(gè)通訊接口，用戶可以根據(jù)需要自由選擇。

2 保護(hù)原理及算法說明
2.1 保護(hù)原理及優(yōu)點(diǎn)
各種類型的差動(dòng)保護(hù)區(qū)別主要表現(xiàn)在制動(dòng)量的構(gòu)成上。在傳統(tǒng)的縱差保護(hù)中的制動(dòng)量是由故障分量疊加穿越電流構(gòu)成的，而故障分量縱差保護(hù)的制動(dòng)量則僅僅由故障分量構(gòu)成，具體分析如下。
2.1.1 傳統(tǒng)差動(dòng)與基于故障分量縱差的構(gòu)成
以如下最簡(jiǎn)單的兩側(cè)電源為例。(如圖2)

圖2(a)為故障網(wǎng)絡(luò)。傳統(tǒng)縱差保護(hù)所比較的是兩側(cè)的全電流，這里全電流( I_s和I_r )包括兩部分：即由兩電源電動(dòng)勢(shì)不等(E_r≠E_s)所產(chǎn)生的穿越電流I_th(即圖2(b)中負(fù)荷電流I_p)和由故障點(diǎn)的故障前反向電壓-U_△產(chǎn)生的故障電流分量I_s△和I_r△(如圖2(c))。其差動(dòng)電流構(gòu)成可如下式：