电机控制与保护（通用12篇）
电机控制与保护 篇1
近些年来, 随着机电一体化技术的迅猛发展, 人们也开始越来越广泛地重视对机电一体化中电机控制与保护的研究与探讨。尽管到目前为止, 我国已经在此方面取得了很大的进展, 而其中仍旧存在一定的不足, 所以为了有效促进机电一体化的可持续发展, 必须要进一步加强对电机控制与保护措施的研究。
1 机电一体化的概述
机电一体化即为将电子技术合理地应用在机构的信息处理功能、主功能、控制功能以及动力功能方面, 使得机械装置能够与软件和电子化设计有机结合而组成的一种系统[1]。
在科技飞速发展的当代, 机电一体化已逐渐发展为一门新型的自成体系的学科, 其具有耗能较低、功能较多以及可靠性较高等特点, 可以既可以合理地的配置多项技术, 例如机械技术、计算机技术以及微电子技术等等, , 而且还能够根据系统的基本功能以及优化组织目标进行操作, 最终实现比较理想的目标。
2 机电一体化的发展情况
到目前为止, 机电一体化已经历经了三个发展阶段:第一阶段为上世纪60年代之前。在此阶段, 电机技术的发展并不成熟, 只是处于初级发展阶段, 电子技术与机械技术也没有得到深入地结合。然而此时, 人们已开始应用电子技术的初步成果来逐渐实现对机械产品的优化, 这为机电一体化的发展奠定了一定的基础。
第二阶段为上世纪70到80年期间。在此阶段, 机电一体化获得了迅猛发展, 这主要是因为计算机等技术、微型计算机以及大规模集成电路的发展为机电一体化的发展奠定了坚实的技术基础与物质基础。
这三阶段为上世纪90年代末。在此阶段, 机电一体化技术逐渐向智能化发展, 而且其也进一步地创建了比较完整的基础, 并渐渐形成了一个比较系统化以及完整化的科学体系。
3 机电一体化中电机控制与保护存在的问题
3.1 电机控制保护装置无法满足应用需求
目前, 在机电一体化应用中所运用的电机控制保护装置还不够完善, 这主要是由于所应用的电机控制保护装置主要是基于电磁原理以及电热原理, 而且是借助于熔断器的短路保护以及继电器的过载保护功能而实行操作的, 但是这种零部件自身还不够完善, 这也就造成机电的控制与保护能力不强, 无法充分满足电机控制与保护的需求。为了解决这一问题, 就需要在设计机电产品的时候, 综合性、整体性地考虑保护、设计以及控制, 进而实现电机控制与保护装置的系统化以及多样化。
3.2 井下机电设备应用方面存在的问题
目前, 在井下机电设备的应用中还存在一些问题, 这也就影响了电机控制与保护的功能与效果。其中最为薄弱的环节即为为鼠笼式异步电机, 如果在此环节没有进行合理有效地应用, 那么就会导致许多电机的运行故障的发生。这样就会严重影响到电机运行的安全性与稳定性, 所以相关人员必须要充分重视井下机电设备的应用问题, 并且将其与电机控制与保护有机地结合起来, 从而为机电一体化的安全、稳定运行提供有力的保障。
4 解决问题的方法与建议
为了充分保证机电一体化系统的安全、稳定运行, 可以采取以下的电机控制与保护措施。
4.1 准确检测电流与电压
电流与电压的检测是电机控制与保护装置在机电一体化应用中非常中重要的一项操作。其有利于逆变模块以及电机力矩等故障的正确诊断, 然而采用普通的电流与电压传感器是难以实现此目标的, 为了能够正确而又迅速地排除故障问题, 应该选用IPM输出电压以及霍尔型电流互感器, 这样才能更加科学、有效地检测IPM输出三相电流与电压, 进而达到最终的目标。
4.2 合理控制阀门与速度
阀门与速度的控制是电机控制与保护装置应用中的重要问题之一。目前, 我国主要是利用双环控制方案来解决这一问题。其中内环采用的是速度环, 其主要是利用速度调节器合理地调节PWM波发生器的载波频率, 从而实现对电机实际转速的控制以及调节[2]。外环主要是采用位置环, 其主要在设定自身当前位置及速度的基础上, 再利用速度给定发生器, 将速度设定值提供给内环。因为在机电控制与保护装置的阀门与速度控制中, 大流量的阀门执行机构在运行的过程中存在不同的速度阶段, 例如减速、匀速以及加速等, 与此同时, 给定位置与实际位置也并不是确定不变的, 这也就会大大增加了阀门与速度控制的难度, 所以在对其进行调解的时候, 要对阀门与给定阀门进行对比分析, 此基础上再合理地调节速度。
5 结语
总而言之, 随着计算机网络技术以及电子电力技术的飞速发展, 我国的机电一体化技术也得到了越来越广泛的应用, 并且也获得了良好的应用效果。然而当前在机电控制与保护方面还存在着一些问题, 这也在一定程度上影响了我国机电一体化事业的发展。所以, 必须要合理地分析与解决相关问题, 努力降低电机控制与保护故障的发生率, 并且要采取有效的措施, 合理地排除相关的故障, 从而充分保障机电一体化系统的稳定、安全运行, 进而有效推动我国机电一体化的可持续发展。
参考文献
[1]刘国平.机电一体化中的电机控制的探讨[J].电源技术应用, 2013, 06 (07) :78-79.
[2]王涛.论机电一体化与我国的经济发展[J].中国经贸导刊, 2010, 05 (06) :36-37.
电机控制与保护 篇2
一、课程设计的目的
电气控制课程设计的主要目的是：通过电气控制系统的设计实践，掌握电气控制系统的设计方法、电器元件和电气控制线路的安装过程、设计资料整理和电气绘图软件的使用方法。在此过程中培养从事设计工作的整体观念，通过较为完整的工程实践基本训练，为综合素质全面提高及增强工作适应能力打下坚实的基础。
二、课程设计的要求
电气控制课程设计的要求是：根据设计任务书中设备的工艺要求设计电气控制线路，计算并选择电器元件。布置并安装电器元件与控制线路。进行电气控制线路的通电调试，排除故障。达到工艺要求，完成设计任务。同时要求尽可能有创新设计，选用较为先进的电气元件。严格按照国家电气制图标准绘制相关图纸。选用合适的电气CAD制图软件，制作电气设备的成套图纸与文件，以满足现代化电气工程的需要。
三、课程设计的目标
1.基础知识目标
(1)理解电气线路的工作原理; (2)掌握常用电器元件的选用;
(3)掌握根据工艺要求设计电气控制线路; (4)掌握电气控制线路的安装与调试; (5)掌握电气控制设备的图纸资料整理; (6)掌握计算机电气绘图软件使用。
2.能力目标
(1)掌握查阅图书资料、产品手册和工具书的能力;
(2)掌握综合运用专业及基础知识，解决实际工程技术问题的能力; (3)具有自学能力、独立工作能力和团结协作能力。
四、课程设计任务
1.接受设计任务书，选定课程设计课题。
2.制订工作进度计划，进行人员分工，明确各阶段各人应完成的工作。 3.根据设计任务书分析电气设备的工艺要求，讨论最佳设计方案。 4.设计电气控制线路，选择电器元件。
5.绘制相关图纸(如：电气控制原理图、电器板元件布置图、电器板接线图，控
制面板布置图、控制面板接线图、互连接线图等)。制订材料明细表(如：电气元件明细表、安装材料明细表等)。
6.根据设计方案采购电器元件，并根据市场行情及时调整元器件型号和材料种类。在满足设计要求前提下，兼顾设计方案的可行性。
7.按照现有电控柜的尺寸，布置和安装电器元件，连接控制线路。发现问题及时整改，作好更改记录。
8.安全检查无误后通电调试控制线路，排除故障。
9.用电气CAD软件制作电气设备的成套图纸与文件，设计方案通过调试验收后，输出打印结果。
10.整理设计文件、图纸、资料，写出课程设计报告。报告内容包含课程设计的目的和要求、设计任务书、设计过程说明、设备使用说明和设计小结，列出参考资料目录。另外打印装订一本设备使用说明书，作为课程设计报告的一个附件。
11.总结设计过程中出现的问题，分析思考题，参加答辩，回答指导老师提出的问题。
五、电气设计内容
1.根据设计任务书制定控制方案。
2.设计电气控制原理图，说明工作原理。 3.计算选择电器元件，列出元器件明细表。 4.设计安装图(布置图、接线图、互连图等)。 5.安装调试设备。 6.编写设计说明书。
六、时间安排
七、电气设计一般原则
在电气控制系统的设计过程中，通常应遵循以下几个原则：
1.最大限度满足生产机械和生产工艺对电气控制的要求。生产机械和生产工艺对电气控制系统的要求是电气设计的依据，这些要求常常以工作循环图、执行元件动作节拍表、检测元件状态表等形式提供。对于有调速要求的场合，还应给出调速技术指标。其他如起动、转向、制动、照明、保护等要求，应根据生产需要充分考虑。
2.在满足控制要求的前提下，设计方案应力求简单、经济合理，不要盲目追求高指标，造成不必要的高投资。
3.妥善处理机械与电气关系。很多生产机械是采用机电结合控制方式来实现控制要求的，要从工艺要求、制造成本、结构复杂性、使用和维护等方面协调处理好二者关系。
4.正确合理地选用电器元件，以实用为原则。选用新型号电器可以提高可靠性，减小体积，尽可能不要选用旧型号电器。
5.确保电气设备安全性、可靠性高，兼顾设备使用和维护方便。
八、电气原理设计
电气设计分为原理设计和工艺设计两部分。首先进行原理设计，画出电气控制原理图，满足设备的控制要求。然后再从安装工艺角度加以说明，即工艺设计，满足设备的制造和使用要求。
电气原理设计又分为分析设计法和逻辑设计法：
1.分析设计法
分析设计法是根据生产工艺要求，选择适当的基本环节(典型控制电路)或经过考验的成熟电路，按各部分的连锁条件组合起来，加以补充和修改，综合成满足控制要求的完整电路。由于这种设计方法是以熟练掌握各种电气控制典型电路和具备一定的阅读分析各种电气控制电路的经验为基础，所以又称为经验设计法。这种方法为一般工程技术人员所常用。
2.逻辑设计法
逻辑设计法是利用逻辑代数这个数学工具来进行电路设计。根据设备的工艺要求，将执行元件需要的工作信号以及主令电器的接通与断开看成逻辑变量，并根据控制要求将它们之间的关系用逻辑函数来表达，然后再运用逻辑函数基本公式和运算规律进行简化，使之成为需要的最简“与、或”关系式。根据最简关系式画出相应的电路结构图，
最后再作进一步的检查和完善，获得需要的控制电路。
原理设计中应注意以下几个问题：
1.控制电压按控制要求选择，符合标准等级。在控制线路简单，不需经常操作，安全性要求不高时，可以直接采用电网电压，即交流380V或220V。当考虑安全要求时，应采用控制变压器将控制电路与主电路电气上隔离开。照明电路采用36V安全电压。带指示灯的按钮采用6.3V电压。晶体管无触点开关一般需要直流24V电压。对于微机控制系统应注意弱电电源与强电电源之间的隔离，不能共用零线，以免引起电源干扰。
2.尽可能减少电气元件品种、规格与数量。便于维修和更换，降低成本。
3.正常情况下，尽可能减少通电电气数量，以利于节约能源，延长电气元件寿命，减少故障。
4.合理使用电器触点。接触器、时间继电器往往触点不够用，可以增加中间继电器来解决。
5.合理安排电器触点。避免因电器动作时间有差别，造成“触点竞争”。避免因操作不当，造成“误动作”。避免因某个元器件损坏，造成“短路”。避免出现“寄生回路”。
6.设置必要的短路、过载保护，防止故障进一步扩大。
7.设置必须的急停或总停按钮，以防万一出现故障时，切断整个控制回路，进而切断主电源。
8.设置必要的手动控制线路，方便设备调试和维修。
9.设置必要的指示灯、电压表、电流表，随时反映系统运行状态，及时发现故障。
第二讲
一、章节：《电气控制课程设计》
电气控制课程设计基本知识
二、教学目标：
应知：设计电路实施的工艺流程
应会：常用低压电器的原理、测试和使用方法及元器件的选用原则
难点：常用低压电器的原理、测试和使用方法 提高：分析元器件故障点及原因 三、教学方法：
讲授、实物演示、指导操作
四、教学过程：
1、结合实例介绍电路实施的工艺流程
2、结合实物讲解元器件相关知识，学生动手测试元器件 五、问题与讨论：
1、元器件故障的分析方法 2、设计电路实施的注意事项 六、考工必备
常用低压电器元件的使用和测试 六、课后小结：
电机控制与保护 篇3
关键词：智能电机 控制装置 控制系统
1、智能控制及其控制目的
智能控制是自动控制领域内的一门新兴学科，模糊控制与神经网络是其中的两项关键技术，可以用来解决一些传统控制方法难以解决的问题。首先，智能控制不依赖于控制对象的数学模型，只按实际效果进行控制，在控制中有能力并可以充分考虑系统的不精确性和不确定性。其次，智能控制具有明显的非线性特征。就模糊控制而言，无论是模糊化、规则推理，还是反模糊化，从本质上来说都是一种映射，这种映射反映了系统的非线性，而这种非线性很难用数学来表达。神经网络在理论上就具有任意逼近非线性有理函数的能力，还能比其他逼近方法得到更加易得的模型。近些年来，已提出了各种基于智能控制的控制策略和控制方法，已逐步形成了一种新的控制技术。应着重指出的是，虽然将智能控制应用于伺服驱动的研究已取得了不少成果，但是还有许多理论和技术问题尚待解决。由于智能控制涉及面广，不可能具体介绍很多内容，好在这方面已有很多文献可供参考，这里希望通过举例来介绍它们的控制思想和控制方式。
2、智能电机控制系统的组成及应用
2.1逆变器
2.1.1主要电路形式选择与功率开关管的应用
现阶段，很多生产加工行业常用的是以星形三相三状态和两相导通星形三相六状态两种方式。主电路的核心部分是作用各异的逆变器功率开关管。在大功率电机的控制中，也可选择MCT，它是MOSFET与晶闸管的复合器件，具有高电压、大电流、工作频次高、控制功率小、易驱动、使用低成本集成驱动电路控制等优点。为了提高逆变器的可靠性、缩小体积，也可以采用近年来迅速发展的功率集成电路(PIC)。PIC将多个功率开关管及其快恢复二极管集成为一体。
2.1.2驱动电路的构成
在电机使用中，首先由驱动电路将控制器的输出信号进行功率放大后，才能向各功率开关管送去使其能饱和导通和可靠关断的驱动信号。随着集成电路技术的发展，现在已经把驱动电路制成有一定输出功率的专用集成电路，并且已经开始渐渐在无刷直流电动机上得到推广应用。
2.2控制器
智能电机中的控制器主要有两个概念。一个是基于专用集成电路的控制系统。就现在的市场环境来讲，国内很多生产厂家推出了不同规格和用途的无刷直流电动机控制专用集成电路。这些具有一定专利的指定电机配用的集成控制电路克服了分立元件带来的弊端，使控制电路体积小、可靠性高，对于特定环境下完成特定功能、并具有规模化生产的无刷直流电动机来说，是首选方案。但其应用范围局限性大，功能难以扩展。第二种智能电机中的控制器主要是指以微型计算机技术为核心的数模混合控制系统与全数字化控制系统。随着无刷直流电动机应用领域的应用范围越来越广，对它的实用性能也提出了更高的要求，因而其控制器由以硬件模拟电子器件为主，转向采用数字电路、单片机以及数字信号处理器方向发展，实现半数字化的数模混合控制和全数字化控制，控制规律由硬件实现转向以软件实现。
2.3智能电机控制系统在实际生产中的应用
智能电机的出现极大提高了各行业的劳动生产率，为社会的进步和经济的发展做出了巨大贡献。其应用范围已经非常广泛，而且更多应用在了高、精、尖的设备层面，例如船用空调设备、大型吊装设备、矿山开采设备、大型通风控制系统、资源探测等大型设备。在现实生活微观方面更是举不胜举，小到任何一件家用电器的系统管理控制和漏电保护，大到路边随处可见的变压器、通信网络控制及信号接收设备，无处不见智能电机控制和保护装置。在当今社会城市公共服务建设如火如荼之际，放眼城市各处，遍地都是塔吊林立，大型施工设备经常可见。自第一次工业革命以来，就逐渐掀起了机器设备带动人力劳动的一页，发展到今天，机器设备也不再需要过多人去机械的控制，已经可以走向智能化，而越来越多的研究人员和电机设备生产厂家也都开始瞄准了更高的科研要求。
3、智能控制在电机控制系统的应用
智能控制目的是控制那些難以建模的复杂过程或对象。在以电机为控制对象的交直流传动系统中，虽然直流电机数学模型很简单，交流电机经前面研究过的矢量变换也可等效为直流电机模型，同时也有比较成熟的控制方案。同时，为了进行有效的软件开发，集散控制结构对传感器的编程控制提出了新的要求。传感器配置的形式和范围大小随传感器系统的复杂性及功能的不同而变化。在制成的多传感器系统里包含基本传感器和信号处理两大部分。
虽然智能控制在电机控制系统中得到了广泛应用。但是作为技术人员，必须清醒地意识到，交流电机各种控制方法中大多要涉及定、转子电阻和电感，这些物理数值随温度、频率等变化产生变化将使控制指标达不到最佳状态，严重的还会失去高性能控制的价值。负载转动的惯量数值在某些应用中还会随施工情况产生细微改变，加上非线性因素的影响，尽管解耦控制可以将电机参量调整为完全独立的通道，但是由于拖动系统含有弹性耦合及间隙等非线性因素，使系统的鲁棒性变差，如果把智能控制与P1调节、矢量控制、直接转矩控制等方法相结合，将可获得更加优良的传动性能。在布局上应采用多环控制结构，依靠智能控制环决定系统的最终控制性能。
在电机控制中应用时，首先应根据先验系统确立模糊变量和模型集；其次要确立模糊规则和模型推理的操作算子。与这种控制方法相适应的小型生成方法主要侧重于空间电压矢量SPWM方法。在控制中要针对低速特性和电机参数特性采取相应的专家系统或在线状态观测。这样做的效果表明，它不但适应于一般变频调速特性和电机参数特性，更适应于伺服控制和机器人控制。
参考文献：
[1]王成元,夏加宽,孙宜标.现代电机控制技术[M].机械工业出版社,2009
[2]王伟.智能电动机控制器保护及其应用[J].上海电力学院学报,2011(06):66-67
[3]王江涛,刘海琴.新型永磁同步电动机无传感器智能控制系统[J].微特电机,2010(08):28-30
浅谈异步电机起动控制及其保护 篇4
异步电机具有结构简单、经济可靠、运行维护方便的优点,且有良好的机械特性,能够满足大多数生产机械的要求,因此在电气传动系统及生产领域得到广泛应用。对交流电机拖动的控制及保护是达到节约能源、简化控制、优化国家资源的重要手段。交流异步电机面临的主要问题有:(1)选型问题,合理选型是使用的前提,可以减少故障及电能消耗;(2)起动问题,包括起动时的电流冲击及起动转矩冲击,合理起动能避免电机因此发生故障;(3)综合保护问题,如过载、过流、短路、缺相等动态保护。
1 异步电机选型
异步电机的选型应从实用、经济、安全的原则出发,根据生产机械的性能、安装位置、工作环境以及运行方式等因素综合考虑,并满足以下基本要求:
(1)电机的机械特性、起动性能和调速性能等应能完全适合生产机械的要求;
(2)电机的结构型式应能适合使用场所的环境条件;
(3)电机容量能得到最大限度的利用;
(4)电机额定电压、频率应根据生产机械工作场所的电源情况选择;
(5)根据生产机械的运行速度及传动情况选择电机的转速。
2 异步电机起动方式
异步电机在起动过程中会产生过大的起动电流,对电网和其他用电设备造成冲击,因此,受电网容量限制并出于保护其他用电设备正常工作的需要,要在电机起动过程中采取必要的措施。异步电机的起动方式有2种:全压起动和降压起动。
2.1 全压起动
全压起动也叫直接起动,即电机通过开关或接触器直接接到电网加上额定电压的起动方法。全压起动设备简单、投资省,起动时间短、方式可靠,起动转矩大,是异步电机最简单的起动方法。其缺点是起动电流大,大容量电机的大起动电流会导致电网电压瞬间剧降,影响其他电气设备的正常运行。
异步电机能否全压起动需根据电网的容量、起动次数、允许干扰程度以及电机的型式决定。异步电机在满足下列条件时应优先采用全压起动:
(1)机械能承受电机直接全压起动的冲击转矩。
(2)端子上的计算电压在电机频繁起动时不宜低于额定电压的90%,电机不频繁起动时不宜低于额定电压的85%;电机不宜与照明或者其他对电压波动敏感的负荷合用变压器,且不频繁起动时端子上的计算电压不应低于额定电压的80%;当电机由单独的变压器供电时,其端子电压允许值应按机械要求的起动转矩确定;对于低压电机,其端子上的计算电压还应保证接触器线圈的电压不低于释放电压。
(3)电机起动时应不影响其他负荷的正常运行。
一般情况下规定,异步电动机的功率低于7.5 kW时允许直接起动,如果功率大于7.5 kW,在条件不允许的情况下,就需要采用其他方法进行起动。
2.2 降压起动
降压起动即利用起动设备将电压适当降低,然后加在电机的定子绕组上起动,以限制起动电流,待电机转速上升到正常值后,再使电机的电压恢复到额定值的起动方式。由于电机转矩与电压平方成正比,所以降压起动时的起动转矩相对较小,起动电流小,起动时间长,电机绕组温升高,起动设备复杂、投资大。降压起动的方法适用于空载或者轻载且起动次数不太频繁的电机,或者不允许全压起动时才能考虑降压起动。常用的降压起动方法有:
2.2.1 星形—三角形(Y—△)起动
Y—△起动适用于定子绕组为△连接的电动机,采用这种方式起动时,可使每相定子绕组相电压降低到直接起动时电压的,起动电流为直接起动时的1/3,起动转矩为直接起动时的1/3。起动电流小,起动转矩小。
2.2.2 定子回路串电阻或电抗器降压起动
异步电机定子回路串电抗器或者电阻起动指在电机起动过程中,利用串联电抗器或电阻减少绕组电压以达到限制起动电流的目的。电机起动完毕后,串联电抗器或电阻被短接,电机接入额定电压正常运行。该起动方式仅仅适用于对起动转矩要求不高的生产机械,而且因采用了起动电阻,每次起动都要消耗大量的电能,目前这种起动方式在现场应用已经很少了。
2.2.3 自耦变压器降压起动
电机起动时,使定子绕组和自耦变压器副边相连接,进行减压起动,起动完毕,定子绕组与自耦变压器脱离,直接和电源相连接,使电机进入额定电压下正常运行。自耦变压器降压起动相比定子回路串电抗器(或电阻)起动,当限定的起动电流相同时,起动转矩损失较小;相比Y—△起动,有几种抽头供选用,比较灵活,可以拖动较大的负载起动。但自耦变压器体积大,价格高,同样不能带重负荷起动。
2.2.4 软起动器降压起动
软起动器是一种新兴的降压起动方式,其通过降压和限流的方法,使电机在整个起动过程中实现无冲击平滑起动,而且这种起动方式可以根据电机负载的特性来调节起动过程参数,如限流值、起动时间等,还具有短路保护、缺相保护、过热及欠压保护等功能。其特点是起动平稳,对电网冲击少,不必考虑对被起动电动机的加强设计,起动装置功率适度,一般只为被起动电动机功率的5%～25%,允许起动的次数较高。其相比变频器造价较低,在大型机组及重要场所现已得到广泛应用。
2.2.5 变频降压起动
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电机控制(调速)装置,为现代电动机控制领域技术含量最高、控制功能最全、控制效果最好的电机控制装置。变频器不但有软起动的功能,而且可以在电机运行中进行无极调速,而它的调速是改变电机的频率,这样就可以起到节能的作用。因为涉及到电力电子技术、微机技术,因此其成本高,对维护技术人员的要求也高,故主要用在需要调速并且对速度控制要求高的领域。
3 异步电机的保护
异步电动机的保护是个复杂的问题。在实际使用中,应按照电动机的容量、型式、控制方式和配电设备等不同来选择相适应的保护装置及起动设备。
3.1 传统电机保护装置
传统的电机保护装置以熔断器、热继电器为主。熔断器主要用于短路保护,熔断器电流的选择需考虑电动机的起动电流,所以单独使用熔断器保护电动机是不可取的。热继电器是应用最广的电机过载保护装置,但热继电器对电机发生通风受阻、扫膛、堵转、长期轻过载、频繁起动引起的电机过热等故障不能起保护作用,且重复性能差,大电流过载或短路故障后不能再次使用,调整误差大,易受环境温度的影响误动作或拒动作,功耗大、耗材多,国家已经立法将其淘汰。事实也正是这样,尽管许多设备安装了热继电器,但电机损坏而影响正常生产的现象仍普遍存在。
3.2 温度继电器
温度继电器结构简单、动作可靠、保护范围广,但动作缓慢、返回时间长,3 kW以上的△形接法电机不宜使用。目前,温度继电器在电风扇、电冰箱、空调压缩机等方面大量使用。
3.3 智能电机保护器
电机保护器是最近十多年才发展起来的一种新型电子式多功能电动机综合保护装置。它集过(轻)载保护、缺相、过(欠)压、堵转、漏电及三相不平衡保护等低压保护于一身,具有设定精度高、节电、动作灵敏、工作可靠等优点,是传统继电器保护装置的理想替代产品。
3.4 变频器、软起动器
变频器及软起动器虽属于电机调速、起动装置,但其除具有控制、监测功能外还具有电机保护功能:(1)过载保护功能:引进了电流控制环,因而随时跟踪检测电机电流的变化状况。通过增加过载电流的设定和反时限控制模式,实现了过载保护功能,使电机过载时,关断晶闸管并发出报警信号。(2)缺相保护功能:工作时随时检测三相线电流的变化,一旦发生断流,即可作出缺相保护反应。(3)过热保护功能:通过内部热继电器检测晶闸管散热器的温度,一旦散热器温度超过允许值后自动关断晶闸管,并发出报警信号。
3.5 电动机微机保护
随着电力系统微机继电保护的不断发展,并由于其与传统保护明显不同的特点,微机保护在电机保护中得到不断发展应用。微机型电机保护装置只需要通过采集电机各序分量,经过计算就可判断保护动作与否,非常简单、实用和可靠。微机型电机保护装置逐渐被广大用户所接受,并逐渐取代传统的保护方式成为电机保护中的主流。
4 结语
电动机的保护应根据电动机的类型、功率大小、使用场合以及所拖动的生产机械的工作情况与重要程度等因素综合考虑。保护装置不能影响电动机拖动生产机械的正常工作。
参考文献
[1]天津电气传动设计研究所.电气传动自动化技术手册[M].第2版.北京:机械工业出版社,2005
[2]北京有色冶金设计研究总院.机械设计手册(第5卷)[M].第4版.北京:化学工业出版社,2002
[3]计鹏.工业电气安装工程实用技术手册[M].北京:中国电力出版社,2004
电机与电器控制实训报告 篇5
过这次实训使我明白了实操的意义：1.学生理论和实践相结合的理念得到深化。通过实训，学生可以了解社会上需要什么样的人才，自己需要怎样努力才符合社会和时代发展的需要；2.通过实训工作，全面认知所从事行业、岗位需要具备什么才能，自己做得怎样，是否符合自己的兴趣。如果符合，自己将从哪几方面努力。为自己将来的职业生涯规划作好承前启后的准备。如不符合，分析原因，是否可以通过实践改变，慢慢培养兴趣，如实在失之甚远，可以通过此次实训收获其他方面的所得；3.通过一系列的工作流程和工作内容性质的认识，联系自己专业，是否用上了自己的专业知识。通过这次实训，本人感觉自己基本上用到了学校里学到的知识；4.通过实训，可以全面了解自己解决问题的能力，自己的性格之中有那些需要改进的地方，知道自己适合什么行业发展。怎样培养独立办事和团体协作的能力，做到二者的辩证统一，以便适应今后工作的需要。
在实训过程中，我们也收获了快乐、与同学的快乐、与老师的快乐。因为每当自己或自己和同学完成了一个项目时，或多或少有些欣慰，会感到开心，休息时和老师的交流也是一种快乐。虽然四周实训不是很长时间，但对我今后的学习有很大帮助。这只是起点，终点离我们还有一定的距离，所以还是需要我们继续努力去走以后的路。而我们要把握好每一次的机会，错过了就再也找不回来了。
一．实训时应注意的问题 1.装接电路应遵循“先主后控、从上到下、从左到右” 的原则。2.布线应注意走线工艺，要求："横平竖直，变换走向应垂直、避免交叉，多线集中并拢，布线时，严禁损伤线芯和导线绝缘。3.导线与接线端子或线桩连接时，应不压绝缘层、不反圈及不露铜过长。并做到同一元件、同一回路的不同接点的导线间距离保持一致。每个接线端连线不得超过二根导线，按钮要求出线最少。4.热继电器的整定电流必须按电动机的额定电流进行调整。5.电动机和按钮的金属外壳必须可靠接地。使用兆欧表依次测量电动机绕组与外壳间及各绕组间的绝缘电阻值，检查绝缘电阻值是否符合要求。6.实训中要文明操作，注意用电安全，需要通电时，应在实训教师指导下进行。
二、电路检查 1.主电路检查：
（1）将万用表档位拨到R×1档或数字表的200Ω档（如无说明，主电路检查均置于该位置），将表笔放在U11、V11处，模拟KM获电吸合（按下KM），此时万用表的读数应为电机两绕组的串联电阻值。（2）将表笔分别放在U11、W11处和V11、W11处，模拟KM获电吸合（按下KM），读数应同上，为两绕组串联电阻值。2.控制电路检查：
将万用表档位拨到R×100（或10）档或数字表的2KΩ档（如无说明，控制电路检查均置于该位置），将表笔放在0、1两端，此时万用表读数应为无穷大，按下SB2不放，读数为KM线圈的电阻值。首先我们要设置好电路图，还有接线图，然后找相关的器件来安装！
安装时必须要清楚每个器件的功能和作用，还要检查它的好坏与否！装线的时候还要合理的布置每个器件的位置与空间，要不就会造成布线带来很大麻烦：一可能会导致用线过多 二可能会造成线路交叉 三可能会引起布线不雅观，而且可能布线的紧凑
所以不知器件的位置是一个重要考虑的过程，不能随心所欲！
在设置线路图的时候就必须考虑好每个器件线路的走法所向，考虑其走向是否交叉，应该如何走线才是最佳的走法，尽量使线路并排走，紧密凑合
经过这次的实训，我深刻地感受到真正达到实训的目的，因为该实训是由自己亲自设置线路图，并且由自己安装，自己检查线路，自己亲自操作完成实训要求的步骤！老师是不会告诉你哪里出错的~只有经过自己动手去检查、去操作~掌握各个器件的功能和操作~才能知道自己出错所在！
这是锻炼一个学生的查漏补缺的能力，遇到问题应该如何解决，从何下手去找出病因，尽快更改过来！真正把该门课学好~通过学生自己操作完成要求，一方面可以锻炼学生的表达能力，一方面还是一个学生锻炼模拟招聘面试，自我表达介绍自己的好机会！
我们实训的目的就是要求达到这样的效果，不仅使学生真正学到东西，还可以锻炼一个人的胆量和表达能力，更重要的是给同学们提前走向职业求职的现场最佳学习机会！在实训的过程中，我不仅学到了许多加工工艺方面的知识，更学到了课本上没有的知识。在实训的过程中遇到了不少问题，而犯的错误也不少，通过实训让我学会虚心求教，细心体察，大胆实践。任何能力都是在实践中积累起来的，都会有一个从不会到会，从不熟练到熟练的过程，人常说“生活是最好的老师”就是说只有在生活实践中不断磨练，才能提高独立思考和解决问题的能力；同时也培养了自己优良的学风、高尚的人生、团结和合作的精神；学会了勤奋、求实的学习态度。求实就是脚踏实地，求真务实，谦虚谨慎、介骄介躁、对知识的掌握要弄通弄懂，对技术的掌握要严守规范、严谨细致、精益求精！
电机控制与保护 篇6
关键词:电机拖动优化实验教学实践教学
中图分类号:G642文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)06(a)-0193-01
1 引言
随着科学技术的发展和大学教育中新开课程的加入,每门课程的学时数越来越少。为了适应这个发展趋势,也为了解决课程间不必要的重复,实现电机、拖动与电气控制三者之间的真正融合,学校组建了《电机拖动与控制》教学改革课题组。经过教改方案论证会,将实践环节作为该课程教学改革的关键环节,因此根据课程改革思路,对实践的项目、内容、方法进行了优化。以下为对该门课程实践教学的优化进行了总结。
2 实物实验教学环节的改革优化
对《电机拖动与控制》课程的实物实验教学环节进行了改革和优化,分别建设了电机与拖动控制实验室、软件仿真实验室。
2.1 电机拖动实物实验项目的优化
对我校自行设计研制的“DCKS-1型电机综合实验装置”根据《电机拖动与控制》教学内容(电机、拖动、电气控制环节等)进行了技术改造,拓宽了综合创新实验项目。根据实验教学大纲的需求将实验教学内容分为直流电动机起动、制动与调速;三相异步电动机自动往返控制;三相异步电动机常用起动方式;三相异步电动机能耗制动控制等六个知识模块,每个知识模块的实验项目由课堂示范项目、技能项目、综合创新项目构成。例,直流电机起动、制动与调速实验,在《电机学》课程实验教学中光是了解电机的起动方法,经过优化后在起动的基础上增加了电机的制动与调速内容,实现了电机、拖动与电气控制三者之间的真正融合。经过优化其余各实验模块,都能充分体现该课程实验教学内容的针对性。且在实验教学过程中充分发挥学生的主体作用和教师的主导作用,给予学生更多的自主权,把以学生为主体的思想贯穿与实验教学的全过程,激发学生对实验的积极性,在实验过程中教师尽量少讲,给学生更多的独立的机会。通过优化验证性实验项目进一步加深了学生对基本概念,基本原理的理解和应用;通过优化综合性、设计性实验项目,使学生学会了综合运用学到的知识。在基本实验完成后,进行一个由自己设计、基本实验基础上的延伸实验, 以培养和增强学生的动手能力,使学生能独立操作仪器设备,从而提高了学生解决工程问题、独立设计实验的能力。
2.2 软件仿真实验实验教学改革
在仿真实验教学中,将实验教学应用到课堂与现场实践教学相结合,两种实验教学方法的交互教学,使仿真实验的实验教学效果有了显著地提高。将仿真软件MATLAB中的SIMULINK同步应用于《电机拖动与控制》课堂教学中。如变压器负载运行仿真实验,直流电动机软起动仿真实验等,采用多媒体实验教学方式,将所讲内容以图、文、声、像、动画等多种形式呈现给学生,再配合老师的现场讲解和适当板书。仿真实验在课堂教学中的应用,加强了理论的实际应用和学生工程意识,并提高了学生的感性认识;利用现场实践仿真实验教学,以提高学生理论联系实际能力和创新能力,培养学生主动性、探索性、研究性学习的兴趣。《电机拖动与控制》仿真实验在西门子先进自动化技术联合示范实验中心的实验教学改革中的应用,得到了本校师生的广泛认同。
2.3 实验成绩的考核
实验成绩的有效评定是提高学生实验积极性和主动性的有效手段。过去实验报告评定实验成绩,很明显这种根据一篇实验报告来评定学习成绩是以篇概全,难以考查学生动手操作的能力,结果是实验成绩的评定流于形式,因此,根据实验的特点,实物实验项目、仿真实验项目采取定性与定量相结合,笔试与现场考评相结合的考核方法。
3 实践教学环节的改革优化
为了实现《电机拖动与控制》课程的实践教学环节的改革和优化,成立了与之配套的高水平实训室。如电机拆装与测试实训室、中高级维修电工实训室等。
3.1 实践教学环节的优化
实训的具体课题来源于生产实际,通过调查的反馈信息,其它学校项目的实训内容大多处在简单的模拟阶段,与实际相差甚远,因此应大胆改革。经过广泛调研、论证,主持制定和修订了自动化专业的人才培养计划,为了培养出高质量的具有高技能的应用型人才,在新的人才培养计划中,增设了四周的中、高级(各二周)维修电工实训,二周的电机拆装与测试实训。在维修电工实训项目中学生自行设计控制电气原理图,并加以论证、优化,从理论上证明其可行性;其次,进行布局规划、制作、安装、调试。最后,进行验收考核。在电机拆装与测试实训中,首先,学生根据课题的不同要求,查测各自电机的有关数据,针对不同型号的电机绘制绕组展开图和轴向示意图;结合理论及相关实验积累的知识,拟定多种方案和步骤。其次,绕制绕组、下线。最后,进行绝缘测试,测试通过后,可将引出线按照要求进行星型或三角形接法接线,接下来是试转、测试、浸漆,烘干后便可安装。在实训中学生充分发挥了自己的创造能力并提高了实际动手能力,改变了思维定势,培养了严谨务实,不骄不躁的学习和工作作风,体现了密切协作的团队精神。
3.2 实训成绩的考核
经过不懈努力,建立了中、高级维修电工实训体系,形成了分别以操作熟练程度、方案创新、实训最终产品等为主评定学生实训成绩的考核体系。在中级维修电工实训中,严格按照中级维修电工的要求进行各项目的动手训练,实训结束时,采取随机抽题现场操作的方法,主要根据操作情况以评定每个学生的维修电工实训成绩;在高级维修电工实训中,根据各项目小组设计方案的创新点、分工合作、实际完成情况评定学生实训成绩。在电动机拆装与测试实训中,三个同学为一小组互相配合共同组装一台异步电动机,最后通过试验测定组装的异步电动机质量作为评分的主要依据。
4 结语
通过对实物实验教学、实践教学的优化和改革,给学生提供了较好的动手实验场所和环境,该课程在校内初步形成了“理论教学现场化、实验教学层次化(多样化)、课设实训一体化”实践教学体系。把培养学生运用知识能力的培养贯彻于教学的全过程,将理论教学与实践教学并重对待,激发了学生的学习兴趣,提高了学生解决工程测试技术的能力和独立设计试验的能力,并拓展了学生的知识,培养了学生的综合素质。
参考文献
[1] 陆秀玲.电机拖动实验教学与学生综合素质的培养[J].职业技术教育,2008(8):35～36.
电机控制与保护 篇7
在传统的生产系统中,一直都是采用热继电器作为电机过载保护和控制的主要元件。但由于元件本身的局限性,其已无法满足生产现场对自动化控制的要求。为此,在我公司4万吨/年钼冶炼项目中,选择了苏州万龙ST-500M型电机保护控制器作为电机保护控制元件。它与交流接触器、软起动器、变频器等配合为低压交流电机回路提供了一整套集控制、保护、检测功能于一体的电气控制自动化解决方案,彻底取代了热继电器、热保护器、漏电保护器、欠压保护器、多种分列保护器,取消了中间继电器、辅助继电器、电流互感器、仪表、控制和选择开关、指示灯、可编程控制器等多种附加元件。
1 系统设计
在我公司4万吨/年钼冶炼项目中,DCS系统采用艾默生DeltaV系统,ST-500M通过Profibus协议总线实现与DCS系统间的数据通信。
ST-500M可满足电机起动器和DCS系统的所有要求。另外,ST-500M将每个电机起动器所有必要的保护、监视和控制功能组合在一个紧凑系统中,过程控制质量因此得到提高。
2 功能
ST-500M主要功能如下:
(1)产品为模块化结构,固定方式灵活多样。控制器由控制器本体、ST522显示操作模块、ST500手持编程器组成。控制器本体可独立运行,因此ST522显示操作模块、ST500手持编程器作为控制器的辅助产品,可根据具体要求选择。ST522显示操作模块在设备现场与控制器一对一配套使用,通过ST522可以显示测量信息、报警信息、故障信息,设定参数(保护定值、系统参数等),输入操作控制命令(如起动、停车等)。ST500手持编程器可用来对控制器进行参数整定和各种信息查询,其功能类似于ST522显示模块,但不需与控制器一对一配套,仅用于现场调整参数或维护查询。
(2)完善的电机保护功能。控制器对电机运行过程中的各种运行状况和采集的电量数据进行判断和运算处理,可实现过载、欠载、起动过流(堵转)、过流(堵塞)、电流不平衡(缺相)、接地/漏电、起动超时等可靠精确的保护,保证生产的安全性和运行的连续性。
(3)多种电机控制方式。控制器通过过程控制可实现不同的电机起动控制方式(可选直接起动、可逆起动、双速起动、电阻降压起动、Y/△起动、自耦变压器降压起动、软起动控制、变频器控制),并通过接触器辅助触点的状态反馈对接触器状态进行监测,保证电气联锁可靠。
(4)电机运行状态监测功能。控制器监测数据可经现场总线上传上位机进行集中管理,亦可通过安装在开关面板上的ST522B显示模块直接显示。这些信息包括电参量、运行状态等。
(5)通信功能。电机控制器通过通信接口与上位机管理系统进行通信,实现数据的传输。ST500系列可选择多种通信协议,如Modbus、Profibus-DP和Devicenet。
3 控制过程
控制分为本地和远程控制。本地控制是在现场的机旁控制箱上由人工操作控制;远程控制是由DCS系统发出指令控制电机保护器操作。控制器内的A继电器常闭接点串接在控制电机接触器KM的线圈回路中,在控制器得电工作时立即闭合,允许电机工作;当发生过载或皮带机跑偏等故障时,保护动作,A继电器接点断开,控制电机接触器KM失电,停车。故障修复后需按复位按钮方可清除故障指示和故障接点信号,同时需等待电机热容冷却到允许再次起动值时,控制器内A继电器才自动闭合,允许电机再次起动。
控制器提供装置失电/自诊断、故障跳闸等故障接点输出。自诊断接点在控制器得电正常工作时为常开,在控制器自检到装置故障或失电时变为常闭;故障跳闸接点为常开,只有当控制器检测到故障并按规定特性保护动作时变为常闭。
控制器可据用户需要增选电压功能、电机绕组热保护功能、漏电保护功能、4～20mA模拟量输出功能、通信功能等。
4 常见问题分析
在ST-500M型低压电机保护控制器的应用中,常见问题及应采取的措施如下。
(1)在停车状态下,ST-500会检测接触器的状态。若检测到接触器状态和初始控制器设置的初始状态不一致,控制器则会报接线错误故障。
检查方法:
①接触器的状态是否接入了控制器内部。
②接触器的状态是否和控制器内部接触器的状态一致,通常控制器内部的接触器初始状态设置为常闭。
③接触器的辅助触头是否完好(接触器触点是否切换)。
④DI输入点是否已损坏,短接DI和公共端1脚即可测试出。
(2)控制器接收到起动命令后,控制器检测相应接触器的状态是否发生转化,若没有,控制器则报起动失败。
检查方法:
①进入故障信息查询,查看A、B、C相接触器哪个吸合失败,然后检查该辅助触头是否接入。
②检查接触器的辅助触头是否完好(接触器吸合后)。
(3)起动命令发出后无反应。
①检查是否有接线错误。
②检查是否存在故障。
③检查是否正在冷却。
④检查操作权限是否正确。
(4)转换开关无法切换控制权限。
①一级菜单“起动参数设置”中的“控制权限”是否设置在“禁止”。
②检查转换开关是否正常。
③检查#32端子(本地/远程)是否损坏。
(5)起动后立即返回原始界面。产品带电压表功能时,若外界没有接入电压,则可能出现此现象。把电压表功能暂时关闭,可解决此故障。
5 结束语
ST-500M型低压电机保护控制器在我公司4万吨/年钼冶炼生产系统中得到广泛的应用,目前运行状况良好,实现了电气自动化系统的安全稳定运行。
参考文献
电机控制与保护 篇8
综合型智能马达控制器是一款在低压配电系统中应用广泛的低压电动机保护装置。产品与接触器、软起动器、塑壳断路器配合为低压交流电动机回路提供了一整套集控制、保护、监测和总线通信于一体的专业化的解决方案,取代了热继电器、热保护器、漏电保护器、欠电压保护器等多种分列保护器,取消了时间继电器、中间继电器、辅助继电器、电流互感器CT、仪表、控制和选择开关、指示灯、可编程控制器、变送器多种附加元件,是智能化低压马达控制中心MCC的理想选择。近年来在电力、石化、轻工、煤炭、纸业、钢铁等多行业得到了广泛的应用。然而,由于其设计、制造等因素,当被保护电动机的一次电流大于250 A时,需要采用外部保护级电流互感器,保护精度5P10。这就造成在现场的实际安装调试过程中,由于安装人员的疏忽导致外部保护电流互感器用错精度等级的情况,下面要介绍的就是针对一起因马达控制器保护CT配置问题导致电机烧毁的事故[1,2,3,4,5]。
1 事故简介
2009年6月6日14时,#1、#2、#3、#4机组正常运行,#4机组浆液密度升高,进行排浆脱石膏操作。14时03分43秒,启动脱硫#1真空泵过程中发现,电机电流大(336 A)且有波动现象,14时05分,火灾报警盘发“脱硫楼火灾报警信号”,就地检查#1真空泵,发现真空泵电机及开关处有浓烟冒出。立即对#1真空泵电机以及开关进行灭火工作,并通知消防人员,14时20分,着火处熄灭。
事故发生后检查,真空泵电机电源开关在“跳闸”位,检查空气开关断口绝缘电阻(A相78 MΩ,B相198 000 MΩ,C相202 000 MΩ),电机电缆绝缘为零。
真空泵电机开关接触器烧毁,接触器处二次电缆及马达控制器外部保护CT烧毁。电机解体后发现线圈及接线盒出线电缆烧毁。现场故障后设备损坏情况如图1所示。
2 原因分析
2.1 事故根本原因
#1真空泵存在堵转现象,启动过程中造成真空泵电机(额定电流284 A)启动电流大(根据6 kV电源进线电流变化情况,换算至380 V侧电流1 300 A左右,相当于5倍额定电流),维持时间155 s,由于电机电流超过额定值且电机堵转,冷却效果降低,造成电机线圈温度及电机接线盒处电缆接头迅速升高,绝缘降低,电机内部短路,又由于电机接线盒出线处电缆与接线盒直接接触,绝缘存在薄弱点,进而造成接线盒处电缆相间短路,电流急剧上升,引起电机及接线盒着火,此时短路电流已超过接触器最大分断电流(900%Ie=2 556 A),造成接触器烧毁,电源开关跳闸。
2.2 具体原因分析
2.2.1 设备参数
1)真空泵电机参数如表1所示。
2)真空泵电机保护配置见表2、表3、表4。表3马达控制器保护配置表
注:表中1)表示长延时过流保护整定值按照0.8倍接地电流整定;2)表示瞬时过流保护整定值按照9倍长延时电流整定;3)表示接地保护整定值按照0.9倍断路器额定电流(630 A)整定。
2.2.2 正常情况下动作分析
1)当电机发生堵转,继而引发的短路故障情况下,动作过程如下:
(1)当故障电流小于200%Ie时,马达控制器不动作;(2)当900%Ie大于故障电流大于200%Ie时,马达控制器堵转保护延时15 s动作跳闸断开接触器,切断故障电流。如果在15 s之内,电流下降至200%Ie以下,马达控制器不动作;(3)当故障电流大于900%Ie时,由于此时故障电流已超过接触器的最大分断能力,马达控制器堵转保护不跳闸只报警,直到电流跌落后再分断;(4)当故障电流大于Isd时,由于此时电流已远超过900%Ie,接触器不动作,由空气开关瞬时过流保护动作,切断故障。
上述内容中,Ie为电机的额定电流284 A;200%Ie为电机堵转保护动作值568 A;900%Ie为接触器最大分断电流值2 556 A;Ir为长延时过流保护整定电流值400 A;Is d为瞬时过流保护整定电流值9Ir=3 600 A。
2)故障短路电流计算如下:
脱硫公用变压器的参数为:Se=630 k VA、Ue=6.3/0.4 kV、Uk%=6%;#1真空泵电缆参数为:2根ZRVV-1、3×150 mm2、长度为70 m。
经计算:脱硫380 V公用段母线短路三相短路时,短路电流为15.13 k A;脱硫380 V公用段母线短路两相短路时,短路电流为13.10 kA;#1真空泵电缆末端发生三相短路时,短路电流为10.57 kA;#1真空泵电缆末端发生两相短路时,短路电流为9.15 kA;#1真空泵电缆末端发生单相接地短路时,短路电流为3.52 k A。
2.2.3 马达控制器未动作原因
1)根本原因
由开关故障时的录波电流分析,显示故障电流336 A,但根据6 kV电源进线电流变化情况,换算至380 V侧电流1 300 A左右,相当于5倍额定电流。事后分析,出现此现象的原因为马达控制器外配CT饱和,并且通过试验对其进行了验证。按照原厂家说明书要求当马达控制器保护的电动机一次电流大于250 A时采用外部保护级电流互感器CT40,保护精度为5P10,而现场安装的电流互感器为CT40 400/5 A,保护精度为0.5级,不能达到保护的目的,不满足保护配置要求。因此,当一次侧出现短路电流或大电流极易造成CT饱和。
2)具体原因
(1)马达控制器电机堵转保护不动作原因:动作电流为200%电机额定电流,即568 A,且当故障电流大于设定的最大分断电流(900%Ie=2 556 A)时,堵转保护不跳闸只报警,直到电流跌落后再分断。由于经过故障电流后CT饱和,反馈至马达控制器的电流只有336 A,小于马达控制器堵转保护动作值(200%Ie=586 A),因此堵转保护不动作。(2)马达控制器过载保护不动作原因:马达控制器K系数选择为600,由表4分析可知,由于CT饱和反馈至马达控制器的实际电流为额定电流的1.2倍,因此,动作时限为60 min。(3)马达控制器接地保护不动作原因:由于电机电流大,造成电机线圈匝间绝缘损坏,未形成接地故障,因此,接地保护不动作。
2.2.4 空气开关动作分析
1)空气开关动作方式有两种,分别为:分励线圈MX脱扣;脱扣器STR43ME保护动作脱扣。
2)分励线圈未脱扣原因:由于分励线圈动作指令取自马达控制器输出,由于故障发生时,马达控制器外部保护CT饱和,故障电流只有336 A,因此,马达控制器未发出跳闸指令,空气开关不跳闸。
3)空气开关长延时过流保护不动作原因:长延时动作电流为0.8倍额定电流400 A,当故障电流大于Ir时,由于电机采用直接起动方式,起动电流为(5～7)Ie,长延时保护要考虑躲避起动电流,因此,长延时过流保护动作时间要远大于电机的起动时间15 s;而故障时的实际电流1 300 A,虽然达到动作值,但长延时保护要考虑躲避起动电流,因此空气开关长延时过流保护不动作。
4)空气开关最终动作原因:真空泵电机承受堵转电流1 300 A,维持时间155 s,电机电流远超过额定值且电机堵转,冷却效果降低,造成电机线圈温度及电机接线盒处电缆接头迅速升高,绝缘降低,电机内部短路,又由于电机接线盒出线处电缆与接线盒直接接触,绝缘存在薄弱点,进而造成接线盒处电缆相间短路,电流急剧上升,引起电机及接线盒着火,此时短路电流超过断路器瞬时过流保护电流Isd=3 600 A,电源开关跳闸。
2.2.5 接触器烧毁原因
电机经过155 s的堵转电流以后,形成相间短路,短路电流已远远超过接触器最大分断电流(900%Ie=2 556 A),因此,造成接触器烧毁。
3 防范措施
综上分析,为保证设备的安全可靠运行,应从以下几个方面采取防范措施:
(1)将马达控制器外部保护配置电流互感器更换为保护精度为5P10级,并排查其他同类马达控制器保护配置CT,对不满足保护要求的予以更换,以消除由此带来的隐患;
(2)结合电机工况,核对保护定值,并研究断路器及马达控制器的保护配合是否合理,完善保护定值;
(3)加强启动前、启动过程中检查,并监视启动后设备的运行参数,发现参数异常,及时停运,防止事故发生及扩大。
4 结语
马达控制器作为一种在低压配电系统中应用广泛的低压电动机保护装置,比以往热继电器、热保护器、漏电保护器、欠电压保护器等多种保护器配合使用方式具有很大的优势,但在应用过程中,应注意其自身电流互感器以及外置电流互感器的等级,防止由于等级配置不合理而引发事故。
参考文献
[1]严刚,郭英臣.智能马达控制器在发电厂的应用[J].华电技术,2008(3):48-51.
[2]程玉标,李云宏.ST500马达智能控制器在工业生产过程控制中的应用[J].江苏电器,2001(5):10-16.
[3]陈晓云.智能马达控制器在发电厂的应用[J].广东科技,2008(10):58-59.
[4]郭耀珠,石光,刘华,刘巍.保护用电流互感器10%误差曲线现场测试及其二次负载校核[J].电力系统保护与控制,2008(23):101-104.
电机控制与保护 篇9
单片机在各个领域、各个方面都得到了广泛地应用,主要有:智能化仪器仪表、实时工业控制、计算机智能终端等。本论文是为高速冲床设计的一附加控制系统棗电机铁芯扭槽叠扣冲压控制系统,选用单片机来设计该系统,即可以降低成本,又可以提高系统的可靠性和稳定性。在电机铁芯的加工过程中,可以根据用户要求对参数进行设定。如果发生掉电,将会中止正在进行的加工,导致信息的全部丢失。在重新加电后,由于信息的丢失,将不能继续对铁芯进行加工,因此在该控制系统设计过程中,采取掉电保护措施是需要重点考虑的问题。
2 控制系统的硬件设计
普通电机的定、转子铁芯的冲压及叠片通常由高速冲床来完成,而在微特电机和中小型电机中,铁芯往往制作成扭槽,即将转子或定子槽口扭斜成一定的形状,如图1所示。
要实现对电机扭槽的加工,仅靠高速冲床显然是不能完成的,因为扭槽模具每冲一片后需要移动一个步距到达另一个特定位置,再冲另一片,连续冲出的铁芯片,经叠压后,才能形成所要求的扭槽形状。为实现此功能,必须设计一控制系统以配合高速冲床来完成[1]。
电机铁芯扭槽叠扣冲压控制系统是为实现模具加工智能化控制要求,为企业设计的实用性产品,其要求是对高速冲床附加一智能模具控制器。控制系统的硬件组成电路如图2所示,由SM8954A单片机、可编程并行接口8255、地址锁存器74ALS373、AT93C46EEPROM、步进电机和电磁阀、液晶模块显示电路和键盘等组成。AT93C46 EEPROM芯片用于掉电保存控制系统设置的参数。
3 掉电保护电路的工作原理
本控制系统的掉电保护电路功能要求是在控制系统电源发生故障时,能在掉电瞬间保护单片机当前的各种状态信息,在电源正常供电之后,数据没有丢失,CPU的工作状态可以恢复,程序可以继续执行。考虑到需要保存的数据量、擦写次数以及硬件成本等因素,为了能更好地解决这一问题,本控制系统在进行硬件设计时,采取在单片机外部接一串行EEPROM芯片AT93C46来记录系统参数,硬件电路连接如图3所示。
AT93C46是Atmel公司生产的低功耗、低电压、电可擦除的可编程只读存储器,采用CMOS工艺技术制造并带有3线串行接口,具有1KB的容量。该存储器可靠性高,能够重复写100万次,采用8脚DIP封装,与并行的EEPROM相比,AT93C46可大大节省印制电路板空间,并且接线简单,因而得到了广泛的应用。
AT93C46存储器芯片的引脚排列如图4所示,各引脚的功能如下[2]:
CS:片选信号,高电平有效,低电平进入等待模式。在连续的指令之间,CS信号必须持续至少2500ns的低电平,才能保证芯片正常工作。
SK:串行时钟信号。在SK的上升沿,操作码、地址和数据位进入器件或从器件输出。
DI:串行数据输入。可在SK的同步下输入位、操作码、地址位和数据位。
DO:串行数据输出。可在SK的同步下读周期时,用于输出数据。
VSS:接地。
VCC:接+5V电源。
在掉电保护硬件电路中,LM393为电压比较器,稳压管提供的基准电压使得电压比较器正相输入端电压为3.4 V。系统正常工作时,在电阻R3上分压使得电压比较器的反相输入端的电压小于3.4V,因此,LM393输出高电平,未产生中断;当系统掉电的瞬间,反相输入端电压大于正向输入电压,L M 3 9 3输出低电平,在P3.3引脚产生中断,通过掉电保护中断子程序,把系统需要保护的信息写入AT93C46 EEPROM,提高了系统的可靠性。
4 掉电保护中断服务程序设计
在控制系统掉电发生时,掉电保护电路要能及时产生掉电中断信号给单片机,以便执行掉电中断处理程序,保存系统中的数据和运行的状态。系统重新上电则进行掉电恢复,即恢复系统中的数据并恢复到掉电前的运行状态。
在本控制系统中,当掉电时,在外部中断1产生中断,转入掉电保护中断服务程序,自动保存设定参数及当前计数值。
程序流程图如图5所示。
5 结束语
该控制系统满足了国内尤其是江苏中小型电机铁芯生产企业的发展需求,自应用到生产中以来,系统在运行过程中,也遇到了掉电的情况,但系统重新上电后能重新恢复参数,可靠性很高,更适用于中小型电机铁芯生产企业,为企业降低了成本。
参考文献
[1]袁丽娟等.电机铁芯扭槽叠扣冲压控制系统[J].电加工与模具,2005,(10):50-52.
电机控制与保护 篇10
发电机转子接地故障是发电机运行中最常见的故障现象, 发电机转子一点接地时, 接地点与转子绕组间未形成闭合通路, 励磁绕组参数并未发生明显变化, 对发电机的正常运行没有明显影响, 发电机可继续运行一段时间。然而, 若在一点接地故障已存在的情况下出现第二点接地故障, 故障部位将会有很大的电流流过, 此电流可能导致转子本体出现烧伤或烧毁, 同时发电机励磁绕组还可能在短接状态下出现气隙磁通的非平衡变化, 由此引起发电机振动而导致保护动作跳闸停机, 影响机组运行安全。为了减少发电机转子接地造成的影响, 必须在一点接地时就尽快查明原因, 消除一点接地, 从而防止发生两点接地。
1 发电机转子接地的危害
在发电机运行中, 可能导致转子接地的原因主要有以下几方面: (1) 工作人员在励磁回路工作过程中操作失误; (2) 发电机转子滑环、顶部或引线部位出现绝缘性损坏问题; (3) 发电机转子长时间持续性运行过程中所产生的通风孔局部堵塞或绝缘垫片位移; (4) 励磁回路积聚碳粉较多, 绝缘子脏污。
发电机转子接地有一点接地和两点接地。当转子出现一点接地时, 因为对地并没有形成电流通路, 也就没有电流流过故障点。此时仅是励磁绕组对地绝缘有降低的趋势, 对发电机正常稳定运行的影响较小, 机组还能继续运行。当转子出现一点接地故障后, 若运行维护人员没有及时进行有效处理, 发电机仍继续运行, 则转子励磁绕组的绝缘水平会显著降低, 有可能引起其他部位出现接地故障, 进而导致发电机转子出现两点接地故障。发生两点接地时, 转子绕组将会发生局部短路, 励磁电流将会增大。若此种状态下的绕组短路匝数比较多, 发电机绕组中的主磁通将会有所减少, 导致发电机输出无功功率下降。此外, 受到发电机转子磁场出现畸变的影响, 转子气隙中原有的磁势对称性也会遭到较为严重的破坏, 由此引发不平衡力矩, 最终导致机组发生振动, 被迫停运。因此, 当发电机转子发生一点接地时, 必须及时予以消除, 以有利于机组稳定运行。
2 发电机转子接地保护的基本原理
为确保运行人员在发电机运行过程中能够对转子的绝缘状态进行实时监测与分析, 在发电机保护中配置了转子接地保护, 其原理是在发电机转子绕组与大轴之间叠加一个恒定直流电压, 并在输入模块作用下完成对转子绝缘的监测。一般情况下, 直流输出电压与发电机转子绝缘值呈一定的比例关系, 发电机接地保护采集此比值作为机组跳闸启动信号, 经延时后如故障仍然存在, 则出口跳闸。在发电机正常运行时, 测量装置轮流测量转子绕组正负极的对地电流实时参数, 根据所测定参数对转子绕组以及励磁回路对地电阻值进行计算, 并据此对发电机绕组接地故障的具体位置以及接地电阻的数值做出分析与判断。一点接地时, 保护装置根据分析结果判断为一点接地, 从而发出报警信号, 如果发生一点接地后未及时进行处理, 随后若转子绕组继续出现接地故障, 则保护装置所测得的接地点位置参数会有相应的变化, 当接地点位置参数变化值超过保护整定值时, 保护装置即判定发电机转子已出现两点接地故障, 就会启动跳闸。
发电机转子绝缘降低时, 如不及时处理, 随着绝缘的降低, 也可能发展为接地性故障, 影响发电机安全运行, 因此在发电机保护中应增加发电机转子绝缘保护。转子绝缘保护通过添加一个专门的连接方波信号于转子回路系统, 在特定的测量周期作用下 (测量周期的长短与发电机系统所产生的实时脉冲频率相关, 极限值多为数分钟以内) , 连接方波信号装置所测定的结果以电压量的形式在“慢模拟输入”功能的作用下, 于独立的处理单元中进行处理, 在此基础上按照一定的频率进行采样、整定, 若连续多个采样点所测量到的实时电阻值均小于整定值, 则将自动提供保护启动量并延时。假如经延时后发电机转子绝缘故障仍然存在, 则将出口跳闸。
3 发电机转子接地保护动作的检查分析与处理
3.1 发电机转子一点接地故障检查分析及处理
当发生一点接地故障时, 未形成畅通的电流回路, 故障位置经测定无电流流过, 这也就使得转子回路和励磁装置运行仍然有效与可控, 从而对机组的正常运行没有较大的影响, 保护系统仅发出报警信号。此时的处理措施应当关注“转子一点接地保护信号能否自动复归”。一般情况下, 若转子一点接地信号能够自动复归, 则应当判定发电机转子接地保护动作故障为瞬时性接地故障;若转子一点接地保护信号无法自动复归, 则应当继续对转子接地保护装置进行检查, 检查其正常还是误动, 如保护装置正常, 运行维护人员就要对转子绕组绝缘进行测量, 根据测量结果进行分析判断;在测定发电机励磁绕组单极对地电压下降至很低且另一极对地电压上升至全电压值的情况下, 可判定发电机转子确实存在一点接地故障。
转子一点接地的处理措施: (1) 对发电机励磁回路装置控制方式进行检查, 如是手动控制方式引发故障的可能性, 则及时进行纠正处理。 (2) 检查励磁回路各部位元件是否存在外观性损伤以及脏污接地, 若存在外观性损伤, 则对相关元件进行修补或更换处理;若存在脏污接地, 则对相关部位进行吹扫处理。 (3) 对发电机转子及励磁系统各有关回路进行外观检测, 进而在停用整流柜装置的基础上就转子所存在一点接地事故是否由整流柜直流回路接地故障所引起进行检查处理。 (4) 查明接地是在测量回路还是在励磁回路, 根据所在位置采取相应的措施。 (5) 对属于金属性接地且无法判明故障所在位置的一点接地故障, 运行人员需加强监视, 同时将两点接地保护启动跳闸压板投入, 并在停机状态下进行全面的检查处理。 (6) 在发电机转子一点接地的情况下, 若机组同时表现出失步或欠励磁运行, 则应当判定发电机转子接地故障已发展成为两点接地, 需立即停机进行后续处理。
3.2 发电机转子两点接地及层间短路故障检查分析及处理
当发电机转子出现两点接地及绕组层间短路故障时, 转子电流会显著增大, 转子电压和定子电压显著下降。与此同时, 发电机无功功率显著降低, 功率因数显著增大。与一点接地故障一样, 转子两点接地及层间短路故障时, 发电机保护信号系统发出“转子一点接地”报警信号, 此状态下机组振动尤为明显。在长时间且持续性的运转及振动中, 机组可能出现失步或失磁, 进而导致发电机保护系统动作跳闸而停机。
在对两点接地故障处理前, 运行维护人员首先应注意2个问题: (1) 假设发电机转子两点接地中的某一点发生于转子绕组装置内部, 那么转子装置中部分绕组也会同时出现过热, 甚至损毁。 (2) 转子两点接地故障势必会导致机组磁场对称特性遭受极为严重的破坏, 致使机组产生强烈振动, 最终导致机组跳闸停机。从此角度上来说, 故障处理应当重点关注以下几个步骤:第一, 运行人员发现发电机转子出现两点接地故障的第一时间应对机组做紧急停机处理;第二, 如果“转子一点接地”信号未发出, 由于转子层间短路引起机组振动超过允许值或转子电流明显增大时, 运行人员应当立即采取减小负荷的方式进行处理, 使机组振动和转子电流减少到运行限制范围内;第三, 若以上处理均无效, 则应当申请停机, 进行全面检修处理。
4 结语
通过以上分析说明, 在发电机转子接地保护动作后, 对发电机转子及励磁系统进行检查与分析, 使运行维护人员掌握各种接地故障相应的处理措施, 以便在转子发生接地故障时能够及时进行有效处理, 保证机组安全稳定运行。
参考文献
[1]李伟力, 周封, 侯云鹏, 等.大型水轮发电机转子温度场的有限元计算及相关因素的分析[J].中国电机工程学报, 2002, 22 (10)
[2]路义萍, 郑国丽, 韩家德, 等.副槽及出风口结构尺寸对汽轮发电机转子三维温度场的影响[J].中国电机工程学报, 2011, 31 (26)
[3]刘占生, 黄森林, 苏杰先.基于非对称模型的发电机转子—轴承系统动力特性分析[J].中国电机工程学报, 2002, 22 (1)
电机控制与保护 篇11
关键词： 《电机与电气控制技术》 案例教
《电机与电气控制技术》是中职学校电子电工专业核心课程。学好本门课程，能够提高学生电气技术能力，同时有助于学生顺利通过维修电工资格证考试。本门课程具有较强的实践性，是一门与生产实践紧密相关的学科，采用案例教学法，使得枯燥无味的理论知识变得生动有趣，更具有实践性和应用性。在讲授本门课程中重点章节“继电器——接触器控制系统”时，以电梯的应用为教学案例，说明接触器应用常见故障问题。
一、教学案例引入
电梯故障主要有两种类型：第一种是电梯运行突然停止，困住乘客，第二种是电梯失去控制急速上升或者坠落，发生乘客受伤甚至死亡等严重事故。因此，我们应该高度重视电梯故障排查与维修，避免电梯事故的发生。
电梯运行中所发生的故障主要是由于机械故障或者电气线路问题所引发的。电梯接触器控制系统常见故障体现为：电梯基站处钥匙开关闭合后，电梯不自动开门，可能是由于钥匙开关处接触器线路出现问题，比如断路或者接触不良等；电梯层站按钮灯失灵，可能是由于电梯层站接触器处出现问题，比如继电器故障或者线圈断开等；电梯基站方向箭头灯不亮，可能是方向继电器出现故障；选择关门按钮与开门按钮时，电梯门不关与打开；已选择电梯需要到达的层站，但是电梯并不启动，可能是运行继电器存在问题；电梯到达所选择楼层，电梯门打不开，可能是开门继电器出现故障；电梯上升或者下降速度降低，可能是三相电源有一路出现故障或者接触器出现问题等。
二、案例教学法在理论教学中的应用
向学生举例电梯运行可能出现的故障现象后，紧接着教学重点集中于故障问题及维修理论知识教学。
（一）继电器触点系统故障检测和维修
继电器实施部件是触点系统，触点系统通过断开与闭合实现对机械的控制。触点系统由于过热、损耗及熔解等因素而引发故障。触点表面被氧化或者存在杂物，触点压力不强等因素可能会使触点系统过热；触点系统损耗过大可能是使用年数太长或者使用频率太高等因素造成；触点系统熔解发生的主要原因是触点开关频率太高或者电弧温度太高等。
触点系统故障检测和维修的步骤为：第一步，打开继电器，检查触点系统表面；第二步，如果触点系统表面氧化严重，用刀片将氧化物去掉，或者用锉刀锉掉氧化物，减少电阻摩擦发热问题的发生；第三步，如果触点系统表面存在杂物，则用四氯化碳等清洁物清理掉表面杂物；第四步，如果触点系统表面存在轻微磨损，不建议利用砂布磨平表面，这是因为砂布擦磨表面，可能会残留砂粒而给触点系统造成新的安全隐患，建议用油光锉整修触点表面；第五步，如果触点系统存在熔解问题，造成触点熔解，大多是由于承载的电流太小引发，因此，可以替换容量更大的的接触器，
（二）继电器电磁系统故障检测和维修
1.线圈故障检测和维修
继电器线圈存在问题表现为：继电器线圈由于绝缘体损坏而使得线路内铜线暴露；继电器线圈内部出现匝间短路情况；继电器线圈发热烧坏线路，呈现黑糊色；线圈接触不良等。线圈维修过程中，可以对线圈重新环绕，在环绕时要特别注意环绕线与线之间的距离，注意环绕匝数。线圈通电后磁铁对其吸引并不强，可能是线圈连接处接触不良，仔细检查确定脱落处，对其焊接连通就可以。
2.磁铁芯检测维修
磁铁通过后，磁铁对线圈的吸引力并不强，造成这种情况的主要原因是线圈出现故障或者接触点接触不良，检测与维修如上述步骤去处理就可以。
通电后，如果磁铁运行噪声太大，这可能是磁铁芯内存在油污或者动、静铁芯接触表凹凸不平。如果磁铁芯存在油污，维修时将线圈取出，用清洁物清理掉油污后，重新恢复到线圈环绕原状。如果是动磁铁芯或者静磁铁芯接触表凹凸不平，维修时将线圈取出，利用锉刀挫平接触面，最后恢复线圈环绕原状。
通电后，继电器噪声相当大，可能是由于存在短路线路引发的，维修时仔细检测确定短路线路位置，然后排除短路线路就可以。
电机控制与保护 篇12
转子作为发电机重要部件, 如果发生两点接地故障且不能及时得到处理, 不仅会造成重大设备事故, 而且会影响电力系统的安全运行, 造成较大经济损失。
某电厂3#发电机组自投产后运行一直正常, 从未出现转子一点接地异常现象。2013年12月21日, 3#机组在运行过程中发生转子一点接地报警, 时间不到2s, 再一次发生转子两点接地跳闸。检修人员对励磁一、二次系统进行了排查、分析, 最后查找出故障位置, 消除了机组隐患。
1 转子接地原因分析
转子绕组接地的原因是多种多样的, 从转子接地故障统计资料分析, 主要原因有以下几方面: (1) 转子本体及附件绝缘损坏:转子槽口绝缘损坏、转子槽绝缘和端部绝缘损坏、转子引线绝缘损坏等引起接地。 (2) 励磁滑环引起的绝缘降低:碳粉贴粘在集电环两极, 导致集电环碳化, 绝缘下降;碳粉将滑环通风孔局部堵塞, 使滑环绝缘局部过热老化引起绝缘降低。 (3) 励磁一、二次回路绝缘不良:功率柜、灭磁柜内一次/二次回路及引出线接地、脏污、过热引发的励磁回路绝缘不良。 (4) 保护装置误动或损坏。
2 接地故障点的查找
2.1 保护装置动作可靠性校验
该发电机组配置许继电气WFB-810系列微机型发电机成套保护装置, 转子接地保护为转子一点接地加两点接地保护, 其定值如表1所示。
经试验人员校验, 保护装置动作正确, 不存在装置损坏的情况。
2.2 励磁滑环的检查及清扫
用500V摇表摇测发电机励磁滑环绝缘合格, 未发现异常;对碳刷、碳握刷架及通风孔进行检查, 有大量碳粉聚积, 对滑环进行了彻底清扫。
2.3 励磁一、二次回路的检查
用500V摇表摇测灭磁柜内二次回路、功率柜直流侧引出线绝缘合格, 未发现异常。随后将励磁滑环所有碳刷取出, 拉开两台功率柜直流侧刀闸, 从端子上拆除进保护装置的转子电流接线, 所有安全措施做好后, 合上灭磁开关, 给励磁回路通直流电, 主控直流系统绝缘监察装置未报接地异常, 说明整个励磁回路绝缘正常。
以上检查完毕后, 启动机组 (启励, 未进行并网操作) , 转子接地仍存在, 停运机组, 继续查找故障点。
2.4 对转子本体进行交流阻抗测试
如果转子绕组出现匝间短路, 则转子绕组有效匝数就会减少, 其交流阻抗就会减小。因此, 通过测量转子绕组交流阻抗, 与历次试验数据相比, 就可以有效地判断转子绕组是否有匝间短路。
在排除了转子外回路 (主要指励磁回路) 接地的情况后, 在汽轮机不同转速下给转子绕组加100V的电压, 测试转子在不同转速下的交流阻抗。测试情况如表2所示 (CT变比:50/5;测试温度:风温23℃) 。
机组交接测试报告中, 转子在不同转速下的交流阻抗测试数据如表3所示 (CT变比:50/5;测试温度:25℃) 。
《电力设备预防性试验规程》对转子交流阻抗试验规定如下:在相同试验条件下, 与历年数据比较, 不应有显著变化。
通过比较两组试验数据, 转子在不同转速情况下, 试验数据变化不大, 可以排除转子绕组接地的可能。
根据上述检查结果, 经过认真分析, 确认转子接地的故障点仍在励磁回路上。通过对励磁回路检查情况进行梳理, 没有检查的部位只有功率柜整流模块及交流回路, 如整流模块存在故障, 运行过程中应报“整流故障”, 可排除整流模块的问题, 由此决定对功率柜交流回路进行检查。
2.5 功率柜交流侧回路的检查
机组零起升压至发电机额定电压90%, 用万用表测量功率柜交流侧电源电压 (两台功率柜并联运行) , 结果如表4所示。
从测试的电压数据分析, 功率柜交流侧线电压平衡, 说明励磁变正常;三相对地电压不平衡, 可确定功率柜交流侧A相电缆及其附属回路绝缘不良, 导致A相接地。
机组停运后, 拉开两台功率柜交流刀闸, 用500V摇表分别摇测两台功率柜交流刀闸上口绝缘合格, 说明交流回路绝缘正常;用500V摇表摇测功率柜交流刀闸下口绝缘, A相电缆对地为0。
组织相关技术人员进行分析, 可以确定A相电缆绝缘降低是引起转子接地的原因。更换完电缆后, 机组启动成功。
3 接地原因确定及总结
励磁交流回路绝缘降低引起转子接地, 分析其原因首先要了解3#机组励磁方式和转子接地保护工作原理。
3#机组采用的是自并励静止可控硅励磁方式, 其转子电流由可控硅全桥整流桥提供, 其整流桥电源由在发电机端的励磁变压器供给, 励磁调节器控制可控硅导通角的开度, 起到自动调节发电机机端电压的作用。
当全控桥式整流电路工作在整流状态时, 将交流电转变成直流电, 其原理图如图1所示。
从硬件上来看, 整流回路交流侧与直流侧无直接联系, 交流侧回路绝缘不良, 对直流侧无任何影响, 但实质上整流回路交、直流侧是通过电相联系的, 只要两个桥臂可控硅顺序被触发导通, 交流侧与直流侧就建立起回路关系, 交流侧有问题势必会影响直流侧。此外, 励磁变低压侧为典型的不接地系统, 发生在低压侧的单相接地故障不会改变线电压之间的大小和相位, 也就不会改变励磁电压的大小。因此, 发生在励磁变低压侧的单相接地故障不会导致发电机失磁保护动作。
保护装置转子接地保护采用乒乓式开关切换原理, 通过求解两个不同的接地回路方程, 实时计算转子接地电阻阻值Rg和接地位置α。实质是在发电机运行时轮流测量转子绕组正极、负极的对地电流, 并根据测得的结果计算出转子绕组或励磁回路的对地电阻, 从而判断出接地故障的位置及接地电阻的量值。原理如图2所示。
S1、S2—由微机控制的电子开关Rg—接地电阻α—接地点位置E—转子电压4个R—降压电阻R1—测量电阻
当S1闭合、S2打开时, R1两端的电压为U1;当S1打开、S2闭合时, R1两端的电压为U2;ΔU=U2-U1, 通过求解两个不同的接地回路方程, 可以实时计算接地电阻和接地位置:
当Rg小于或等于接地电阻整定值时, 经延时发转子一点接地信号。在转子发生一点接地故障后, 保护装置继续测量接地电阻和接地位置, 此后若再发生转子另一点接地故障, 则已测得的α值变化, 当其变化值Δα超过整定值时, 保护装置就确认为已发生转子两点接地故障, 发电机被立即跳闸。保护判据为:
式中, αset为转子两点接地位置变化整定值。
机组在正常运行的情况下, 其导通角60°<β≤90°, 转子电压输出波形如图3所示。
图3 (a) 为相电压波形, 图3 (b) 为60°<β≤90°时的转子输出电压波形。从输出电压波形不难看出, 每隔60°依次向共阴极组或共阳极组的可控硅元件施加触发脉冲, 则每隔60°就有一个桥臂的元件触发换流, 每周期内每桥臂元件导电120°, 转子得到的线电压依次为:uab-uac-ubc-uba-uca-ucb。
当交流侧A相电源接地时, 在一个周期内桥臂+A可控硅导通, 报转子正极接地;桥臂-A可控硅导通, 报转子负极接地。励磁绕组在一个周期内将交替出现“正极接地”、“正常”、“负极接地”、“正常”的循环状态。如果不考虑转子接地继电器的响应时间, 则接地继电器就会不断“动作”、“复归”、“再动作”、“再复归”, 而动作持续时间约6.667ms, 复归持续时间约3.333ms。因此在实际装置中, 当转子接地保护的返回时间大于3.333ms时, 保护装置报转子一点接地。
但由于乒乓式两点接地保护固有缺陷, 在开关频繁切换过程中过渡电阻的变化会使接地点位置的计算产生误差, 造成一定的接地点位置变化, 从而对两点接地的判断产生影响, 导致两点接地保护误动。
此次发电机转子接地检查, 由于查找人员现场经验不足, 技术力量有限, 在查找过程中多了一些周折, 但最终还是将问题解决。分析总结此次接地查找过程中的得与失, 得出如下转子接地检查步骤: (1) 检查功率柜交流侧回路及相关的连接线路; (2) 检查功率柜直流侧回路及相关的连接线路; (3) 励磁滑环检查; (4) 保护装置检查; (5) 通过试验对转子进行检查。
这就为今后机组发生类似事故时更迅速、更有效地解决问题提供了参考意见。
4 结语
本单位通过对这次发电机转子接地故障的排除, 积累了宝贵的现场经验, 提高了解决现场问题的能力, 掌握了解决现场问题的有效方法和途经, 避免了盲目作业和更多的经济损失, 同时为兄弟单位发生同类型故障的查找提供了可借鉴的经验。
摘要：通过对某电厂3#机组接地故障进行排查、原因分析, 阐述了转子励磁回路交流部分接地反映为转子接地保护的关系, 总结了转子接地故障查找的步骤及范围, 为缩短转子接地故障查找时间提供了宝贵的经验。
关键词：转子,励磁系统,接地保护,交流回路,直流回路
参考文献
[1]张保全, 尹项根.电力系统继电保护[M].2版.北京:中国电力出版社, 2010.
[2]DL/T596—2005电力设备预防性试验规程[S].