一種數(shù)字式電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 計(jì)算機(jī)軟件領(lǐng)域；電力領(lǐng)域；
【背景技術(shù)】
[0002] 數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)；微機(jī)保護(hù)智能控制技術(shù)；

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] -種數(shù)字式電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置包括硬件結(jié)構(gòu)、軟件設(shè)計(jì)和保護(hù)方案，對(duì)電動(dòng)機(jī)在運(yùn) 行狀態(tài)下的溫度控制和相應(yīng)的過(guò)熱保護(hù)，利用數(shù)字信號(hào)處理器OSP)高效快速的運(yùn)算、處 理能力實(shí)現(xiàn)了微機(jī)保護(hù)的智能控制。該保護(hù)裝置成本低，性能好，精度高，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，維 護(hù)方便。
[0004] 附圖1為硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0005] 電動(dòng)機(jī)最常見(jiàn)最嚴(yán)重的不正常工作狀態(tài)是長(zhǎng)時(shí)間過(guò)負(fù)荷引起的過(guò)電流，長(zhǎng)時(shí)間溫 升引起熱積累，使電動(dòng)機(jī)絕緣老化，電機(jī)線圈燒毀引發(fā)短路故障。長(zhǎng)時(shí)間工作中，由于過(guò)負(fù) 荷引起的電動(dòng)機(jī)損壞在電動(dòng)機(jī)故障中占相當(dāng)大的比例。因此，過(guò)熱保護(hù)研制非常重要。本 文通過(guò)對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下的過(guò)熱模型進(jìn)行深入分析，充分利用高性能DSP的快速計(jì)算和 邏輯判斷能力，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)識(shí)別、保護(hù)功能和測(cè)控功能，可靠性高，功能完善，使用 方便，維護(hù)簡(jiǎn)單，性能更加先進(jìn)、完整、可靠和實(shí)用。
[0006] 1.建立模型：電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，由于內(nèi)部的各種損耗（包括繞組銅損、鐵損、機(jī) 械損耗等），電機(jī)自身會(huì)發(fā)
[0007] 熱。一部分被電機(jī)自身吸收，使溫度上升，一部分散發(fā)到周圍介質(zhì)中去?，F(xiàn)假定： ⑴電機(jī)為一均勻發(fā)熱體，即各點(diǎn)溫度相同；⑵電機(jī)向周圍環(huán)境散發(fā)的熱量與溫升成正 比。
[0008] 設(shè)電動(dòng)機(jī)定子繞組在額定工況時(shí)流過(guò)的電流為Ie，繞組的銅損為Pe，過(guò)負(fù)荷時(shí)電 流為IL，繞組銅損為PL，1為電動(dòng)機(jī)定子繞阻電阻，貝1
^理想狀態(tài)下， At時(shí)間內(nèi)繞組溫升為：
[0009]
[0010] 式中Cr=cG為導(dǎo)體的熱容量。
[0011] 現(xiàn)假設(shè)允許溫升A0 = 0m-0e給定，對(duì)于確定發(fā)熱電流Iy=IL/Ie，就有一確定 時(shí)間ty=At，即：
[0012]
[0013] 式中0m為定子繞組的允許溫升；0e為定子繞組在額定工況時(shí)溫升；K為與定子 繞組熱容量和溫升有關(guān)的常數(shù)。
[0014] 式（2)就是傳統(tǒng)反時(shí)限過(guò)負(fù)荷保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)。由于實(shí)際電流產(chǎn)生的熱量要向周 圍介質(zhì)散失一部分，實(shí)際時(shí)間要大于式（2)，所以需要加一個(gè)修正系數(shù)a，式（2)變?yōu)椋?br>[0015]
[0016] 式中a為與定子繞組溫升特性有關(guān)的修正系數(shù)，一般取a=0.05。
[0017] 過(guò)熱保護(hù)算法的實(shí)現(xiàn)：為了模擬電動(dòng)機(jī)發(fā)熱模型，綜合考慮正序和負(fù)序電流的熱 效應(yīng)，英國(guó)GEC公司給出了一個(gè)粗略反映電動(dòng)機(jī)發(fā)熱效應(yīng)的等效電流Ieq，其表達(dá)式為：
[0018]
[0019] 式中：K1是正序電流發(fā)熱系數(shù)，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)中，K1=0. 5,可以使過(guò)熱保護(hù)躲過(guò)巨大 的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流，運(yùn)行中取Kl=l;K2是負(fù)序電流發(fā)熱系數(shù)，因負(fù)序電流產(chǎn)生的熱效應(yīng)遠(yuǎn) 高于正序電流，取K2=3~10, 一般可取為6。結(jié)合式（3)得：
[0020]
[0021] 式中：ty是過(guò)熱保護(hù)動(dòng)作時(shí)間；t是發(fā)熱時(shí)間常數(shù)；Ieq是電動(dòng)機(jī)等效發(fā)熱電流； Ie是電動(dòng)機(jī)額定
[0022] 電流；3=1+a，范圍為0.9~1.2, 一般取1.05。為了裝置中模擬熱模型的實(shí)現(xiàn)， 將式（5)改寫(xiě)成離散求和的形式：
[0023]
[0024] 其中：T為電動(dòng)機(jī)熱積累時(shí)間；Il(n)為第n次計(jì)算時(shí)的正序電流有效值；I2(n)為 第n次計(jì)算時(shí)的負(fù)序電流有效值；△t為相鄰兩次計(jì)算的時(shí)間間隔，這個(gè)值與采樣間隔、算 法周期相關(guān)。
[0025] 當(dāng)保護(hù)動(dòng)作跳開(kāi)電動(dòng)機(jī)后，電動(dòng)機(jī)的溫升下降到一定程度，才允許再次合閘。
[0026] 2.硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：裝置采用DSP+ARM的雙CPU結(jié)構(gòu)，硬件系統(tǒng)模塊化，主要有CPU 模塊、轉(zhuǎn)換模塊、開(kāi)入開(kāi)出模塊、通信管理模塊、電源模塊等。其硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如附圖1所 示。在本裝置中，各個(gè)模塊的分工明確，具體如下：
[0027] (l)DSP模塊采用的是TI公司的浮點(diǎn)型芯片TMS320VC33為核心構(gòu)成，主要完 成數(shù)據(jù)采集計(jì)算、記錄與分析、故障判別、跳閘出口等功能。DSP模塊有運(yùn)算速度快、擅長(zhǎng) 數(shù)字信號(hào)處理的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、計(jì)算、邏輯判斷，有效保證了微機(jī)保護(hù)的選擇性、速動(dòng) 性、可靠性和故障錄波功能。
[0028] (2)4冊(cè)模塊板采用4了11￡1公司的4了911?119200芯片，主要完成人機(jī)交換功能，現(xiàn) 場(chǎng)調(diào)試通信和上位機(jī)的通信。ARM處理器內(nèi)部帶有以太網(wǎng)媒體訪問(wèn)控制器，數(shù)據(jù)的收發(fā)不 占用處理器資源，裝置通過(guò)以太網(wǎng)與后臺(tái)系統(tǒng)通信，更加方便，靈活快速。
[0029] (3)交流電流電壓模擬量經(jīng)隔離變換和前置低通濾波處理后送入DSP板進(jìn)行A/ D變換。
[0030] (4)開(kāi)入開(kāi)出板主要處理外部空接點(diǎn)開(kāi)入信號(hào)、脈沖信號(hào)、開(kāi)出信號(hào)，所有信號(hào)均 經(jīng)過(guò)光耦隔離，有效的提高了抗干擾性。
[0031] 3.軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)：保護(hù)軟件的設(shè)計(jì)是微機(jī)繼電保護(hù)裝置的核心，保護(hù)軟件系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)由裝置的硬件設(shè)計(jì)和功能需求所決定。整個(gè)裝置軟件可分為ARM和DSP兩部分。DSP 軟件系統(tǒng)由主程序和采樣中斷服務(wù)程序兩部分組成。ARM軟件部分由嵌入式操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò) 驅(qū)動(dòng)協(xié)議和應(yīng)用程序組成。應(yīng)用程序主要包括以太網(wǎng)通信程序、按鍵處理程序和液晶顯示。 以下主要介紹保護(hù)功能的主程序和中斷程序的設(shè)計(jì)。
[0032] 主程序設(shè)計(jì)，主程序主要完成硬件與軟件初始化、上電自檢和主循環(huán)程序。裝置上 電之后，DSP系統(tǒng)自動(dòng)從Flash程序存儲(chǔ)器中讀入程序到內(nèi)部RAM中運(yùn)行，DSP系統(tǒng)的指針 自動(dòng)指向主程序入口處開(kāi)始往下執(zhí)行程序。主循環(huán)程序是一個(gè)不斷循環(huán)的程序模塊，主要 進(jìn)行測(cè)量計(jì)算和通信處理等任務(wù)，并不斷的被定時(shí)采樣中斷打斷。
[0033] 定時(shí)采樣中斷程序，定時(shí)采樣中斷采用每周波32點(diǎn)采樣，在中斷中進(jìn)行保存采樣 值和通信數(shù)據(jù)收發(fā)、保護(hù)功能判斷等。進(jìn)入采樣中斷程序后，首先關(guān)中斷，
[0034] 然后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，保存采樣值和通信數(shù)據(jù)收發(fā)；然后進(jìn)行傅氏計(jì)算，保護(hù)功能 判斷，任務(wù)結(jié)束后返回主程序。保護(hù)功能采用模塊化設(shè)計(jì)，各種保護(hù)功能都設(shè)有軟壓板，在 工程應(yīng)用中可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求由控制字進(jìn)行投退。這樣的設(shè)計(jì)方法使編程方便靈活，程序 流程也簡(jiǎn)單清晰。
[0035] 4.保護(hù)功能配置：為了保證電動(dòng)機(jī)在各種故障條件和不正常運(yùn)行狀態(tài)下，本裝置 均能夠可靠的動(dòng)作，其配備的主要保護(hù)功能有：?jiǎn)?dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)和堵轉(zhuǎn)保護(hù)、兩段定時(shí)限過(guò)流 保護(hù)、反時(shí)限保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)、兩段負(fù)序過(guò)流保護(hù)、過(guò)負(fù)荷保護(hù)、零序過(guò)流保護(hù)、低電壓保護(hù)、 過(guò)電壓保護(hù)、縱差保護(hù)、差動(dòng)速斷保護(hù)、比例制動(dòng)保護(hù)、頻繁啟動(dòng)保護(hù)等等。其他輔助監(jiān)控功 能有遙測(cè)、遙信、遙控、電度量等測(cè)控功能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種數(shù)字式電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置技術(shù)特征： (1) 一種數(shù)字式電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置的過(guò)熱保護(hù)模型。 (2) -種數(shù)字式電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置的硬件設(shè)計(jì)模型。 (3) -種數(shù)字式電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置的軟件設(shè)計(jì)模型。 (4) 一種數(shù)字式電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置的保護(hù)功能配置方式。2. 根據(jù)權(quán)利1要求的過(guò)熱保護(hù)模型設(shè)計(jì)。3. 根據(jù)權(quán)利1要求的硬件設(shè)計(jì)。4. 根據(jù)權(quán)利1要求的軟件設(shè)計(jì)。5. 根據(jù)權(quán)利1要求的保護(hù)功能配置方式。
【專利摘要】一種數(shù)字式電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置包括硬件結(jié)構(gòu)、軟件設(shè)計(jì)和保護(hù)方案，對(duì)電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行狀態(tài)下的溫度控制和相應(yīng)的過(guò)熱保護(hù)，利用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)高效快速的運(yùn)算、處理能力實(shí)現(xiàn)了微機(jī)保護(hù)的智能控制。該保護(hù)裝置成本低，性能好，精度高，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，維護(hù)方便。附圖1為硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
【IPC分類】H02H7/08
【公開(kāi)號(hào)】CN104979801
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410145538
【發(fā)明人】李鵬, 李驍
【申請(qǐng)人】上海迅微信息科技有限公司
【公開(kāi)日】2015年10月14日
【申請(qǐng)日】2014年4月11日