一種基于故障分量原理的電動(dòng)機差動(dòng)保護裝置

采用故障分量原理設計了一種微機保護裝置，介紹了基于該技術(shù)的保護裝置彌補已有的電動(dòng)機綜合保護裝置的不足，與電動(dòng)機綜合保護裝置相結合能滿(mǎn)足大型高壓電動(dòng)機對保護的要求。并通過(guò)與傳統差動(dòng)保護的比較，說(shuō)明采用故障分量作為制動(dòng)量的差動(dòng)保護所具備的優(yōu)越性。對保護裝置的硬件設計，以及保護原理進(jìn)行了介紹，并給出了對信號處理的算法。
關(guān)鍵詞：微機保護；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)機作為昂貴的電氣主設備在發(fā)電廠(chǎng)，化工廠(chǎng)等大企業(yè)得到廣泛的應用。如果發(fā)生嚴重故障導致電機燒毀，將嚴重影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行，造成巨大的經(jīng)濟損失，因此必須對其提供完善的保護?，F有電動(dòng)機綜合保護裝置主要針對中小型電動(dòng)機，為其提供電流速斷，熱過(guò)載反時(shí)限過(guò)流，兩段式定時(shí)限負序，零序電流，轉子停滯，啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(cháng)，頻繁啟動(dòng)等保護功能。而對于2000KW以上特大容量電動(dòng)機，則無(wú)法滿(mǎn)足其內部故障時(shí)對保護靈敏度與速動(dòng)性的要求，因而研制此裝置并配合綜合保護裝置，為高壓電動(dòng)機提供更可靠更靈敏的保護措施。本裝置設計成三相式縱差，因為2000KW以上特大容量的電動(dòng)機所在的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)，三相式縱差保護不但能作為電動(dòng)機定子繞組及引出線(xiàn)相間短路的主保護，而且可作為單相接地故障的主保護，作用于瞬時(shí)跳閘。

1 裝置的整體硬件結構
該裝置的硬件結構圖如圖圖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(mén)狗。所有的數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(kāi)關(guān)量(未在圖中標出)經(jīng)光耦后進(jìn)入EPLD. 除此之外EPLD還擔負著(zhù)系統中外圍芯片片選的地址譯碼工作和數字邏輯門(mén)電路的實(shí)現。A/D使用美國模擬器件公司的AD7874，AD7874是四輸入12位數據采集系統，采樣精度高，而且由于能同時(shí)采樣4路信號，可以減小由于信號的非同時(shí)采樣帶來(lái)的誤差。本裝置以串口通信方式和上位機交換 數據，為滿(mǎn)足不同的用戶(hù)可能采用的不同通訊方式的要求，本裝置設計了RS-232和RS-485兩個(gè)通訊接口，用戶(hù)可以根據需要自由選擇。

2 保護原理及算法說(shuō)明
2.1 保護原理及優(yōu)點(diǎn)
各種類(lèi)型的差動(dòng)保護區別主要表現在制動(dòng)量的構成上。在傳統的縱差保護中的制動(dòng)量是由故障分量疊加穿越電流構成的，而故障分量縱差保護的制動(dòng)量則僅僅由故障分量構成，具體分析如下。
2.1.1 傳統差動(dòng)與基于故障分量縱差的構成
以如下最簡(jiǎn)單的兩側電源為例。(如圖2)

圖2(a)為故障網(wǎng)絡(luò )。傳統縱差保護所比較的是兩側的全電流，這里全電流( I_s和I_r )包括兩部分：即由兩電源電動(dòng)勢不等(E_r≠E_s)所產(chǎn)生的穿越電流I_th(即圖2(b)中負荷電流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)電流構成可如下式：