低壓電機(jī)保護(hù)裝置項(xiàng)目技術(shù)報(bào)告

PAGEPAGE6WQJ-271低壓電機(jī)保護(hù)裝置項(xiàng)目技術(shù)報(bào)告文件編號(hào)TS1001-038生效日期2010-06-28受控編號(hào)保密級(jí)別秘密版本號(hào)V1.00修改狀態(tài)0總頁(yè)數(shù)14正文11附錄無(wú)編制劉志明審核馬如明批準(zhǔn)雷賢忠變更日志編號(hào)版本修改內(nèi)容修改人修改日期目錄1 概述 11.1 編寫(xiě)目的 11.2 背景 12 設(shè)計(jì)目標(biāo) 22.1 總體目標(biāo) 22.2 預(yù)期收益 23 方案描述 33.1 方案概述 33.2 硬件系統(tǒng)構(gòu)架 33.3 系統(tǒng)軟件構(gòu)架 33.4 性能描述 44 設(shè)計(jì)原則 55 關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn) 65.1 UC/OS-II的使用 66 技術(shù)參數(shù) 76.1 額定參數(shù) 76.2 技術(shù)指標(biāo) 76.2.1 保護(hù)元件 76.2.2 時(shí)間元件 86.2.3 參量精度 86.3 過(guò)載能力 86.4 環(huán)境條件 86.5 絕緣性能 86.6 耐濕熱性能 96.7 機(jī)械性能 96.8 電磁兼容 106.9 型式試驗(yàn) 10PAGE10WQJ-271低壓電機(jī)保護(hù)裝置項(xiàng)目技術(shù)報(bào)告概述編寫(xiě)目的通過(guò)對(duì)WQJ-271低壓電機(jī)保護(hù)裝置項(xiàng)目的設(shè)計(jì)目標(biāo)，方案描述，設(shè)計(jì)原則，關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)，技術(shù)參數(shù)等內(nèi)容的總結(jié)和描述，從技術(shù)的角度評(píng)價(jià)研發(fā)的成果，并為以后相關(guān)項(xiàng)目的研發(fā)工作提供參考。本文檔面向的主要對(duì)象是：項(xiàng)目組成員、項(xiàng)目驗(yàn)收評(píng)審人員、公司高層背景項(xiàng)目名稱(chēng)：WQJ-271低壓電機(jī)保護(hù)裝置；項(xiàng)目的任務(wù)提出者：金寶云；項(xiàng)目開(kāi)發(fā)者：劉志明，王曉斌；應(yīng)用范圍：低壓電動(dòng)機(jī)的保護(hù)。項(xiàng)目技術(shù)報(bào)告設(shè)計(jì)目標(biāo)總體目標(biāo)三相交流異步電動(dòng)機(jī)在各行業(yè)都得到了廣泛應(yīng)用，確保電機(jī)的安全控制和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行就顯得尤為重要。傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)二次控制電路通常由硬接線實(shí)現(xiàn)，成本高，控制原理和接線復(fù)雜，設(shè)計(jì)、調(diào)試和維護(hù)工作量大，出現(xiàn)問(wèn)題難排查。WQJ-271低壓電機(jī)保護(hù)裝置，以嵌入式微控制器為核心，結(jié)合通訊及顯示，監(jiān)視電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、運(yùn)行以及故障異常時(shí)電動(dòng)機(jī)的電參數(shù)。利用微控制器的快速處理能力，結(jié)合具體的電動(dòng)機(jī)額定參數(shù)和用戶整定的時(shí)間以及極限參數(shù)對(duì)電動(dòng)機(jī)是否異常和故障類(lèi)型進(jìn)行準(zhǔn)確判斷和區(qū)別處理，確保電動(dòng)機(jī)的安全運(yùn)行，并通過(guò)液晶顯示、發(fā)光指示、信號(hào)輸出、通訊等多種形式及時(shí)告知用戶。預(yù)期收益方案描述方案概述WQJ-271低壓電機(jī)保護(hù)裝置，是低壓電機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置系列的低端產(chǎn)品。WQJ-271的設(shè)計(jì)采用WQJ-210平臺(tái)的模具殼體，配合外置電流互感器，實(shí)現(xiàn)最基本的電流保護(hù)功能，采用段碼液晶顯示，另加入兩個(gè)指示燈。WQJ-271只帶2路跳閘出口，以及1路告警出口，不帶電機(jī)啟動(dòng)控制出口。硬件系統(tǒng)構(gòu)架CPUCPUSTM32F103核心系統(tǒng)電源系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電源輸入運(yùn)放信號(hào)調(diào)理電流信號(hào)ADC模擬量輸入開(kāi)入、開(kāi)出鐵電超級(jí)電容DC/DC光耦RS485晶振JTAG通訊開(kāi)入開(kāi)出板圖3-1硬件系統(tǒng)框架系統(tǒng)軟件構(gòu)架初始化寄存器、外設(shè)，讀取運(yùn)行參數(shù)、定值。初始化寄存器、外設(shè)，讀取運(yùn)行參數(shù)、定值。主程序開(kāi)始清除看門(mén)狗初始化多任務(wù)環(huán)境開(kāi)中斷進(jìn)入while循環(huán)采樣任務(wù)保護(hù)任務(wù)通訊任務(wù)測(cè)量任務(wù)鐵電任務(wù)圖3-2系統(tǒng)軟件架構(gòu)性能描述WQJ-271的具體功能如下：測(cè)量：三相保護(hù)電流測(cè)量，相間電流不平衡度，熱容量等級(jí)；保護(hù)：保護(hù)器具備完善的電流、過(guò)熱保護(hù)功能，包括起動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)保護(hù)、起動(dòng)過(guò)流（堵轉(zhuǎn)）保護(hù)、短路（堵轉(zhuǎn)）保護(hù)過(guò)載保護(hù)、防爆電機(jī)tE熱過(guò)載保護(hù)、欠載保護(hù)、電流不平衡保護(hù)、DCS聯(lián)鎖；輸入輸出：4路開(kāi)入量輸入，3路繼電器輸出，1路模擬量輸出（支持4～20mA、0～5V）；通訊：支持RS485接口，帶光電隔離，并支持?jǐn)U展為CANBUS；記錄：能夠記錄裝置相關(guān)操作，系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，保護(hù)動(dòng)作事件，電機(jī)啟動(dòng)事件等信息，裝置失電不丟失。設(shè)計(jì)原則WQJ-271是在WQJ-210系列單相網(wǎng)絡(luò)電力儀表和WQJ-270系列低壓電機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置的基礎(chǔ)上研發(fā)的，故設(shè)計(jì)原則是盡量少改動(dòng)硬件結(jié)構(gòu)和軟件結(jié)構(gòu)，保持原有的設(shè)計(jì)風(fēng)格，減少技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。外觀工藝WQJ-271的機(jī)殼由專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)公司設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊，外觀精致，整體工藝達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的水平。人機(jī)界面采用段式液晶屏幕顯示菜單，具有顯示簡(jiǎn)潔，高低溫特性好，顯示穩(wěn)定，使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。按鍵采用符合人工學(xué)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，具有美觀、易于生產(chǎn)和操作手感舒適的特點(diǎn)。硬件平臺(tái)STM32F103具有主頻高，性能穩(wěn)定，外設(shè)資源豐富，價(jià)格低的特點(diǎn)，非常適合電力保護(hù)裝置的開(kāi)發(fā)，在國(guó)內(nèi)處于技術(shù)領(lǐng)先行列?？煽啃栽O(shè)計(jì)可靠性設(shè)計(jì)主要包括硬件本身的自檢功能和抗EMC設(shè)計(jì)。WQJ-271的硬件自檢功能完善，可以檢測(cè)系統(tǒng)的AD采集、總線通訊狀態(tài)、FLASH和RAM存貯、FRAM鐵電等?？撮T(mén)狗復(fù)位只能讓程序跑飛的情況下CPU重新復(fù)位，但是如果芯片本身出現(xiàn)不可恢復(fù)的故障，看門(mén)狗就不起作用，同時(shí)裝置也不能保證告警信息。本裝置可以通過(guò)識(shí)別看門(mén)狗的復(fù)位脈沖電平，通過(guò)一顆門(mén)電路芯片的邏輯判斷，輸出告警告警脈沖，驅(qū)動(dòng)故障出口。裝置系統(tǒng)化的考慮EMC的設(shè)計(jì)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和PCB布板方面，已經(jīng)總結(jié)出一套非常有效的設(shè)計(jì)規(guī)范，可以使裝置能夠輕松的通過(guò)的EMC測(cè)試。元件可靠性WQJ-271所使用到的元器件，除了電源模塊和互感器使用國(guó)內(nèi)一線品牌。其他芯片、電阻電容、繼電器、光耦、按鍵等等全部采用國(guó)際一線品牌。高標(biāo)準(zhǔn)的原材料使用保障了裝置的可靠運(yùn)行。關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)UC/OS-II的使用WQJ-271主機(jī)硬件平臺(tái)沿襲WQJ-210，同樣移植了uC/OS-II。移植操作系統(tǒng)后，各功能模塊相互獨(dú)立，并被分配到各個(gè)任務(wù)中，系統(tǒng)根據(jù)任務(wù)優(yōu)先級(jí)執(zhí)行各個(gè)功能模塊的任務(wù)。移植操作系統(tǒng)，會(huì)帶來(lái)一定的系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)，如一定的程序空間和數(shù)據(jù)空間。移植的操作系統(tǒng)功能比較豐富，在系統(tǒng)資源有限的情況下，為了節(jié)省資源，經(jīng)常要經(jīng)行適當(dāng)?shù)牟眉?。WQJ-210所選用的CPU資源相當(dāng)豐富，完全能滿足移植裁剪過(guò)的uC/OS-II。μC/OS-II的內(nèi)核經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的測(cè)試，可靠性是有保障的，并可以方便地將整個(gè)系統(tǒng)移植到其他項(xiàng)目中。技術(shù)參數(shù)額定參數(shù)工作電源輸入范圍85～264Vac/47～63Hz,或85～264Vdc允許偏差-20%～+15%額定功耗不大于5W額定交流交流電流2A、6.3A、25A、100A（外置互感器，二次側(cè)均為10mA）；250A、500A、800A（外置互感器，二次側(cè)均為5A）額定頻率50Hz或60Hz功率消耗交流電流回路每相<0.5VA（5A時(shí)），每相<0.1VA（1A時(shí)）出口容量信號(hào)出口1250VA、90W（最大開(kāi)斷電流：30V（DC）、250V（AC）/3A）動(dòng)作出口1250VA、90W（最大開(kāi)斷電流：30V（DC）、250V（AC）/3A）開(kāi)入電平開(kāi)關(guān)量開(kāi)入DC/AC220V（110V），DC24V（訂貨時(shí)需注明）技術(shù)指標(biāo)保護(hù)元件保護(hù)電流范圍0.05IN～10IN（IN為額定電流）；0.05IN～1.2IN（零序電流）級(jí)差0.01A誤差≤3％角度范圍0～360°級(jí)差1°誤差≤3°頻率范圍45～65Hz級(jí)差0.01Hz誤差≤0.01Hz時(shí)間元件瞬時(shí)動(dòng)作誤差1.2倍額定值：≤40ms，5.0倍額定值：≤25ms延時(shí)動(dòng)作誤差≤±20mstE和熱過(guò)載時(shí)間誤差≤3％參量精度遙信分辨率≤2ms模擬量輸出準(zhǔn)確度±0.5％過(guò)載能力交流電流通道2In，連續(xù)；10In，10s；40In，1s環(huán)境條件工作溫度-20℃～+70℃貯存溫度-40℃～+80℃相對(duì)濕度≤95％(無(wú)凝露)大氣壓力80～110Kpa絕緣性能絕緣電阻各電氣上無(wú)聯(lián)系的導(dǎo)電回路對(duì)地、各電氣上無(wú)聯(lián)系的導(dǎo)電回路之間，用開(kāi)路電壓為500V的兆歐表測(cè)量它們之間的絕緣電阻值，電阻值均不小于20MΩ。介質(zhì)強(qiáng)度在正常試驗(yàn)大氣條件下，裝置能承受頻率為50Hz，歷時(shí)1min的工頻耐壓試驗(yàn)而無(wú)擊穿閃絡(luò)及元器件損壞現(xiàn)象，試驗(yàn)電壓施加情況如下：施加部位施加電壓交流回路之間2000V交流回路對(duì)地2000V出口接點(diǎn)對(duì)地2000V直流電源對(duì)地2000V沖擊電壓各輸入、輸出端子分別對(duì)地能承受5kV（峰值）的標(biāo)準(zhǔn)雷電波沖擊檢驗(yàn)交流回路和直流回路之間能承受5kV（峰值）的標(biāo)準(zhǔn)雷電波沖擊檢驗(yàn)交流電流回路和交流電壓回路之間能承受5kV（峰值）的標(biāo)準(zhǔn)雷電波沖擊檢驗(yàn)?zāi)蜐駸嵝阅芙^緣電阻各電氣上無(wú)聯(lián)系的導(dǎo)電回路對(duì)地、各電氣上無(wú)聯(lián)系的導(dǎo)電回路之間，用開(kāi)路電壓為500V的兆歐表測(cè)量它們之間的絕緣電阻值，電阻值均不小于1.5MΩ。介質(zhì)強(qiáng)度不小于正常情況下規(guī)定的試驗(yàn)電壓的75％。機(jī)械性能振動(dòng)裝置能承受?chē)?guó)標(biāo)GB/T7261中規(guī)定的嚴(yán)酷等級(jí)為I級(jí)的振動(dòng)耐久和響應(yīng)試驗(yàn)沖擊裝置能承受?chē)?guó)標(biāo)GB/T7261中規(guī)定的嚴(yán)酷等級(jí)為I級(jí)的沖擊耐久和響應(yīng)試驗(yàn)碰撞裝置能承受?chē)?guó)標(biāo)GB/T7261中規(guī)定的嚴(yán)酷等級(jí)為I級(jí)的碰撞試驗(yàn)電磁兼容靜電放電滿足GB/T14598.14－1998（idtIEC60255-22-2:1996）規(guī)定的4級(jí)試驗(yàn)輻射電磁場(chǎng)騷擾通過(guò)GB/T14598.9－2002（IEC60255-22-3:2000，IDT）規(guī)定的3級(jí)試驗(yàn)快速瞬變干擾通過(guò)GB/T14598.10－2007（idtIEC60255-22-