機(jī)電一體化中的電機(jī)控制與保護(hù)-職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文1

平頂山工業(yè)職業(yè)平頂山工業(yè)職業(yè) 技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 機(jī)電一體化中的 電機(jī)控制與保 護(hù) 系別：機(jī)電系機(jī)電系 專業(yè)：機(jī)電一體化機(jī)電一體化 學(xué)生姓名：XXX 指導(dǎo)老師：XXX 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 2 入學(xué)日期：2009 年 9 月論文完成日期：2011 年 X 月 內(nèi)內(nèi)容容 摘摘 要要 依據(jù)機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展前景，提出一種新型電動(dòng)執(zhí)行機(jī) 構(gòu)的設(shè)計(jì)方案， 詳細(xì)介紹了該執(zhí)行機(jī)構(gòu)各功能元件的選型與設(shè)計(jì)、 閥位及速度控制原理以及各種關(guān)鍵問題的解決方法。該執(zhí)行機(jī)構(gòu) 將閥門、伺服電機(jī)、控制器合為一體，采用 8031 單片機(jī)、變頻技 術(shù)實(shí)現(xiàn)了閥門的動(dòng)作速度和位置控制，解決了閥門的精確定位、 閥門柔性開關(guān)、極限位置判斷、電機(jī)保護(hù)及模擬信號(hào)隔離等技術(shù) 問題?，F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況表明，該電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有動(dòng)作快、保護(hù)完 善以及便于和計(jì)算機(jī)通訊等優(yōu)點(diǎn)，充分利用了機(jī)電一體化技術(shù)帶 來的方便快捷。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：電動(dòng)機(jī)閥門電動(dòng)機(jī)閥門 繼電器保護(hù)繼電器保護(hù) 機(jī)電一體化技術(shù)總結(jié)機(jī)電一體化技術(shù)總結(jié) 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 3 目目錄錄 內(nèi) 容 摘 要. 2 插 圖 索 引. 4 引 言. 5 第 1 章 機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展歷程及其趨向. 6 11 機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展歷程. 6 12 機(jī)電一體化發(fā)展趨向. 6 第 2 章 機(jī)電一體化中電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的硬件設(shè)計(jì)及工作原理11 2.1 系統(tǒng)工作原理11 第 3 章 機(jī)電一體化中閥位及速度控制原理. 15 第 4 章 關(guān)鍵技術(shù)問題的解決. 17 第 5 章 機(jī)電一體化中繼電器保護(hù)的現(xiàn)狀與發(fā)展. 19 5.1繼電保護(hù)發(fā)展現(xiàn)狀. 19 5.2繼電保護(hù)的未來發(fā)展. 21 5.2.1計(jì)算機(jī)化22 5.2.2網(wǎng)絡(luò)化23 5.2.3保護(hù)、控制、測(cè)量、數(shù)據(jù)通信一體化25 5.2.4智能化26 結(jié)束語. 27 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 4 參考文獻(xiàn). 28 插插 圖圖 索索 引引 圖圖 2-1 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)框圖電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)框圖11 圖圖 2-2 IPM 輸出電流輸出電流、電壓檢測(cè)電壓檢測(cè)14 圖圖 2-3 程序出格自恢復(fù)電路程序出格自恢復(fù)電路15 圖圖 3-2 閥位及速度控制原理框圖閥位及速度控制原理框圖15 圖圖 3-3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的典型運(yùn)行速度圖執(zhí)行機(jī)構(gòu)的典型運(yùn)行速度圖 16 圖圖 4-1 線性隔離放大器線性隔離放大器 19 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 5 引引 言言 在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程控制中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)起著十分重要的作用，它 是自動(dòng)控制系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。現(xiàn)有的國產(chǎn)大流量電動(dòng) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)存在著控制手段落后、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、定 位精度低、可靠性差等問題。而且執(zhí)行機(jī)構(gòu)的全程運(yùn)行速度取決 于其電機(jī)的輸出軸轉(zhuǎn)速和其內(nèi)部減速齒輪的減速比，一旦出廠， 這一速度固定不可調(diào)整，其通用性較弱。整個(gè)機(jī)構(gòu)缺乏完善的保 護(hù)和故障診斷措施以及必要的通信手段，系統(tǒng)的安全性較差，不 便與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)。鑒于以上原因，采用傳統(tǒng)的大流量電動(dòng)執(zhí)行機(jī) 構(gòu)的控制系統(tǒng)，可靠性和穩(wěn)定性較差。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場(chǎng)總 線等技術(shù)在工業(yè)過程中的應(yīng)用，這種執(zhí)行機(jī)構(gòu)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足工 業(yè)生產(chǎn)的要求。筆者設(shè)計(jì)的大流量電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，采用機(jī)電一體 化技術(shù)，將閥門、伺服電機(jī)、控制器合為一體，利用異步電動(dòng)機(jī) 直接驅(qū)動(dòng)閥門的開與關(guān)。通過內(nèi)置變頻器，采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)， 實(shí)現(xiàn)閥門的動(dòng)作速度、 精確定位、 柔性開關(guān)以及電機(jī)轉(zhuǎn)矩等控制。 該電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)省去了用于控制電機(jī)正、反轉(zhuǎn)的接觸器和可控硅 換向開關(guān)模件、機(jī)械傳動(dòng)裝置和復(fù)雜、昂貴的控制柜和配電柜， 具有動(dòng)作快、保護(hù)較完善、便于和計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)際運(yùn)行 表明，該執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作穩(wěn)定，性能可靠 。自電子技術(shù)一問世,電 子技術(shù)和機(jī)械技術(shù)的結(jié)合就開始了,只是出現(xiàn)了半導(dǎo)體集成電路, 尤其是出現(xiàn)了以微處理器為代表的大規(guī)模集成電路以后,“機(jī)電一 體化“技術(shù)之后有了明顯進(jìn)展,引起了人們的廣泛注重. 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 6 第第 1 1 章章 機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展歷程及其趨向機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展歷程及其趨向 機(jī)電一體化是機(jī)械、微電子、控制、計(jì)算機(jī)、信息處理等多學(xué)科 的交叉融合，其發(fā)展和進(jìn)步有賴于相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，其主 要發(fā)展方向有數(shù)字化、智能化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、人性化、微型 化、集成化、帶源化和綠色化。 1 11 1 機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展歷程機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展歷程 1.數(shù)控機(jī)床的問世,寫下了“機(jī)電一體化“歷史的第一頁; 2.微電子技術(shù)為“機(jī)電一體化帶來勃勃生氣; 3.可編程序控制器、“電力電子“等的發(fā)展為“機(jī)電一體化“提供了 堅(jiān)強(qiáng)基礎(chǔ); 4.激光技術(shù)、模糊技術(shù)、信息技術(shù)等新技術(shù)使“機(jī)電一體化“躍上 新臺(tái)階. 1 12 2 機(jī)電一體化發(fā)展趨向機(jī)電一體化發(fā)展趨向 1 數(shù)字化 微控制器及其發(fā)展奠定了機(jī)電產(chǎn)品數(shù)字化的基礎(chǔ)，如不斷發(fā) 展的數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人；而計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅速崛起，為數(shù)字化設(shè) 計(jì)與制造鋪平了道路，如虛擬設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)集成制造等。數(shù)字化 要求機(jī)電一體化產(chǎn)品的軟件具有高可靠性、 易操作性、 可維護(hù)性、 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 7 自診斷能力以及友好人機(jī)界面。數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)將便于遠(yuǎn)程操作、 診斷和修復(fù)。 2 智能化 即要求機(jī)電產(chǎn)品有一定的智能,使它具有類似人的邏輯思考、 判斷推理、自主決策等能力。例如在 CNC 數(shù)控機(jī)床上增加人機(jī)對(duì) 話功能，設(shè)置智能 I/O 接口和智能工藝數(shù)據(jù)庫，會(huì)給使用、操作 和維護(hù)帶來極大的方便。隨著模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、灰色理論、 小波理論、混沌與分岔等人工智能技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，為機(jī)電一 體化技術(shù)發(fā)展開辟了廣闊天地。 3 模塊化 由于機(jī)電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有 標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、動(dòng)力接口、環(huán)境接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元模塊 是一項(xiàng)復(fù)雜而有前途的工作。如研制具有集減速、變頻調(diào)速電機(jī) 一體的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)單元；具有視覺、圖像處理、識(shí)別和測(cè)距等功能 的電機(jī)一體控制單元等。這樣，在產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)，可以利用這 些標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元迅速開發(fā)出新的產(chǎn)品。 4 網(wǎng)絡(luò)化 由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興 未艾。而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品，現(xiàn)場(chǎng)總 線和局域網(wǎng)技術(shù)使家用電器網(wǎng)絡(luò)化成為可能，利用家庭網(wǎng)絡(luò)把各 種家用電器連接成以計(jì)算機(jī)為中心的計(jì)算機(jī)集成家用電器系統(tǒng)， 使人們?cè)诩依锟沙浞窒硎芨鞣N高技術(shù)帶來的好處，因此，機(jī)電一 體化產(chǎn)品無疑應(yīng)朝網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。 5 人性化 機(jī)電一體化產(chǎn)品的最終使用對(duì)象是人，如何給機(jī)電一體化產(chǎn) 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 8 品賦予人的智能、情感和人性顯得愈來愈重要，機(jī)電一體化產(chǎn)品 除了完善的性能外，還要求在色彩、造型等方面與環(huán)境相協(xié)調(diào)， 使用這些產(chǎn)品，對(duì)人來說還是一種藝術(shù)享受，如家用機(jī)器人的最 高境界就是人機(jī)一體化。 6 微型化 微型化是精細(xì)加工技術(shù)發(fā)展的必然，也是提高效率的需要。 微機(jī)電系統(tǒng)(Micro Electronic Mechanical Systems，簡(jiǎn)稱 MEMS) 是指可批量制作的，集微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及 信號(hào)處理和控制電路，直至接口、通信和電源等于一體的微型器 件或系統(tǒng)。自 1986 年美國斯坦福大學(xué)研制出第一個(gè)醫(yī)用微探針， 1988 年美國加州大學(xué) Berkeley 分校研制出第一個(gè)微電機(jī)以來， 國內(nèi)外在 MEMS 工藝、材料以及微觀機(jī)理研究方面取得了很大進(jìn) 展，開發(fā)出各種 MEMS 器件和系統(tǒng)，如各種微型傳感器（壓力傳感 器、微加速度計(jì)、微觸覺傳感器），各種微構(gòu)件（微膜、微粱、 微探針、微連桿、微齒輪、微軸承、微泵、微彈簧以及微機(jī)器人 等）。 7 集成化 集成化既包含各種技術(shù)的相互滲透、相互融合和各種產(chǎn)品不 同結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與復(fù)合， 又包含在生產(chǎn)過程中同時(shí)處理加工、 裝配、 檢測(cè)、管理等多種工序。為了實(shí)現(xiàn)多品種、小批量生產(chǎn)的自動(dòng)化 與高效率，應(yīng)使系統(tǒng)具有更廣泛的柔性。首先可將系統(tǒng)分解為若 干層次，使系統(tǒng)功能分散，并使各部分協(xié)調(diào)而又安全地運(yùn)轉(zhuǎn)，然 后再通過軟、硬件將各個(gè)層次有機(jī)地聯(lián)系起來，使其性能最優(yōu)、 功能最強(qiáng)。 8 帶源化 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 9 是指機(jī)電一體化產(chǎn)品自身帶有能源，如太陽能電池、燃料電 池和大容量電池。由于在許多場(chǎng)合無法使用電能，因而對(duì)于運(yùn)動(dòng) 的機(jī)電一體化產(chǎn)品，自帶動(dòng)力源具有獨(dú)特的好處。帶源化是機(jī)電 一體化產(chǎn)品的發(fā)展方向之一。 9 綠色化 科學(xué)技術(shù)的發(fā)展給人們的生活帶來巨大變化，在物質(zhì)豐富的 同時(shí)也帶來資源減少、生態(tài)環(huán)境惡化的后果。所以，人們呼喚保 護(hù)環(huán)境，回歸自然，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲 中應(yīng)運(yùn)而生。綠色產(chǎn)品是指低能耗、低材耗、低污染、舒適、協(xié) 調(diào)而可再生利用的產(chǎn)品。在其設(shè)計(jì)、制造、使用和銷毀時(shí)應(yīng)符合 環(huán)保和人類健康的要求，機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指在其 使用時(shí)不污染生態(tài)環(huán)境，產(chǎn)品壽命結(jié)束時(shí)，產(chǎn)品可分解和再生利 用。 10.光機(jī)電一體化. 一般的機(jī)電一體化系統(tǒng)是由傳感系統(tǒng)、 能源系統(tǒng)、 信息處理系統(tǒng)、 機(jī)械結(jié)構(gòu)等部件組成的.因此,引進(jìn)光學(xué)技術(shù),實(shí)現(xiàn)光學(xué)技術(shù)的先 天優(yōu)點(diǎn)是能有效地改進(jìn)機(jī)電一體化系統(tǒng)的傳感系統(tǒng)、能源(動(dòng)力) 系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng).光機(jī)電一體化是機(jī)電產(chǎn)品發(fā)展的重要趨向. 11.自律分配系統(tǒng)化柔性化. 未來的機(jī)電一體化產(chǎn)品,控制和執(zhí)行系統(tǒng)有足夠的“冗余度”，有 較強(qiáng)的“柔性”，能較好地應(yīng)付突發(fā)事件，被設(shè)計(jì)成“自律分配 系統(tǒng)”。在自律分配系統(tǒng)中，各個(gè)子系統(tǒng)是相互獨(dú)立工作的，子 系統(tǒng)為總系統(tǒng)服務(wù)，同時(shí)具有本身的“自律性”，可根據(jù)不同的 環(huán)境條件作出不同反應(yīng)。其特征是子系統(tǒng)可產(chǎn)生本身的信息并附 加所給信息，在總的前提下，具體“行動(dòng)”是可以改變的。這樣， 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 10 既明顯地增加了系統(tǒng)的適應(yīng)能力(柔性)，又不因某一子系統(tǒng)的故 障而影響整個(gè)系統(tǒng)。 12.全息系統(tǒng)化智能化。 今后的機(jī)電一體化產(chǎn)品“全息”特征越來越明顯，智能化水平越 來越高。 這主要收益于模糊技術(shù)、 信息技術(shù)(尤其是軟件及芯片技 術(shù))的發(fā)展。除此之外，其系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)，也變簡(jiǎn)單的“從上到 下”的形勢(shì)而為復(fù)雜的、有較多冗余度的雙向聯(lián)系。 13.“生物一軟件”化仿生物系統(tǒng)化。 今后的機(jī)電一體化裝置對(duì)信息的依靠性很大，并且往往在結(jié)構(gòu)上 是處于“靜態(tài)”時(shí)不穩(wěn)定，但在動(dòng)態(tài)(工作)時(shí)卻是穩(wěn)定的。這有 點(diǎn)類似于活的生物摘要：當(dāng)控制系統(tǒng)(大腦)停止工作時(shí)，生物便 “死亡”，而當(dāng)控制系統(tǒng)(大腦)工作時(shí)，生物就很有活力。仿生 學(xué)探究領(lǐng)域中已發(fā)現(xiàn)的一些生物體優(yōu)良的機(jī)構(gòu)可為機(jī)電一體化產(chǎn) 品提供新型機(jī)體，但如何使這些新型機(jī)體具有活的“生命”還有 待于深入探究。這一探究領(lǐng)域稱為“生物軟件”或“生物系 統(tǒng)”，而生物的特征是硬 件(肌體)軟件(大腦)一體，不可分 割?？磥?，機(jī)電一體化產(chǎn)品雖然有向生物系統(tǒng)化發(fā)展趨，但有一 段漫長(zhǎng)的道路要走。 14.微型機(jī)電化微型化。 目前，利用半導(dǎo)體器件制造過程中的蝕刻技術(shù)，在實(shí)驗(yàn)室中已制 造出亞微米級(jí)的機(jī)械元件。當(dāng)將這一成果用于實(shí)際產(chǎn)品時(shí)，就沒 有必要區(qū)分機(jī)械部分和控制器了。屆時(shí)機(jī)械和電子完全可以“融 合”，機(jī)體、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器、CPU 等可集成在一起，體積很 小，并組成一種自律元件。這種微型機(jī)械學(xué)是機(jī)電一體化的重要 發(fā)展方向。 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 11 第第2 2章章 機(jī)電一體化中電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的硬件設(shè)計(jì)及工機(jī)電一體化中電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的硬件設(shè)計(jì)及工 作原理作原理 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)原理框圖如圖 2-1 所示。智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)從 結(jié)構(gòu)上主要分為控制部分和執(zhí)行驅(qū)動(dòng)部分。 控制部分主要由單片機(jī)、PWM 波發(fā)生器、IPM 逆變器、A/D、D/A 轉(zhuǎn)換模塊、整流模塊、輸入輸出通道、故障檢測(cè)和報(bào)警電路等組 成。執(zhí)行驅(qū)動(dòng)部分主要包括三相伺報(bào)電機(jī)和位置傳感器。 2.12.1 系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)工作原理 霍爾電流、電壓傳感器及位置傳感器檢測(cè)到的逆變模塊三相輸出 電流、電壓及閥門的位置信號(hào)，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)。單片 機(jī)通過 8255 控制 PWM 波發(fā)生器， 產(chǎn)生的 PWM 波經(jīng)光電耦合作用于 逆變模塊 IPM，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變頻調(diào)速以及閥位控制。逆變模塊工 作時(shí)所需要的直流電壓信號(hào)由整流電路對(duì) 380V 電源進(jìn)行全橋整 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 12 流得到。 2.22.2 控制系統(tǒng)各功能元件的選型與設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)各功能元件的選型與設(shè)計(jì) 1)單片機(jī)選用 INTEL 公司生產(chǎn)的 8031 單片機(jī)， 它主要通過并行 8255 口擔(dān)負(fù)控制系統(tǒng)的信號(hào)處理：接收系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)矩、閥門開啟、 關(guān)閉及閥門開度等設(shè)定信號(hào)，并提供三相 PWM 波發(fā)生器所需要的 控制信號(hào)；處理 IPM 發(fā)出的故障信號(hào)和報(bào)警信號(hào)；處理通過模擬 輸入口接收的電流、電壓、位置等檢測(cè)信號(hào)；提供顯示電動(dòng)執(zhí)行 機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)信號(hào)；執(zhí)行控制系統(tǒng)來的控制信號(hào)，向控制系統(tǒng) 反饋信號(hào)； 2)三相PWM波發(fā)生器PWM波的產(chǎn)生通常有模擬和數(shù)字兩種方法。 模擬法電路復(fù)雜，有溫漂現(xiàn)象，精度低，限制了系統(tǒng)的性能；數(shù) 字法是按照不同的數(shù)字模型用計(jì)算機(jī)算出各切換點(diǎn)， 并存入內(nèi)存， 然后通過查表及必要的計(jì)算產(chǎn)生 PWM 波，這種方法占用的內(nèi)存較 大，不能保證系統(tǒng)的精度。為了滿足智能功率模塊所需要的 PWM 波控制信號(hào)，保證微處理器有足夠的時(shí)間進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的檢測(cè)、 保護(hù)、 控制等功能， 文中選用 MITEL 公司生產(chǎn)的 SA8282 作為三相 PWM 發(fā)生器。SA8282 是專用大規(guī)模集成電路，具有獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)微 處理器接口，芯片內(nèi)部包含了波形、頻率、幅值等控制信息。 3)智能逆變模塊 IPM為了滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)體積小，可靠性高的要 求，電機(jī)電源采用智能功率模塊 IPM。該執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要適用功率 小于 55kW 的三相異步電機(jī)，其額定電壓為 380V，功率因數(shù)為 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 13 075。經(jīng)計(jì)算可知，選用日本產(chǎn)的智能功率模塊 PM50RSA120 可 以滿足系統(tǒng)要求。該功率模塊集功率開關(guān)和驅(qū)動(dòng)電路、制動(dòng)電路 于一體，并內(nèi)置過電流、短路、欠電壓和過熱保護(hù)以及報(bào)警輸出， 是一種高性能的功率開關(guān)器件。 4)位置檢測(cè)電路位置檢測(cè)電路是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的重要組成部分，它 的功能是提供準(zhǔn)確的位置信號(hào)。關(guān)鍵問題是位置傳感器的選型。 在傳統(tǒng)的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中多采用繞線電位器、差動(dòng)變壓器、導(dǎo)電 塑料電位器等。繞線電位器壽命短被淘汰。差動(dòng)變壓器由于線性 區(qū)太短和溫度特性不理想而受到限制。導(dǎo)電塑料電位器目前較為 流行，但它是有觸點(diǎn)的，壽命也不可能很長(zhǎng)，精度也不高。筆者 采用的位置傳感器為脈沖數(shù)字式傳感器， 這種傳感器是無觸點(diǎn)的， 且具有精度高、無線性區(qū)限制、穩(wěn)定性高、無溫度限制等特點(diǎn)。 5)電壓、電流及檢測(cè)檢測(cè)電壓、電流主要是為了計(jì)算電機(jī)的力 矩，以及變頻器輸出回路短路、斷相保護(hù)和逆變模塊故障診斷。 由于變頻器輸出的電流和電壓的頻率范圍為 050Hz，采用常規(guī) 的電流、 電壓互感器無法滿足要求。 為了快速反映出電流的大小， 采用霍爾型電流互感器檢測(cè) IPM 輸出的三相電流，對(duì)于 IPM 輸出 電壓的檢測(cè)采用分壓電路。如圖 2-2 所示。 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 14 6)通訊接口為了實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)和遠(yuǎn)程控制， 選用 MAX232 作為 系統(tǒng)的串行通訊接口， MAX232 內(nèi)部有兩個(gè)完全相同的電平轉(zhuǎn)換電 路， 可以把8031串行口輸出的TTL電平轉(zhuǎn)換為RS232標(biāo)準(zhǔn)電平， 把其它微機(jī)送來的 RS232 標(biāo)準(zhǔn)電平轉(zhuǎn)換成 TTL 電平給 8031， 實(shí) 現(xiàn)單片機(jī)與其它微機(jī)間的通訊。 7)時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路主要用來提供采樣與控制周期、速度計(jì)算 時(shí)所需要的時(shí)間以及日歷。文中選用時(shí)鐘電路 DS12887。DS12887 內(nèi)部有 114 字節(jié)的用戶非易失性 RAM，可用來存入需長(zhǎng)期保存的 數(shù)據(jù)。 8)液晶顯示單元為了實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話功能，選用 MGLS12832 液晶 顯示模塊組成顯示電路。采用組態(tài)顯示方式。通過菜單選擇，可 分別對(duì)閥門、力矩、限位、電機(jī)、通訊和參數(shù)等信號(hào)進(jìn)行設(shè)置或 調(diào)試。并采用文字和圖形相結(jié)合的方式，顯示直觀、清晰。 9)程序出格自恢復(fù)電路為了保證在強(qiáng)干擾下程序出格時(shí)系統(tǒng)能 夠自動(dòng)地恢復(fù)正常， 選用 MAX705 組成程序出格自恢復(fù)電路， 監(jiān)視 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 15 程序運(yùn)行。如圖 2-3 所示，該電路由 MAX705、與非門及微分電路 組成。 工作原理為：一旦程序出格，WDO 由高變低，由于微分電路的作 用，由“與非”門輸入引腳 2 變?yōu)楦唠娖?，引腳 2 電平的這種變 化使“與非”門輸出一個(gè)正脈沖，使單片機(jī)產(chǎn)生一次復(fù)位，復(fù)位 結(jié)束后，又由程序通過 P10 口向 MAX705 的 WDI 引腳發(fā)正脈沖， 使 WDO 引腳回到高電平， 程序出格自恢復(fù)電路繼續(xù)監(jiān)視程序運(yùn)行。 第第 3 3 章章 機(jī)電一體化中閥位及速度控制原理機(jī)電一體化中閥位及速度控制原理 閥位及速度控制原理框圖如圖 3-1 所示。 采用雙環(huán)控制方案，其中內(nèi)環(huán)為速度環(huán)，外環(huán)為位置環(huán)。速度環(huán) 主要將當(dāng)前速度與速度給定發(fā)生器送來的設(shè)定速度相比較，通過 速度調(diào)節(jié)器改變 PWM 波發(fā)生器載波頻率，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。 速度調(diào)節(jié)器采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法(具體內(nèi)容另文敘述)。 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 16 外環(huán)主要根據(jù)當(dāng)前位置速度的設(shè)定，通過速度給定發(fā)生器向內(nèi)環(huán) 提供速度的設(shè)定值。由于大流量閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)在運(yùn)行過程中存在加 速、勻速、減速等階段。各階段的時(shí)間長(zhǎng)短、加速度的大小、在 何位置開始勻速或減速均與給定位置、當(dāng)前位置以及運(yùn)行速度有 關(guān)。速度給定發(fā)生器的工作原理為：通過比較實(shí)際閥位與給定閥 位，當(dāng)二者不相等時(shí)，以恒定加速度加速，減速點(diǎn)根據(jù)當(dāng)前速度、 閥位值、閥位給定值的大小計(jì)算得來。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)各階段運(yùn)行速度的計(jì)算原理 圖 3-2 為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的典型運(yùn)行速度圖，它由若干段變化速率不同 的折線組成。 將曲線上速率開始發(fā)生改變的那一點(diǎn)稱為起始段點(diǎn)， 相應(yīng)的時(shí)間稱為段起始時(shí)間，如圖 3-2 中的 t(i)(i0，1， 2， )， 相應(yīng)的速度稱為段起始速度， 如圖 3-2 所示 vi)(i0， 1，2，)。 設(shè)第 i 段速度的變化速率為 ki，則有： 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 17 式中：v 為兩段點(diǎn)之間的速度變化值，vvi1vi； t 為兩段之間的時(shí)間，tti1ti。 顯然，當(dāng) ki0 時(shí)為恒速段，ki0 時(shí)為升速段，ki0 時(shí)為減速 段。任意時(shí)刻的速度給定值為： Ts 為采樣周期。 變化速率 ki 的取值由給定位置、 當(dāng)前位置以及運(yùn)行速度的大小確 定。 第第 4 4 章章 關(guān)鍵技術(shù)問題的解決關(guān)鍵技術(shù)問題的解決 該電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用了最新的變頻調(diào)速技術(shù)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率小于 55kW。用戶可根據(jù)需要設(shè)定力矩特性，根據(jù)控制的閥設(shè)定速度， 速度分多轉(zhuǎn)式、直行程、角行程 3 種方式?？刂葡到y(tǒng)由閥位給定 和閥位反饋信號(hào)構(gòu)成的閉環(huán)系統(tǒng)，控制特性視運(yùn)行方式、速度而 定，并具有自動(dòng)過流保護(hù)、過載保護(hù)、超壓、欠壓、過熱、缺相、 堵轉(zhuǎn)等保護(hù)功能。 該執(zhí)行機(jī)構(gòu)解決的關(guān)鍵性技術(shù)問題主要有： 1)閥門柔性開關(guān)柔性開關(guān)主要是為了當(dāng)閥關(guān)閉或全開時(shí)，保證 閥門不卡死與損傷。執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部的微處理器根據(jù)測(cè)得的變頻器 輸出電壓和電流，通過精確計(jì)算，得出其輸出力矩。一旦輸出力 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 18 矩達(dá)到或大于設(shè)定的力矩，自動(dòng)降低速度，以避免閥門內(nèi)部過度 的撞擊，從而達(dá)到最優(yōu)關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)過力矩保護(hù)。 2)閥位的極限位置判斷閥位的極限位置是指全開和全關(guān)位置。 在傳統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中， 該位置的檢測(cè)是通過機(jī)械式限位開關(guān)獲得的。 機(jī)械式限位開關(guān)精度低，在運(yùn)行中易松動(dòng)，可靠性差。在文中， 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)極限位置通過檢測(cè)位置信號(hào)的增量獲得。 其原理是， 單片機(jī)將本次檢測(cè)的位置信號(hào)與上次檢測(cè)的信號(hào)相比較，如果未 發(fā)生變化或變化較小，即認(rèn)為己達(dá)到極限位置，立即切斷異步電 機(jī)的供電電源，保證閥門的安全關(guān)閉或全開。省去了機(jī)械式限位 開關(guān)，無需在調(diào)試時(shí)對(duì)其進(jìn)行復(fù)雜的調(diào)整。 3)電機(jī)保護(hù)的實(shí)現(xiàn)為了防止電機(jī)因過熱而燒毀，單片機(jī)通過溫 度傳感器連續(xù)檢測(cè)電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行溫度，如果溫度傳感器檢測(cè)到 電機(jī)溫度過高， 自動(dòng)切斷供電電源。 溫度傳感器內(nèi)置于電機(jī)內(nèi)部。 4)準(zhǔn)確定位傳統(tǒng)的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在異步電機(jī)通電后會(huì)很快達(dá)到 其額定動(dòng)作速度，當(dāng)接近停止位置時(shí)，電機(jī)斷電后，由于機(jī)械慣 性，其閥門不可能立即停下來，會(huì)出現(xiàn)不同程度的超程，這一超 程通常采用控制電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)來校正。機(jī)電一體化的大流量電動(dòng) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)當(dāng)前位置與給定位置的差值以及運(yùn)行速度的大小超 前確定減速點(diǎn)的位置及減速段變化速率 ki， 使閥門在較低的速度 下實(shí)現(xiàn)精確的微調(diào)和定位，從而將超程降到最低。 5)模擬信號(hào)的隔離。 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 19 對(duì)于變頻器的直流電壓以及輸出的三相電壓，它們之間的地址不 一致，存在著較高的共模電壓，為了保證系統(tǒng)的安全性，必須將 它們彼此相互隔離。 采用LM358和4N25組成了隔離線性放大電路。 如圖 4-1 所示， 采用15V 和12V 兩組獨(dú)立的正負(fù)電源。 若運(yùn)放 A 的反相端電位由于擾動(dòng)而正向偏離虛地，則運(yùn)放 A 輸出端的電 位將降低，因而光電耦合器的發(fā)光強(qiáng)度將增強(qiáng)，則使其集射極電 壓減小，最后使運(yùn)放 A 反相端的電位降低，回到正常狀態(tài)。若 A 的反相端電位負(fù)向偏離虛地，也可以重回到正常狀態(tài)。從而增強(qiáng) 了系統(tǒng)的抗干擾性。 第第 5 5 章章 機(jī)電一體化中繼電器保護(hù)的現(xiàn)狀與發(fā)展機(jī)電一體化中繼電器保護(hù)的現(xiàn)狀與發(fā)展 5.15.1繼電保護(hù)發(fā)展現(xiàn)狀繼電保護(hù)發(fā)展現(xiàn)狀 電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展對(duì)繼電保護(hù)不斷提出新的要求，電子技 術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)的飛速發(fā)展又為繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展 不斷地注入了新的活力，因此，繼電保護(hù)技術(shù)得天獨(dú)厚，在 40 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 20 余年的時(shí)間里完成了發(fā)展的 4 個(gè)歷史階段。 建國后，我國繼電保護(hù)學(xué)科、繼電保護(hù)設(shè)計(jì)、繼電器制造工 業(yè)和繼電保護(hù)技術(shù)隊(duì)伍從無到有， 在大約 10 年的時(shí)間里走過了先 進(jìn)國家半個(gè)世紀(jì)走過的道路。50 年代，我國工程技術(shù)人員創(chuàng)造性 地吸收、消化、掌握了國外先進(jìn)的繼電保護(hù)設(shè)備性能和運(yùn)行技術(shù) 1 ， 建成了一支具有深厚繼電保護(hù)理論造詣和豐富運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的 繼電保護(hù)技術(shù)隊(duì)伍，對(duì)全國繼電保護(hù)技術(shù)隊(duì)伍的建立和成長(zhǎng)起了 指導(dǎo)作用。阿城繼電器廠引進(jìn)消化了當(dāng)時(shí)國外先進(jìn)的繼電器制造 技術(shù)， 建立了我國自己的繼電器制造業(yè)。 因而在 60 年代中我國已 建成了繼電保護(hù)研究、設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行和教學(xué)的完整體系。這 是機(jī)電式繼電保護(hù)繁榮的時(shí)代，為我國繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展奠定 了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。 自 50 年代末，晶體管繼電保護(hù)已在開始研究。60 年代中到 80 年代中是晶體管繼電保護(hù)蓬勃發(fā)展和廣泛采用的時(shí)代。 其中天 津大學(xué)與南京電力自動(dòng)化設(shè)備廠合作研究的 500kV 晶體管方向高 頻保護(hù)和南京電力自動(dòng)化研究院研制的晶體管高頻閉鎖距離保 護(hù)，運(yùn)行于葛洲壩 500 kV 線路上2，結(jié)束了 500kV 線路保護(hù) 完全依靠從國外進(jìn)口的時(shí)代。 在此期間， 從 70 年代中， 基于集成運(yùn)算放大器的集成電路保 護(hù)已開始研究。 到 80 年代末集成電路保護(hù)已形成完整系列， 逐漸 取代晶體管保護(hù)。到 90 年代初集成電路保護(hù)的研制、生產(chǎn)、應(yīng)用 仍處于主導(dǎo)地位，這是集成電路保護(hù)時(shí)代。在這方面南京電力自 動(dòng)化研究院研制的集成電路工頻變化量方向高頻保護(hù)起了重要作 用3，天津大學(xué)與南京電力自動(dòng)化設(shè)備廠合作研制的集成電路 相電壓補(bǔ)償式方向高頻保護(hù)也在多條220kV和500kV線路上運(yùn)行。 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 21 我國從 70 年代末即已開始了計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)的研究4， 高等院校和科研院所起著先導(dǎo)的作用。 華中理工大學(xué)、 東南大學(xué)、 華北電力學(xué)院、西安交通大學(xué)、天津大學(xué)、上海交通大學(xué)、重慶 大學(xué)和南京電力自動(dòng)化研究院都相繼研制了不同原理、不同型式 的微機(jī)保護(hù)裝置。 1984 年原華北電力學(xué)院研制的輸電線路微機(jī)保 護(hù)裝置首先通過鑒定，并在系統(tǒng)中獲得應(yīng)用5，揭開了我國繼 電保護(hù)發(fā)展史上新的一頁，為微機(jī)保護(hù)的推廣開辟了道路。在主 設(shè)備保護(hù)方面， 東南大學(xué)和華中理工大學(xué)研制的發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)、 發(fā)電機(jī)保護(hù)和發(fā)電機(jī)?變壓器組保護(hù)也相繼于 1989、1994 年通過 鑒定，投入運(yùn)行。南京電力自動(dòng)化研究院研制的微機(jī)線路保護(hù)裝 置也于 1991 年通過鑒定。 天津大學(xué)與南京電力自動(dòng)化設(shè)備廠合作 研制的微機(jī)相電壓補(bǔ)償式方向高頻保護(hù)，西安交通大學(xué)與許昌繼 電器廠合作研制的正序故障分量方向高頻保護(hù)也相繼于 1993、 1996 年通過鑒定。至此，不同原理、不同機(jī)型的微機(jī)線路和主設(shè) 備保護(hù)各具特色，為電力系統(tǒng)提供了一批新一代性能優(yōu)良、功能 齊全、工作可靠的繼電保護(hù)裝置。隨著微機(jī)保護(hù)裝置的研究，在 微機(jī)保護(hù)軟件、算法等方面也取得了很多理論成果?？梢哉f從 90 年代開始我國繼電保護(hù)技術(shù)已進(jìn)入了微機(jī)保護(hù)的時(shí)代。 5.25.2繼電保護(hù)的未來發(fā)展繼電保護(hù)的未來發(fā)展 繼電保護(hù)技術(shù)未來趨勢(shì)是向計(jì)算機(jī)化，網(wǎng)絡(luò)化，智能化，保 護(hù)、控制、測(cè)量和數(shù)據(jù)通信一體化發(fā)展。 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 22 5.2.15.2.1計(jì)算機(jī)化計(jì)算機(jī)化 隨著計(jì)算機(jī)硬件的迅猛發(fā)展，微機(jī)保護(hù)硬件也在不斷發(fā)展。 原華北電力學(xué)院研制的微機(jī)線路保護(hù)硬件已經(jīng)歷了 3 個(gè)發(fā)展階 段：從 8 位單 CPU 結(jié)構(gòu)的微機(jī)保護(hù)問世，不到 5 年時(shí)間就發(fā)展到 多 CPU 結(jié)構(gòu)，后又發(fā)展到總線不出模塊的大模塊結(jié)構(gòu)，性能大大 提高，得到了廣泛應(yīng)用。華中理工大學(xué)研制的微機(jī)保護(hù)也是從 8 位 CPU，發(fā)展到以工控機(jī)核心部分為基礎(chǔ)的 32 位微機(jī)保護(hù)。 南京電力自動(dòng)化研究院一開始就研制了16位CPU為基礎(chǔ)的微 機(jī)線路保護(hù)， 已得到大面積推廣， 目前也在研究 32 位保護(hù)硬件系 統(tǒng)。東南大學(xué)研制的微機(jī)主設(shè)備保護(hù)的硬件也經(jīng)過了多次改進(jìn)和 提高。 天津大學(xué)一開始即研制以 16 位多 CPU 為基礎(chǔ)的微機(jī)線路保 護(hù)， 1988 年即開始研究以 32 位數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)為基礎(chǔ)的保 護(hù)、控制、測(cè)量一體化微機(jī)裝置，目前已與珠海晉電自動(dòng)化設(shè)備 公司合作研制成一種功能齊全的 32 位大模塊， 一個(gè)模塊就是一個(gè) 小型計(jì)算機(jī)。 采用 32 位微機(jī)芯片并非只著眼于精度， 因?yàn)榫仁?A/D 轉(zhuǎn)換器分辨率的限制， 超過 16 位時(shí)在轉(zhuǎn)換速度和成本方面都 是難以接受的； 更重要的是 32 位微機(jī)芯片具有很高的集成度， 很 高的工作頻率和計(jì)算速度，很大的尋址空間，豐富的指令系統(tǒng)和 較多的輸入輸出口。CPU 的寄存器、數(shù)據(jù)總線、地址總線都是 32 位的，具有存儲(chǔ)器管理功能、存儲(chǔ)器保護(hù)功能和任務(wù)轉(zhuǎn)換功能， 并將高速緩存(Cache)和浮點(diǎn)數(shù)部件都集成在 CPU 內(nèi)。 電力系統(tǒng)對(duì)微機(jī)保護(hù)的要求不斷提高，除了保護(hù)的基本功能 外，還應(yīng)具有大容量故障信息和數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期存放空間，快速的數(shù) 據(jù)處理功能，強(qiáng)大的通信能力，與其它保護(hù)、控制裝置和調(diào)度聯(lián) 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 23 網(wǎng)以共享全系統(tǒng)數(shù)據(jù)、 信息和網(wǎng)絡(luò)資源的能力， 高級(jí)語言編程等。 這就要求微機(jī)保護(hù)裝置具有相當(dāng)于一臺(tái) PC 機(jī)的功能。 在計(jì)算機(jī)保 護(hù)發(fā)展初期，曾設(shè)想過用一臺(tái)小型計(jì)算機(jī)作成繼電保護(hù)裝置。由 于當(dāng)時(shí)小型機(jī)體積大、成本高、可靠性差，這個(gè)設(shè)想是不現(xiàn)實(shí)的。 現(xiàn)在，同微機(jī)保護(hù)裝置大小相似的工控機(jī)的功能、速度、存儲(chǔ)容 量大大超過了當(dāng)年的小型機(jī)，因此，用成套工控機(jī)作成繼電保護(hù) 的時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟，這將是微機(jī)保護(hù)的發(fā)展方向之一。天津大學(xué)已 研制成用同微機(jī)保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)完全相同的一種工控機(jī)加以改造作 成的繼電保護(hù)裝置。 這種裝置的優(yōu)點(diǎn)有： (1)具有 486PC 機(jī)的全部 功能， 能滿足對(duì)當(dāng)前和未來微機(jī)保護(hù)的各種功能要求。 (2)尺寸和 結(jié)構(gòu)與目前的微機(jī)保護(hù)裝置相似，工藝精良、防震、防過熱、防 電磁干擾能力強(qiáng)，可運(yùn)行于非常惡劣的工作環(huán)境，成本可接受。 (3)采用 STD 總線或 PC 總線，硬件模塊化，對(duì)于不同的保護(hù)可任 意選用不同模塊，配置靈活、容易擴(kuò)展。 繼電保護(hù)裝置的微機(jī)化、計(jì)算機(jī)化是不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢(shì)。 但對(duì)如何更好地滿足電力系統(tǒng)要求，如何進(jìn)一步提高繼電保護(hù)的 可靠性，如何取得更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，尚須進(jìn)行具體深 入的研究。 5.2.25.2.2網(wǎng)絡(luò)化網(wǎng)絡(luò)化 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)作為信息和數(shù)據(jù)通信工具已成為信息時(shí)代的技術(shù) 支柱，使人類生產(chǎn)和社會(huì)生活的面貌發(fā)生了根本變化。它深刻影 響著各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域， 也為各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域提供了強(qiáng)有力的通信手段。 到目前為止，除了差動(dòng)保護(hù)和縱聯(lián)保護(hù)外，所有繼電保護(hù)裝置都 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 24 只能反應(yīng)保護(hù)安裝處的電氣量。繼電保護(hù)的作用也只限于切除故 障元件，縮小事故影響范圍。這主要是由于缺乏強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)通 信手段。國外早已提出過系統(tǒng)保護(hù)的概念，這在當(dāng)時(shí)主要指安全 自動(dòng)裝置。因繼電保護(hù)的作用不只限于切除故障元件和限制事故 影響范圍(這是首要任務(wù))，還要保證全系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。這 就要求每個(gè)保護(hù)單元都能共享全系統(tǒng)的運(yùn)行和故障信息的數(shù)據(jù)， 各個(gè)保護(hù)單元與重合閘裝置在分析這些信息和數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上協(xié)調(diào) 動(dòng)作，確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。顯然，實(shí)現(xiàn)這種系統(tǒng)保護(hù)的基 本條件是將全系統(tǒng)各主要設(shè)備的保護(hù)裝置用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接起 來，亦即實(shí)現(xiàn)微機(jī)保護(hù)裝置的網(wǎng)絡(luò)化。這在當(dāng)前的技術(shù)條件下是 完全可能的。 對(duì)于一般的非系統(tǒng)保護(hù)，實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置的計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)也有很 大的好處。繼電保護(hù)裝置能夠得到的系統(tǒng)故障信息愈多，則對(duì)故 障性質(zhì)、故障位置的判斷和故障距離的檢測(cè)愈準(zhǔn)確。對(duì)自適應(yīng)保 護(hù)原理的研究已經(jīng)過很長(zhǎng)的時(shí)間，也取得了一定的成果，但要真 正實(shí)現(xiàn)保護(hù)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行方式和故障狀態(tài)的自適應(yīng)，必須獲得更多 的系統(tǒng)運(yùn)行和故障信息，只有實(shí)現(xiàn)保護(hù)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化，才能做 到這一點(diǎn)。 對(duì)于某些保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)， 也能提高保護(hù)的可靠性。 天津大學(xué)1993年針對(duì)未來三峽水電站500kV超高壓多回路母線提 出了一種分布式母線保護(hù)的原理 6 ， 初步研制成功了這種裝置。 其原理是將傳統(tǒng)的集中式母線保護(hù)分散成若干個(gè)(與被保護(hù)母線 的回路數(shù)相同)母線保護(hù)單元， 分散裝設(shè)在各回路保護(hù)屏上， 各保 護(hù)單元用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接起來，每個(gè)保護(hù)單元只輸入本回路的電 流量，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳送給其它所有回 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 25 路的保護(hù)單元，各保護(hù)單元根據(jù)本回路的電流量和從計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 上獲得的其它所有回路的電流量，進(jìn)行母線差動(dòng)保護(hù)的計(jì)算，如 果計(jì)算結(jié)果證明是母線內(nèi)部故障則只跳開本回路斷路器，將故障 的母線隔離。在母線區(qū)外故障時(shí)，各保護(hù)單元都計(jì)算為外部故障 均不動(dòng)作。這種用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的分布式母線保護(hù)原理，比傳 統(tǒng)的集中式母線保護(hù)原理有較高的可靠性。因?yàn)槿绻粋€(gè)保護(hù)單 元受到干擾或計(jì)算錯(cuò)誤而誤動(dòng)時(shí)，只能錯(cuò)誤地跳開本回路，不會(huì) 造成使母線整個(gè)被切除的惡性事故，這對(duì)于象三峽電站具有超高 壓母線的系統(tǒng)樞紐非常重要。 由上述可知，微機(jī)保護(hù)裝置網(wǎng)絡(luò)化可大大提高保護(hù)性能和可 靠性，這是微機(jī)保護(hù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。 5.2.35.2.3保護(hù)、控制、測(cè)量、數(shù)據(jù)通信一體化保護(hù)、控制、測(cè)量、數(shù)據(jù)通信一體化 在實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的計(jì)算機(jī)化和網(wǎng)絡(luò)化的條件下，保護(hù)裝置實(shí) 際上就是一臺(tái)高性能、多功能的計(jì)算機(jī)，是整個(gè)電力系統(tǒng)計(jì)算機(jī) 網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)智能終端。它可從網(wǎng)上獲取電力系統(tǒng)運(yùn)行和故障的 任何信息和數(shù)據(jù)，也可將它所獲得的被保護(hù)元件的任何信息和數(shù) 據(jù)傳送給網(wǎng)絡(luò)控制中心或任一終端。因此，每個(gè)微機(jī)保護(hù)裝置不 但可完成繼電保護(hù)功能，而且在無故障正常運(yùn)行情況下還可完成 測(cè)量、控制、數(shù)據(jù)通信功能，亦即實(shí)現(xiàn)保護(hù)、控制、測(cè)量、數(shù)據(jù) 通信一體化。 目前，為了測(cè)量、保護(hù)和控制的需要，室外變電站的所有設(shè) 備，如變壓器、線路等的二次電壓、電流都必須用控制電纜引到 主控室。所敷設(shè)的大量控制電纜不但要大量投資，而且使二次回 路非常復(fù)雜。但是如果將上述的保護(hù)、控制、測(cè)量、數(shù)據(jù)通信一 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 26 體化的計(jì)算機(jī)裝置，就地安裝在室外變電站的被保護(hù)設(shè)備旁，將 被保護(hù)設(shè)備的電壓、電流量在此裝置內(nèi)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，通過計(jì) 算機(jī)網(wǎng)絡(luò)送到主控室，則可免除大量的控制電纜。如果用光纖作 為網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)， 還可免除電磁干擾。 現(xiàn)在光電流互感器(OTA) 和光電壓互感器(OTV)已在研究試驗(yàn)階段， 將來必然在電力系統(tǒng)中 得到應(yīng)用。在采用 OTA 和 OTV 的情況下，保護(hù)裝置應(yīng)放在距 OTA 和 OTV 最近的地方，亦即應(yīng)放在被保護(hù)設(shè)備附近。OTA 和 OTV 的 光信號(hào)輸入到此一體化裝置中并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后，一方面用作保 護(hù)的計(jì)算判斷；另一方面作為測(cè)量量，通過網(wǎng)絡(luò)送到主控室。從 主控室通過網(wǎng)絡(luò)可將對(duì)被保護(hù)設(shè)備的操作控制命令送到此一體化 裝置，由此一體化裝置執(zhí)行斷路器的操作。1992 年天津大學(xué)提出 了保護(hù)、控制、測(cè)量、通信一體化問題，并研制了以 TMS320C25 數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)為基礎(chǔ)的一個(gè)保護(hù)、控制、測(cè)量、數(shù)據(jù)通信 一體化裝置。 5.2.45.2.4智能化智能化 近年來，人工智能技術(shù)如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、進(jìn)化規(guī)劃、 模糊邏輯等在電力系統(tǒng)各個(gè)領(lǐng)