6kv厂用电动机的保护、控制、测量和信号回路的设计

南京工业大学毕业设计(论文)

目录

绪论 .................................................................................................................. 1

1.就地分散控制 .................................................................................... 1 2.集中控制 ............................................................................................ 1 3.单元控制 ............................................................................................ 1 4.综合自动化控制 ................................................................................ 1 一、6kv电动机、 控制、保护、测量和信号回路一次设备 ..................... 1 1.1工作环境 ............................................................................................... 1 1.2分析电路： ..................................................................................... 1 1.3电流互感器 ..................................................................................... 1 二、6kv电动机、 控制、保护、测量和信号回路二次回路 ..................... 1

2.1工作状态 ......................................................................................... 1 2.2 跳闸及监视回路 ............................................................................ 1 三、 电动机综合保护系统 ............................................................................ 1

3.1 装置参数 ........................................................................................ 1 3.2 保护电流输入 ................................................................................ 1 3.3测量电流输入 ................................................................................. 1 3.4零序电流测量、保护 ..................................................................... 1 3.5 时钟同步信号 ................................................................................ 1 3.6综合保护系统 ................................................................................. 1 后记： .............................................................................................................. 1 致谢： .............................................................................................................. 1

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摘 要：6kv厂用电动机的保护、控制、测量和信号回路的设计是常用电力系统的重要组成

部分，随着科学技术的不断发展和工艺水平的日益提高，发电厂二次系统经历了从简单到复杂，从低级到高级的发展过程。在6kv厂用电动机的二次回路技术水平的高低决定了发电厂自动化的程度。可见6kv厂用电动机的保护、控制、测量和信号回路的设计已经上升到一个新的生产舞台

6kv Motors plant protection, control, measurement and signal circuit design is a common power system an important component of that with the continuous development of science and technology and the increasing level of technology, the system has experienced two power plants from simple to complex , from low level to high level of the development process. 6 kv electric motor plant secondary loop depends on the level of the degree of automation of the plant. So 6 kv electric motor plant protection, control, measurement and signal circuit design has been elevated to a new stage production

关键词：电动机保护（Motor Protection） 控制（control） 测量（measurement） 信号回路（signal loop）

绪论

绪论

电机是经济发展的先行官。随着社会经济的不断发展，对电力系统的要求也越来越高。而现代电力系统，无论是单机容量，还是系统容量都越来越大，电网的结构也开始复杂。为了更好地保证电力系统的安全、稳定运行，提高电机在电厂的工作质量，从而为经济建设提供有力的保障，必须提高电力系统运行的可靠性。

在电力系统中，无论是发电厂、变电站，还是用电单位，其电气设备均可分为一次设备和二次设备两大类。在二次设备中厂用电动机的保护、控制、测量和信号回路的设计是发电厂电力系统的重要组成部分，它不同于生产、传输和分配电能的设备的一次设备它是起到测量、控制、监控、保护和自动调节的二次设备。所以6kv厂用电动机的保护、控制、测量和信号回路的设计是以二次系统进行展开进行的。

二次回路技术的发展是从简单的就地分散控制到由计算机为核心构成的综合控制，经历了以下的四个发展阶段。

1.就地分散控制

就地分散控制，是指对每个被控制对象设置独立对象设置独立的控制回路，在被控制对象的安装地点进行一对一的控制。这种控制方式的优点是回路简单，工作可靠。其缺点是难以实现各机组间和同一机组哥设备的协调配合。因此只适合与小型发电厂和对自动化程度要求不高的中、小型变电站以及大型发电厂的辅助车间和对次要用户的供用电线路。

2.集中控制

集中控制，是指将全厂（所）的主要电气设备（如发电机、变压器和35KV及以上电压等级的输电线路等）集中在中央控制室（或称主控制室）内实现远方集中控制。这种控制方式分为一对一的强电控制方式和一对多的弱电选线控制方式，适用于单机容量为100MW及以下的发电厂和35KV及以上的变电站。

这种控制方式实行的是炉、机、电、分开控制的方式。除了中央控制室外，还没有锅炉控制室和汽轮控制等。这种控制方式炉、机的值班条件较差，但这种控制方式的技术成熟，并为广大电气从业人员所熟悉。

随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，我国南方地区的许多企业已经或计划建

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设自备热电厂，这类电厂比较适合采用集中控制方式。

3.单元控制

单元控制是一种将炉、机、电集中在一起的控制方式。发电厂采用单元制控制方式时，全厂设置若干个单元控制室和一个网络控制室，每个单元控制一台或者两台机组的炉、机、电的所有重要设备，由网络控制室来实现对升压站的控制和全厂各机组的协调。 单机容量为125MW及以上的火力发电厂广泛采用单元控制方式。

4.综合自动化控制

综合自动化控制是一种以计算机为核心构成的集散控制系统，将发电厂或者变电站的测量、控制、保护、信号和自动控制集中在计算机内进行。计算机除了具有逻辑分析能力外，还具有数值运算和数据储存的能力。因此，综合自动化控制方式除了具备常规控制方式的功能外，还能进行优化计算，实现最经济运算。

目前我国新建的发电厂和变电站广泛采用综合自动化控制方式

第一章 6kv电动机、 控制、保护、测量和信号回路一次设备

一、6kv电动机、 控制、保护、测量和信号回路一次设备

1.1工作环境

6KV电动机工作于厂用电压为6KV的电压环境下。发电机的作用是把机械能转化为电能；电动机的作用是把电能转变为机械能，拖动各种生产设备运转，实现生产过程的机械化和自动化。而它的组成是由熔断器（-FU）、断路器（-QS）、电流互感器（-TA1）、零序电流互感器（-TA）电动机（M）相互连接的，如下图:

-FU:熔断器 -QS:断路器 -TA1:电流互感器 -TA2:零序电流互感器

M：电动机

接线方式：+6KV→-FU→-QS→-TA1→-TA2→M

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1.2分析电路：

（1）熔断器

熔断器安装在电路中，保证电路安全运行的电器元件。 当电路发生故障或异常时，伴随着电流不断升高，并且升高的电流有可能损坏电路中的电动机同时可能烧毁电路甚至造成火灾。若电路中正确地安置了熔断器，那么，熔断器就会在电流异常升高到一定的高度和一定的时候，，自身熔断切断电流，从而起到保护电路安全运行的作用。熔断切断电流，从而起到保护电路安全运行的作用。 （2）断路器

1、正常情况下接通和断开高压电路中的空载及负荷电流.

2、在系统发生故障时能与保护装置和自动装置相配合,迅速切断故障电流,防止事故扩大,从而保证系统安全运行.

从其实断路器就是一种开关,它和其他普通开关的不同点主要在:?适用电压等级高?灭弧介质及方式,有真空,少油,多油及六氟化硫等等?灭弧能力强,效果好.

一般情况下断路器本身不存在润滑方面的问题,需要润滑的常常是它的操动机构 热继电器作用： 热继电器的作用是电动机过负荷时自动切断电源，热继电器的构造是两片膨胀系数不同的金属片构成，电流过大时膨胀系数大的先膨胀，起到切断电源的作用。热继电器动作后有人工复位和自动复位。

第一章 6kv电动机、 控制、保护、测量和信号回路一次设备

1.3电流互感器

电力系统中广泛采用的是电磁式电流互感器(以下简称电流互感器)，它的工作原理和变压器相似。

电流互感器的特点是:(1)一次线圈串联在电路中，并且匝数很少，因此，一次线圈中的电流完全取决于被测电路的负荷电流．而与二次电流无关；(2)电流互感器二次线圈所接仪表和继电器的电流线圈阻抗都很小，所以正常情况下，电流互感器在近于短路状态下运行。 电流互感器一、二次额定电流之比，称为电流互感器的额定互感比：kn=I1n/I2n 因为一次线圈额定电流I1n己标准化，二次线圈额定电流I2n统一为5(1或0.5)安，所以电流互感器额定互感比亦已标准化。kn还可以近似地表示为互感器一、二次线圈的匝数比，即kn≈kN=N1/N2式中N1、N2为一、二线圈的匝数。

电流互感器的作用就是用于测量比较大的电流。它是通过二次测测量一次设备的工作状况。

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二、6kv电动机、 控制、保护、测量和信号回路二次回路

2.1工作状态

二次回路设计可以保护电动机可以在一个安全的环境下正常运行，提供一次设备的工作状态，控制电动机的启停，与在故障时发出相应的灯光提示，提醒值班人员。进行故障的解除和检修。

合闸及监视回路：（1）合闸

?手动合闸时按下-SB2时发出合闸信号这是DCS判断是否允许合闸，如果允许，DCS的允许合闸闭合下述回路接通

+→→SB1→DCS→→YW→→KCF→→DX1→→DX2→→DX3→→S1→→KM(HC)→→―

这时KM(HC)合闸接触器得到合闸信号，-KM常开触电闭合合闸线圈-YC(HQ)得电合闸成功，同时-K2中间继电器常开触点闭合绿灯亮。 而DCS合闸把就地短接，实现远方合闸。

2

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2.2 跳闸及监视回路

跳闸与监控回路是实时监控厂用电动机的工作状态，如果电网发生故障，可以快速动作来实现电动机的保护，防止电动机的损坏。下图为二次电动机跳闸及监视回路图：

就地与DCS跳闸

按下SB2时-KCF(I)得到跳闸信号，这时这时-QS至DCS一个停止信号-S1闭合，-YT(TQ)跳闸线圈发出跳闸信号 这时跳开-KSF的常闭节点，闭合防跳回路的-KCF的常开结点，此时-K3信号得电，-K3常开节点闭合红灯亮提示跳闸成功。 此时-S1在SQE的停止位置。DCS跳闸短接SB2实现远方跳闸。 防误

-YW手车运行位置限位开关与-SW手车试验位置限位开关串联接与-YT(TQ)跳闸线圈旁作用是防止误动作，保证电动机运行正常。 断相保护与监控

当发生断相时，-DX常开闭合相关灯光熄灭 -KS1信号继电器发出断相提示，提示工作人员进行跳闸命令

第二章 6kv电动机、 控制、保护、测量和信号回路二次设备

低电压跳闸、

正常工作时 -K4中间继电器得电，-K4常闭节点是断开，当电压过低时-K4闭合接通-XB2连接片发出低电压信号提醒工作人员低电压，是否跳闸。 事故按钮（SBE）

SBE是短接所有保护线路的，当按下SBE时，所有保护被短接，不动作。提示现在为事故状态，值班人员应该进行跳闸。

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三、电动机综合保护系统

3.1 装置参数

本设计是采用HN-2001电动机保护测控装置装置采集多路模拟量，分别为 3相电压、3相测量电流、3相保护电流、1路零序电压、1路零序电流。 1 采集12路开关量。

2 装置内置操作回路，配置有命令合、命令跳、保护跳、告警信号、事故信号等继电器

出口；配置有装置故障、控制回路断线与装置失电等继电器指示出口。另配置有3对备用出口，并可以被灵活配置为保护跳或告警信号出口的级联。上述继电器出口可分别设置为电平或脉冲工作方式。通过装置界面可控制继电器，既可用于继电器出口测试也可用于分合控制。

3 提供双CAN或以太网通信接口（用户可指定）。 4 配置两路4～20mA直流信号输入接口。

5 配置两路4～20mA直流信号输出接口并可设置输出的参考量。 6 配置两路脉冲信号输入接口。

7 配置两路脉冲信号输出接口并可设置脉冲输出的频率。

参数配置

(1)开出方式设置：可分别设置每个继电器出口为电平或脉冲形式输出。 (2)开入接点设置：可分别设置每个开入的接点为常开或常闭形式。

(3)通信参数设置：可选择CAN或以太网通信方式以匹配硬件，可设置地址与通信速度。 (4)模拟量测量偏差微调：可单独对某一路模拟量的测量结果进行细微调整以达到精度要求，调整后结果=调整前结果*K （0.9≤K≤1.1）。

(5)电流互感器额定值与数目配置：可选择电流互感器额定值为1A或5A，装置根据配置的参数自动适应电流值的显示以及调整计算保护电流序分量与测量功率的计算公式。 (6)4～20mA直流信号输出配置：装置共提供两路4～20mA直流信号输出，每路输出可分别指定输出的参考量，可选参考量包括IA IC Ua Uc Uab Uca P Q。

(7)备用出口设置：装置共提供3对备用出口，每对出口可分别配置为保护跳或告警信号出口的级联，以实现继电器出口的扩充。

(8)脉冲信号输出配置：装置提供两路脉冲信号输出，并可设置脉冲输出的频率。默认第一路为有功电量的脉冲信号输出，第二路为无功电量的脉冲信号输出。

功率计算与电量累积：装置可统计总的有功电量与无功电量；提供4个可选择的(9)电量分时间段计量功能，时间段在时间上可重叠，时间段可跨0点。 (10)允许修改装置的操作密码。

第三章 电动机综合保护系统

下图为交流电压输入接线图：

2A:1、2A:2、2A:3为电动机综合保护额定工作电压。2A:4是电动机综合保护的保护接地。

3.2 保护电流输入

(1)装置能判断电机的起动与运行状态并可实现起动状态与运行状态自动切换。 (2)起动状态下配置有两段定时限过流保护、定时限负序过流保护、低电压保护。 (3)运行状态配置有三段定时限过流保护、过负荷保护、反时限过流保护、两段定时限负序过流保护、反时限负序过流保护、反时限过热保护、零序过电流保护、零序过电压保护、低电压保护、过电压保护。

(4)另配置有失压跳闸功能、可选择“投退”的开入量保护功能、PT断线检测功能及可选择“投退”的由开入量触发的急停闭锁合闸与紧急起动合闸控制功能等。

(5)每种保护均可指定出口位置，保护只在指定的出口位置动作（若设置有备用出口级联则备用出口同时动作）。

(6)区外故障闭锁定时限过流与负序过流保护；PT断线闭锁低电压保护。 (7)具有故障录波功能。

(8)装置可与FC接触器匹配（默认为断路器）。 如下图

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3.3测量电流输入

通过二次侧电流互感器-TA1-2D与 -TA1-2C来测量一次设备的工作电流情况。实行实时监控，提供相关数据量的采集，进一步让工作人员记录。

第三章 电动机综合保护系统

3.4零序电流测量、保护

正序、负序、零序的出现是为了分析在系统电压、电流出现不对称现象时，把三相的不对称分量分解成对称分量（正、负序）及同向的零序分量。只要是三相系统，就能分解出上述三个分量（有点象力的合成与分解，但很多情况下某个分量的数值为零）。对于理想的电力系统，由于三相对称，因此负序和零序分量的数值都为零（这就是我们常说正常状态下只有正序分量的原因）。当系统出现故障时，三相变得不对称了，这时就能分解出有幅值的负序和零序分量度了（有时只有其中的一种），因此通过检测这两个不应正常出现的分量，就可以知到系统出了毛病（特别是单相接地时的零序分量）。下图接线方式

1 零序过电流保护：零序电流由零序CT输入，零序电流大于零序电流设定值，持续时间

大于动作时间则保护动作。

2 零序过电压保护：零序电压由零序PT输入，零序电压大于零序电压设定值，持续时间

大于动作时间则保护动作。

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3.5 时钟同步信号

时钟信号是提供给同步内存做讯号同步之用，同步记忆体的存取动作必需与时钟信号同步。它可以通过计算机来实现信号采样。

通过GPS来实行电动机的工作监控与动作。 通过分析后我们把电动机综合保护接入二次电图中，

第三章 电动机综合保护系统

3.6综合保护系统

反时限过热保护：该保护综合考虑正、负序电流的发热效应，模拟电动机的发热、散热过程，具有记忆特性，保护动作后必须经散热才允许再次合闸。“紧急起动”开入信号可以清除热累积并合闸。

失压跳闸：该功能投入后与低电压保护配合使用，可以实现母线失压后有选择的跳开某一部分电机而保持另一部分电机。当线电压全低于30V，无电流，位置在合位、延时时间到在保护跳出口动作。

开入量保护：为了满足某些特殊需要，装置为每路开入量均设置了保护功能，若开入量的保护功能退出时则装置只做开入量状态检测；若保护功能投入则当开入量动作时还执行相应的保护。每路开入量保护均可设置保护时间与出口位置。若该开入动作并一直持续则保护动作（不需要合位位置）。

开入触发控制功能：为配合电动机的控制，装置特设置了“急停闭锁、紧急起动”功能。

（1）急停闭锁： 急停闭锁功能投入则当急停闭锁输入开入量动作时将控制回路断

开；开入量正常时将回路闭合。

（2）紧急起动： 紧急起动功能投入则当紧急起动输入开入量动作时将电机的反时

限过热保护的热累积值清0并自动合闸。

注：紧急起动的优先级高于急停闭锁；急停闭锁不能闭锁非经本装置操作回路的控制。 故障录波功能：为了便于分析故障的原因，装置记录每次事件（开入量保护，PT断线等闭锁事件除外）故障发生前后共10个周波的采样数据（故障前6个周波、故障后4个周波、每周波采样24点），同时记录了故障时的开入量状态、装置跳闸的时间、断路器（接触器）跳开的时间。故障发生时间指电压、电流第一次满足设置的定值要求，并非保护出口的时间。

通过以上阐述我们可以等到电动机综保二次接线图，我们把它接入电路中

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那么我们就得到一个综合的马鞍山2*660MW工程6kv电动机、 控制、保护、测量和信号回路图

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后记：

随着电力体制改革和竞价上网的不断深入，降低发电成本，提高设备运行的可靠性成为提高市场竞争力的主要手段。6kv厂用电动机对于设备的拖动起到更高的运行保障，对生产加工环节有一定的促进作用，更好的推动国民经济生产总值，实现生产效率的提高。通过本设计可以确保电动机在一个安全稳定的工作环境下运行为我国的电力生产提供了一定的保证。对于今后电力拖动的发展，希望能够做到降低运行与维护成本，交流电机免维护，同时采用再生制动，减少机械磨损，交流电机动力更加强劲，而且，交流电机可以获得再生能源反馈给蓄电池，延长了电池的工作时间和寿命。随着变频时代的来临，可以实时控制交流电动机的运转，大大的优化了电网的分配，采用相应的通讯规约可以增加远方的调度

第四章 后记

致谢：

历时将近两个月的时间终于将这篇论文写完，在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。尤其要强烈感谢我的论文指导老师胡老师，他对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。另外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。在此向帮助和指导过我的各位老师表示最中心的感谢！感谢这篇论文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多你问素材，还在论文的撰写和排版灯过程中提供热情的帮助。

由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正，谢谢

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/u863.html