电动机在工农业生产中被广泛应用，但是其高故障率对工农业生产造成巨大
的经济损失。因此，在分析传统电动机保护装置不尽完善的基础上，研制功能完
善、可靠性高的电动机保护装置己经成为必要。
文中首先运用对称分量法对电动机的三相短路、两相短路、单相接地短路和
断相等常见对称和不对称故障进行了分析，在结合电动机微机保护原理的基础上，
提出了可靠性高、实用性强的电动机微机保护方案。文中对此装置硬件系统的设计进行了详细的分析，并结合对微机保护数据处理算法和电动机微机保护原理的研究，设计了保护装置的软件系统，二者都采用了模块化的结构设计方法，可移植性强。通过对设计成的保护装置样机进行调试和分析，初步验证了系统硬件部分和软件部分设计的正确性;通过静态模拟实验，初步验证了保护装置的可靠性。
关键词:电动机;微机保护;故障分析;保护原理;保护箕法;软硬件设计
Abstract
Motor15widelyusedintheindustryandagrieultureProduetion，butthehigh
afultratiohaseausedenormouseeonomie1055.Aeeordingly，basedonthe
traditionallyincomPleteProteetivedeviee，it15neeessarytostudyanddesigna
PoweruflandhighreliablemieroProeessor一basedProteetivedevieeofrmotor.
Keywords:motor;mieroProeessor一basedProteetion:afultanalysis;Proteetive
PrineiPle;Proteetivealgorithm;sotfwareandhardwaredesign
第一章绪论
1.1微机保护发展过程
随着微机保护的发展,一些新的改善继电保护性能的原理和方案,受到更多的重视并逐步得到实际应用;这对微机保护装置硬件提出了更高的要求。微机保护装置的发展大致可以分为以下几个阶段:
(1)第一阶段以单CPU的硬件结构为主，数据采集系统由逐次逼近式A/D模数转换器构成，硬件及软件的设计符合“四统一”设计标准。
(2)第二阶段以多单片机构成的多CPU硬件结构为主，数据采集系统为电压频率转换原理的计数式数据采集系统，硬件软件的设计吸取了第一代微机保护装置成功运行经验，利用多CPU的特点，强化了自检和互检功能，使硬件故障可以定位，对保护的跳闸出口回路，具有完善的抗千扰措施以及防止拒动与误动的
措施。
(3)第三阶段以高性能的16位单片机构成的硬件结构为主，具有总线不需引出芯片，电路简单的特点，抗干扰性能进一步加强，并且完善了通信功能，为实现变电站自动化提供了方便。
如今，计算能力强、精度高、总线速度快、吞吐量大的数字信号处理器(DSP)
被逐渐运用到电力系统微机继电保护之中，充分发挥其快速强大的运算和处理能
力以及并行运行的能力，满足了电力系统监控的实时性和处理算法的复杂性等更
高的要求，并为不断发展的新理论和新算法应用于电力系统的实践奠定了技术基
础。由于DSP的价格较高，影响了DSP在微机继电保护领域的推广应用。随着
数字信号处理器芯片和开发工具的价格下降，可以预期数字信号处理器将会在微
机继电保护装置中发挥重要的作用。
目前，微机继电保护技术的发展不断地向计算机化，网络化，智能化，保护、
控制、测量和数据通信一体化方向发展。研究和实践证明，与传统的继电保护相
比较，微机保护有许多优点，其主要特点如下::
(1)改善和提高继电保护的动作特征和性能，动作正确率高。主要表现在能得到常规保护不易获得的特性;其很强的记忆力能更好地实现故障分量保护;可引进自动控制、新的数学理论和技术如自适应、状态预测、模糊控制及人工神经网络等，其运行正确率很高也已在运行实践中得到证明。
(2)可以方便地扩充其他辅助功能。如故障录波、波形分析等，可以方便地附加低频减载、自动重合闸、故障测距等功能。
(3)工艺结构条件优越。体现在硬件比较通用，制造容易统一标准;装置体积小，减少了盘位数量;功耗低。
(4)可靠性容易提高。体现在数字元件的特性不易受温度变化、电源波动、使用年限的影响，不易受元件更换的影响;且自检和巡检能力强，可用软件方法
检测主要元件、部件的工况以及功能软件本身。
(5)使用灵活方便，人机界面越来越友好，在操作方面采用触摸面板进行整
定值操作，采用画面方式显示文字、图、表，采用智能化人机接口等，提高了操
作性能并使文护调试变得更加方便，从而缩短文修时间;同时依据运行经验，在
现场可通过软件方法改变特性和结构。
(6)可以进行远方监控。微机保护装置具有串行通信功能，与变电所微机监控系统的通信联络使微机保护具有远方监控特性。微机保护装置本身就是一台采样、测量装置，可以在调度室或变电站集控室对各种模拟量，如电流、电压、有功、无功、功率因数等进行监控，可以在调度室或变电站集控室对保护装置的定值进行修改和整定，并月_可以对保护装置的控制字进行读写，从而控制保护装置的投退和工作方式的改变。另外，可以存多套保护定值，完全可以达到梅套定值对应一种常用的系统运行方式，这样，每次修改定值的工作量变得非常小，仅仅需要改变一下定值区号而已。这些特点，是实现变电站综合自动化或无人值班的重要基础。
1.2电动机保护的发展
建国以来我国电动机保护主要沿用苏联模式,中小型电机采用熔断器、接触器、
断路器及热继电器的组合，其控制方式大致分四种类型：一是熔断器—交流接触
器—热继电器；二是断路器—交流接触器—热继电器；三是熔断器—断路器；四是熔断器—断路器—交流接触器—热继电器。采用熔断器及热继电器的电动机保护是最廉价的，且是最容易掌握的一种方式，但当电动机发生故障或熔丝选择不当等原因使熔断器一相熔断时就会使电动机缺相运行而使事故扩大，造成电动机烧毁。热继电器在保护电动机过载等方面具有结构简单，安装方便等优点，但它有保护时滞和对轻微过载与堵转保护欠佳的缺点，因而容易导致长期轻微过载运行，使电动机绕组产生热积累，使绕组绝缘老化造成电机损坏。另外，由于原材料及工艺水平的落后等原因造成热继电器性能不稳定，动作曲线与电动机实际保护曲线不协调，使电动机有效功率下降。热继电器作为传统的保护方式，由于以上诸多弊病，使其不能很好地保护电动机。随着现代电子工业的发展，一批新型的电子模拟式多功能保护产品应运而生。我国电子式保护是由晶体管型发展至集成电路型的，其功能的设置基本满足电动机保护的要求，如过载保护、断相保护等，其原理大都是采集三相电流，经电流电压变换器取出电压信号，经整流滤波后送至鉴幅电路。但是这些电动机保护器普遍存在的问题是:抗干扰能力差，动作特性与电动机热曲线不协调，反时限特性并不明显优于热继电器，容易造成拒动或误动，影响产品的性能及质量，给运行人员带来很大麻烦，严重的甚至烧毁电动机。于是有些运行人员干脆把保护放弃，造成电动机在无保护情况下运行。因此在国家标准中，机电产品目录中没有它的一席之地，现在设计院、工厂也均不选用。我国微机型电动机保护起步较晚，在微机线路保护已经开始普遍运行的时候，微机电动机保护尚处于萌芽状态。直到90年代以后，微处理器才开始进人电动机保护领域。与模拟式保护相比，微机保护的优点是显而易见的。它具有高度的灵活性，利用计算机的特点，通过软件的更换，便可获得不同原理的保护装置，易于实现新的保护原理；其人机对话功能强；可实施各种非常复杂的算法和各种保护功能；由于能够方便地实现自检、测试功能，从而减少了装置的文修工作量，避免了因装置缺陷引起的保护不正确动作，提高了保护的可靠性。
国外对电动机保护与故障诊断技术的研究始于60年代，虽然各国都很重视，但直到70-80年代，随着传感器、计算机、光纤等高新技术的发展与应用，设备的在线保护与故障诊断技术才得到真正的迅速发展。目前，国外许多公司己经研制出各自的电动机控制和保护装置，日本的Mitsubishi公司，美国的Westinghouse公司都有各自的产品，但其价格昂贵，国内大批量应用很难接受。电动机的故障诊断与保护，长期以来一直是学术界和工程界的研究热点和难题。近十几年来，这一领域的研究主要在两个方面:一方面是寻求在保护理论上的突破；另一方面是在实现手段上发展，逐步由电磁型、电子型到微机型，由单一功能到智能化的综合保护等。随着微机保护技术的成熟以及在电力系统应用的日益普及，近年来国内外研制了一系列微机型电动机保护装置。由于微机保护软件的灵活性，新一代电动机微机保护的保护特性大大改善。
2电动机保护原理和保护功能配置
2.1电动机的故障形式和起因
要设计一个保护装置，首先要分析保护对象会遇到的各类故障，分析其故障特征，才能提出切实可行的保护方案。对于异步电动机来说，其故障形式主要分为绕组损坏和轴承损坏两方面。造成绕组损坏的主要原因有：
(1)由于电源电压太低不能顺利启动，或者启动过于频繁，使电动机因长期过负
荷而毁坏。
(2)长期受电、热、化学或机械作用，使电动机绝缘老化和损坏，形成相间或对105
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