保护与控制

关键词： 特性 保护 控制

保护与控制（精选十篇）

保护与控制 篇1

目前较常用的主要是交流电动机, 它可分为两种:三相异步电动机;单相交流电动机。第一种多用在工业上, 而第二种多用在民用电器上。下面以三相异步电动机为例介绍其基本工作原理。

三相异步电动机转动的基本工作原理是:三相对称绕组中通人三相对称电流产生圆形旋转磁场;转子导体切割旋转磁场感应电动势和电流;转子载流导体在磁场中受到电磁力的作用, 从而形成电磁转距, 驱使电动机转子转动。

2 电动机的运行维护

2.1 电动机启动前的准备

为了保证电动机正常安全地启动, 一般启动前应作好下述准备:

检查电源是否有电, 电压是否正常, 若电源电压过高或过低, 都不宜启动。启动器是否正常, 如零部件有无损坏, 使用是否灵活, 触头接触是否良好, 接线是否正确、牢固等。熔丝规格大小是否合适, 安装是否牢固, 有无熔断或损伤。电动机接线板上接头有无松动或氧化。检查传动装置, 如皮带轻紧是否合适, 连接是否牢固, 联轴器的螺丝、销子是否紧固等。传动电动机转子和负载机械的转轴, 看其转动是否灵活。检查电动机及启动电器外壳是否接地, 接地线有无断路, 接地螺丝是否松动、脱落等。搬开电动机周围的杂物并清除机座表面灰尘、油垢等。检查负载机械是否妥善地作好了启动准备。对正常运行中的绕线式电动机, 应经常观察电动机滑环有无偏心摆动现象;观察滑环的火花是否发生异常现象。滑环上碳刷是否要更换。

2.2 启动时应注意的问题

接通电源后, 如果电动机不转, 应立即切断电源, 绝不能迟疑等待, 更不能带电检查电动机发故障, 否则将会烧毁电动机和发生危险。

启动时应注意观察电动机、传动装置、负载机械的工作情况, 以及线路上的电流表和电压表的指示, 若有异常现象, 应立即断电检查, 待故障排除后, 载行启动。

利用手动补偿器或手动星三角启动器启动电动机时, 特别要注意操作顺序。一定要先将手柄推到启动位置, 待电动机转速稳定后再拉到运转位置, 防止误操作造成设备和人身事故。

同一线路上的电动机不应同时启动, 一般应由大到小逐台启动以免多太电动机同时启动, 线路上电流太大。电压降低过多, 造成电动机启动困难引起线路故障或使开关设备跳闸。启动时, 若电动机的旋转方向反了, 应立即切断电源, 将三相电源线中的任意两相互换一下位置, 即可改变电动机转向。

2.3 电动机运行中的监视

电动机在运行时, 值班工作人员可以通过仪表和感觉器官监视其运行情况, 以便及早发现问题, 减少或避免故障的发生。

监视电动机的温度

电动机正常运行时会发热, 使电动机温度升高, 但不应超出允许的限度。如果电动机负载过大, 使用环境温度过高, 通风不畅或运行中发生故障, 就会使其温度超出允许限度, 导致绕组过热烧毁, 因此电动机温度的高低是反映电动机运行的主要标志, 在运行中经常检查。判断电动机是否过热, 可以用以下方法:

凭手的感觉:如果以手接触外壳, 没有烫手的感觉, 说明电动机温度正常;如果手放上去烫得马上缩回来, 说明电动机已经过热。

在电动机外壳上滴2~3滴水, 如果只冒热气没有声音, 则说明电动机没有过热, 如果水滴急剧汽化同时伴有“咝咝”声, 说明电动机已经过热。

判别电动机是否过热的准确方法还是用温度计测量。

发现电动机过热应该立即停车检查, 等查明原因, 排除故障后再行使用。

监视电动机的电流

一般容量较大的电动机应装设电流表, 随时对其电流进行监视。若电流大小或三相电流不平衡超过了允许值。应立即停车检查。容量较小的电动机一般不装电流表, 但也经常用钳形表测量。

监视电动机的电压

电动机的电源上最好装设一只电压表和转换开关, 以便对其三相电源、压进行监视。电动机的电源电压过高、过低或三相电压不平衡, 特别是三相电源缺相, 都会带来不良后果。如发现这种情况应立即停车, 待查明原因, 排除故障后再使用。

注意电动机的振动、响声和气味

电动机正常运行时, 应平稳、轻快、无异常气味和响声。若发生剧烈振动, 噪音和焦臭气味, 应停车进行检查修理。

注意传动装置的检查

电动机运行时要随时注意查看皮带轮或联轴器有无松动, 传动皮带是否有过紧、过松的现象等, 如果有, 应停车上紧或进行调整。

注意轴承的工作情况

电动机运行中应注意轴承声响和发热情况。若轴承声音不正常或过热, 应检查润滑情况是否良好和有无磨损。

注意交流电动机的滑环或直流电动机的换向器火花

电动机运行中, 电刷与换向器或滑环之间难免出现火花。如果所发生的火花大于某一规定限度, 尤其是出现放电性的红色电弧火花时, 将产生破坏作用, 必须及时加以纠正。

2.4 电动机的定期检查和保养

为了保证电动机正常工作, 除了按操作规程正确使用, 运行过程中注意监视和维护外还应进行定期检查和保养。间隔时间可根据电动机的类型、使用环境决定。主要检查和保养项目如下:及时清除电动机机座外部的灰尘、油泥, 如使用环境灰尘较多, 最好每天清扫一次;经常检查接线板螺丝是否松动或烧伤;定期测量电动机的绝缘电阻, 若使用环境比较潮湿更应经常测量;定期用煤油清洗轴承并更换新油 (一般半年更换一次) , 换油时不应上满, 一般占油腔的1/2~1/3, 否则, 容易发热或甩出, 油要从一面加人, 可以把没有清洗干净的杂质, 从另一面挤出来;定期检查启动设备, 看触头和接线有无烧伤, 氧化, 接触是否良好等;绝缘情况的检查。绝缘材料的绝缘能力因干燥程度不同而异, 所以保持电动机绕组的干燥是非常重要的。电动机工作环境潮湿、工作间有腐蚀性气体等因素的存在, 都会破坏电动机的绝缘。最常见的是绕组接地故障即绝缘损坏, 使带电部分与机壳等不应带电的金属部分相碰, 发生这种故障, 不仅影响电动机正常工作。还会危及人身安全。所以电动机在使用中, 应经常检查绝缘电阻, 还要注意查看电动机机壳接地是否可靠;除了按上述几项内容对电动机定期维护外, 运行一年后要大修一次。大修的目的在于, 对电动机进行一次彻底、全面的检查、维护, 增补电动机缺少、磨损的元件, 彻底清除电动机内外的灰尘、污物, 检查绝缘情况, 清洗轴承并检查其磨损情况。

结论

电动机在我国的经济建设中担当着重要的角色, 随着我国加入WTO后, 我国电动机行业所面临的国际社会的巨大竞争压力和挑战日益加剧。从节约能源, 保护环境出发, 高效率电动机是目前国际发展的趋势。这样看来, 推广中国的高效率电动机是非常有必要的。但是在日常使用过程中如何去维护好, 其影响可见一斑。本文着重从电动机的技术发展及现状、工作原理、运行维护进行了初略的探讨和分析, 希望能给正在或即将从事电动机工作的人士一些帮助。

摘要：近几十年来, 由于电动机的发展及广泛的应用, 它的使用、保养和维护工作也越来越重要。本文主要介绍了电动机技术工作原理、电动机的运行维护。

关键词：技术现状,工作原理,运行维护

参考文献

[1]张运波刘淑荣[工厂电气控制技术]高等教育出版社2004.

[2]许晓峰[电机及拖动]高等教育出版社2004.

保护与控制 篇2

摘要：本文介绍了文献查阅后总结的微电网的基本知识和微电网控制与保护相关的一些问题。微电网的出现协调了大电网与分布式电源的矛盾，对大电网表现为单一的受控单元，对用户则表现为可定制的电源，可以提高本地供电可靠性，降低馈线损耗。但是目前我国微电网的发展尚处于起步阶段，还有很多问题有待研究。微电网的保护和控制问题是目前分布式发电供能系统广泛应用的主要技术瓶颈之一。微电网的保护既要克服微电网接入对传统配电系统保护带来的影响，又要满足含微网配电系统对保护提出的新要求，这方面的研究是保证分布式发电供能系统可靠运行的关键。文中提出了一些现有的文献中提及的微电网继电保护方法和保护方案。关键词：微电网；控制；保护；分布式发电

Abstracts：This article describes the literature review after the conclusion of the basics of micro grid and micro grid control and protection-related problems.The emergence of micro-coordination of a large power grid and distributed power conflicts, the performance of a single large power controlled unit, users can customize the performance of the power supply, can improve local supply reliability and reduce feeder loss.But at present, the development of micro-grid is still in its infancy, there are many problems to be studied.Microgrid protection and control of distributed power generation is widely used for energy systems one of the main technical bottlenecks.Microgrid protection is necessary to overcome the Microgrid access to protect the traditional distribution system impact, but also to meet with micro network distribution system to protect the new requirements, this research is to ensure that distributed generation energy supply system reliable operation of the key.This paper presents some of the existing literature mentioned methods and microgrid relay protection scheme.Key Words：Microgrid;Control;Protection;Distributed Power Generation

一、微电网基本知识

2)保护环境的需要。CO2 排放引起的全球气候变暖问题，已引起各国政府的高度重视，并成为当前电力系统已成为集中发电、远距离高压输

当今世界政治的核心议题之一。为保护环境，世界电的大型互联网络系统。随着电网规模的不断扩

上工业发达国家纷纷立法，扶持可再生能源发电以大，超大规模电力系统的弊端也日益凸现，如运行

及其他清洁发电技术(如热电联产微型燃气轮难度大、难以满足用户越来越高的可靠性及多样化

机)，有利地推动了DG的发展。

用电需求等。近年来世界范围内的大面积停电事

3)天然气发电技术的发展。对于天然气发电故，充分暴露了大电网的脆弱性。鉴于上述问题，来说，机组容量并不明显影响机组的效率，并且天国内外学者开始广泛研究分布式发电技术。分布式

然气输送成本远远低于电力的传输，因此比较适合发电是指直接布置在配电网或分布在负荷附近的采用有小容量特点的DG。

发电设施，能够经济、高效、可靠地发电。分布式

4)避免投资风险。由于难以准确地预测远期电源位置灵活、分散，能与大电网互为备用，在一的电力需求增长情况，为规避风险，电力公司往往定程度上分担了输电网从电厂向用户远距离和大

不愿意投资大型的发电厂以及长距离超高压输电功率输电的功能。经过20 多年的发展，分布式发

线路。此外，高压线路走廊的选择也比较困难。这电已成为一股影响电力工业未来面貌的重要力量。

都促使电力公司选择一些投资小、见效快的DG项1)应对全球能源危机的需要。随着国际油价

目来就地解决供电问题。的不断飙升，能源安全问题日益突出，为了实现可

尽管分布式电源优点突出，但分布式电源相对持续发展，人们的目光转向了可再生能源，因此，于大电网来说是一个不可控电源，大电网也往往限风力发电、太阳能发电等备受关注，快速发展并开

制或隔离分布式电源。为了协调大电网与分布式电始规模化商业应用，而这些可再生能源的发电大都

源的矛盾，学者又提出了微电网的概念。

是小型的、星罗棋布的。微电网，是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与外部电网并网运行，也可以与配电网断开孤立运行。对大电网表现为单一的受控单元，对用户则表现为可定制的电源，可以提高本地供电可靠性，降低馈线损耗[1-4]。

下图是美国电力可靠性技术解决方案协会(CERTS)提出的微电网基本结构：

该模型反映了微电网的基本特征：(1)分布式电源DG基于电力电子接口控制，以保证电网运行的灵活性和稳定性。(2)敏感负荷的电源双重配置，既可以通过静态开关从公共电网取电，也可以由DG供电，保证了敏感负荷对电力可靠性和电能质量的要求。(3)敏感负荷通过静态开关(SS)与公共电网连接，当公共电网发生故障时，静态开关迅速动作，微电网进入孤网运行，保证对敏感负荷的持续电力供应。

然而，微电网和分布式发电不同：(1)微电网能有效地管理分布式发电。分布式电源DG通过电力电子接口接入微电网，基于电力电子设备的分布式电源DG的控制速度更快，短路点故障电流受到限制。(2)微电网是一个整体，它的控制保护复杂，传统继电保护原理不适用于微电网，必需采用新的保护技术。(3)微电网并网运行模式和传统分布式发电都与公共电网相连，但微电网PCC处静态开关(SS)的设置使得微电网对公共电网的影响降至最低。

文献[5]指出微电网有2个关键元件，即静态开关和微电源。外部配网故障时，静态开关断开，微电网转入孤岛运行，以保证敏感性负荷的不间断供电，各微电源在本地电压控制下，调整输出电压，以减少无功环流。扰动事件消失后，微电源能重新并网运行。

微电网中的电源多为微电源，亦即含有电力电子界面的小型机组。微电源主要是可再生能源；发电系统类型包括微型燃气轮机，燃料电池、光伏电池、风力发电机和生物质能等；系统容量为20kW~10MW；网内的用户配电电压等级为380V。

目前我国微电网的发展尚处于起步阶段，以下几个问题需要予以关注：

1）微电网中含有多个微电源，各微电源之间的协调控制是一个需要重点考虑的问题。

2）微电网中引入了很多先进的电力电子设备，它们大都是灵活可控的，如何实现对这些设备的智能控制和最优控制。

3）微电网和上级电网是互为备用、相互支持的一个有机整体。

4）微电网在并网和孤岛运行下的稳定性分析。5）微电网中的微电源，如风电、光伏发电等，大都采用全控型换流器，这些电力电子设备的引入很可能会带来一些谐波方面的问题。

6）现有的小发电机组并入微网的可行性分析。

二、微电网的控制

文献[6-9]中提到了微电网的控制问题：微电网控制是实现其众多优越性能的重要保证。与传统控制有显著的不同，微电网控制必须保证：在并网和孤岛运行方式下，都能控制局部电压和频率，使系统安全稳定运行；提供或者吸收电源和负荷之间的暂时功率差额；根据故障情况或是系统需要，平滑自主地实现与主网分离、并列或是两者的过渡转化运行。由于微电网并网和孤岛运行情况的差异，所以控制方法和策略也不同。

并网运行方式下的控制：并网时微电网通过PCC（公共联接点）点与大电网相连，根据负荷情况与大电网交换功率。

孤岛运行方式下的控制：孤岛运行是指主网故障或电能质量不满足要求时，微电网与主网断开形成孤岛运行。关于微电网孤岛运行控制已有很多文献研究涉及，主要有以下几类：1）微电网系统单主或多主控制方法；2）微电网系统对等控制方法；3）基于多代理技术的微电网控制。

三、微电网的保护

含多个分布式电源及储能装置的微电网的接入，彻底改变了配电系统故障的特征。而且微电网在并网和孤岛两种运行情况，短路电流大小不同而且差异很大。因此，如何在孤岛和并网下均能对微电网内部故障做出响应以及在并网情况下快速感知大电网故障，同时保证保护的选择性、快速性、灵敏性与可靠性，是微电网保护的关键。

微电网的保护既要克服微网接入对传统配电系统保护带来的影响，又要满足含微网配电系统对保护提出的新要求，这方面的研究是保证分布式发电供能系统可靠运行的关键。微网由于有并网运行和独立运行两种运行模式，微电网如何辨识公共电网的各种故障，并做出正确的响应确定微电网是否需要孤网运行是一大难题；此外，微网中存在的大量的电力电子逆变并网装置也使得电能质量的控制问题更加令人关注。从目前分布式发电功能系统的运行实践来看，微网的保护和控制问题是目前分布式发电供能系统广泛应用的主要技术瓶颈之一。

文献[10]提出微电网的继电保护必需遵循两条原则：(1)无论在孤网运行模式还是并网运行模式，微电网的保护策略必须一致；(2)短路故障时，提供短路电流的电源必需迅速切除。

微电网继电保护的一个难点是在孤网运行故障电流小的情况下给微电网配置充分的保护，微网一般是接入到配电网，而目前的配电网低压等级的继电保护通常采用简单的过电流保护。微网中的新能源通过电力电子逆变器接入，大量的电力电子设备的接入将使故障电流发生变化，微网的故障电流通常不会超过正常电流的2倍。因此传统的配电网中的保护装置不再适用，需要采用与故障电流大小无关的保护方式。新的微网及含微网的配网的继电保护策略有待研究。

微电网继电保护的另一个难点是微网与电网的公共连接点（PCC）。微电网有并网运行和孤网运行两种模式。微电网通过PCC与公共电网相连，PCC处的静态开关及其相应的继电保护特性的定义是微电网继电保护的一个难点。它必须能够准确判断电网的各种故障并迅速做出反应，决定微电网是否需要进入孤网运行，实现微电网这两种运行模式问的平滑切换。

文献[11]针对上述两个问题提出了系统级保护和单元级保护的方案，以合理配置微电网的继电保护。

微电网系统级保护主要目的是确保在公共电网发生永久性故障或微电网的运行状态不符合IEEEl547标准时，微电网能够迅速、平滑进入孤网运行，减轻微电网的接入对公共配电网的影响。同时，保证微电网能够安全过渡到新的运行稳态。微电网系统级保护的关键是其与公共配电网的连接点PCC。由以上分析可知，微电网并网运行对配电网继电保护的影响主要取决于两个要素：注入配电网的短路电流大小和持续时间。当公共电网发生永久性故障或微电网的运行状态不符合IEEEl547标准时，要求微电网进入孤网运行，PCC的迅速动作能减轻微电网对公共配电网继电保护的不利影响。所以，PCC安装的控制与保护装置必须能够检测并准确判断电网的各种故障情况，迅速做出响应，决定微电网是否进入孤网运行。文献[4]指出，PCC处的继电保护，可以通过测量其两端的电压、频率和电流大小实现IEEE1547标准所要求的检测，如不同步、电能质量下降、微电网内部或外部故障以及重新并网等问题。

微电网单元级保护主要是应对微电网内部发生的各种故障所配置的保护。微电网单元级保护必须考虑两个方面：能够处理微电网并网运行时的各种内部故障；外部电网故障使微电网PCC处解列进入孤网运行时，必须保证微电网能平滑过渡到新稳态运行，若微电网内部发生故障能够迅速切除故障部分，保证健全部分安全稳定运行。

现有的有些文献中提及的微电网继电保护方法主要有：

文献[12]提出了一种基于电流序分量的保护方法，微电网故障形式主要是相一地短路故障和相间短路故障。理论研究证明，零序和负序分量可以成功检测相地和相间故障。但是其针对的微网结构较为简单，属于针对性保护配置，通用性不够，在微网结构变得复杂时，可能造成矛盾的结果。产生这种情况的原因正是微网内的双向潮流特性，传统保护中的选择性原则在此处很难满足。文献[4]提出用零序电流保护作为单相接地故障的主保护，用负序电流保护作为相间短路的主保护，电流差动保护作为后备保护，并提出有挺好的效果；

文献[11]提出了DG出口电压abc-dq0变换法，对于不同的故障情况，三相电压的dq分量具有不同的特征，以此实现各种类型接地故障的判别；

文献[13]介绍了谐波畸变法，一种基于谐波畸变率THD的微电网保护方法，通过相电压的变化识别故障类型，正常运行时三相电压幅值近似相等，故障发生，故障相电压将低于健全相电压，以此可实现故障相判别；利用THD的畸变进行故障定位。正常运行时配电网相当于一个低阻抗的电压源，微电网的THD维持在较小值，约为0。故障发生，静态开关迅速动作，微电网与配电网的连接断开，进入孤立运行模式，此时，逆变器输出电流所含谐波将增加，导致THD增大。

文献[14-15]将微电网的保护分为交流微网保护和直流微网保护。

交流微网保护包括不依赖通信的保护、依赖通信的保护-网络化数字微网保护和微网独立与并网运行时的保护。

不依赖通信的保护：在微网中设置开关站，对开关站结构进行合理设计，可以使微网保护不依赖或较少依赖通信。断路器集中在一处成为开关站，带DG与负荷的线路作为元件接入某串中，微网内某个元件发生故障时,迅速切除该元件，由于是开关站，保护设备集中在一起，差动保护可以做到不依赖于通信。

依赖通信的保护-网络化数字微网保护：网络化数字微网保护以通信为基础，构建微网级的通信网络，利用微网多处的电流电压信息进行综合分析判断，从而实现对微网的保护。网络化数字微网保护需注意的技术要点是：快速有效的保护算法；快速可靠的通信网；多点电流电压信息的同步。

微网独立与并网运行时的保护：微网在并网运行与独立运行两种方式下短路电流不同且差异很大，通过逆变器输出交流电的DG受电力电子器件过流能力的限制，故障时不能提供足够大的短路电流。因此，微网并网运行时的保护策略在微网独立运行时可能不再可行，反之亦然。微网的保护策略面对独立与并网运行时有2种应对方法：一是设计一个统一的保护策略，使得独立与并网运行时保护都有效；二是设置限制条件，使得独立或并网运行时只有一种保护有效。

四、心得体会

笔者通过对相关文献的查阅，对微电网的相关知识有了一定的了解。文中介绍的主要是文献中提及的内容的小结，包括：微电网的基本知识，微电网控制和保护中遇到的问题，已有的解决方法，现有的微电网保护方法和方案简介。

笔者心得体会：微网与大电网通过一个PCC（Point of Comon Conection）相连，可靠性较低，这是微电网本身的一个缺陷，需要通过提高保护的灵敏度和动作准确度来保证。微网的保护由于电力电子器件的引入使得传统的保护装置不再适用，可以采用与故障电流大小无关的保护方式，由于故障时其他量也相应的变化，所以能选取的保护方法还是有很多的，如已有的基于电流序分量的保护方法、DG出口电压abc-dq0变换法、谐波畸变法等，但是这些方法也并不完整，有待继续研究。还有就是微网保护中通信很重要，必须寻求一种稳定不易

被干扰的通信和信号的处理方式。

五、谢辞

感谢老师，他严谨的治学精神，细致的引导，精彩的课堂教学使我对继电保护这门课充满了新的兴趣。在老师的课上指导和课后资料查阅过程中，我对微电网及其保护与控制有了深刻的理解，对继电保护新技术这门课也有了一定的认识。

参考文献

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火力发电厂电气控制与保护的讨论 篇3

关键词：火力发电；电气控制；保护；发展

1 火力发电厂电气控制的概况

1.1 建设模式，目前来说，在我国的火力发电厂中通常电器控制室分为两个部分，包括主控室和单元控制室，采用主控制室的通常是单机容量较小的火力发电厂，单机容量较大的发电厂通常采用单元控制室的模式，单元控制室也可以按类型进行分类，包括独立单元控制室和网络控制室两种。

1.2 控制方式，火电厂的控制方式通常包括强电控制、弱电控制和微机控制。目前来说常用强弱电转换的形式，但是这种控制操作较为复杂，技术要求较高，随着技术的不断发展，微机技术以及电气自动化技术的应用结合提高了操作方式的简便性，从而实现了电气控制技术的DCS系统，逐渐实现了火电厂控制的整体自动化。

1.3 火电厂中央信号系统。这种信号系统的应用主要功能是一旦火电厂机械运行发生异常会提供警报，从而避免造成事故，中央信号系统也是由两种形式构成，一类是利用微机技术结合应用的闪光报警，一类是冲击继电器以及光字牌组成的信号系统，这种系统的优点是能够进行人工复位，但是微机技术的构建具有功能简单、灵敏度更高的特性，相对来说对电气系统的保护更为全面，两种信号系统的选用要根据火电厂不同的运行情况进行科学的选择。

2 火力发电厂电气控制的应用

在火力发电厂的生产过程中整个生产系统较为复杂，人力消耗巨大，工作效率较低，在发电厂中引入电气控制系统之后，通过对电厂的统一科技化管理，可以全面的提高电厂运行效率和安全系数并且很大程度上减轻了人力负担。

2.1 安装。电气安装是整个生产过程的开始，对于火电厂企业来说，电气设备种类较多，且电路错综复杂，这就对电气安装的施工技术提出了挑战。在进行电气设备安装时，企业应对施工设备及施工人员进行科学合理的分配，防止在安装过程中发生重大的安全事故或者其他突发事件，影响工程的顺利进行。火电厂电气设备施工过程中，首先应对电缆接线进行严格控制。

电缆接线引出点位于零序互感器上时，将对变压器的输出电流产生影响，影响电流输出的稳定性，从而引发多种问题，如高压开关处于自身保护会产生跳闸现象、二次接线时变压器密封性降低从而产生的漏油现象、差动保护装置产生的误工、电动机引线鼻子由于高温熔化而引起的短路跳闸等。火电厂电气设备安装过程中应注意的另一问题是开关的安装，若开关的端头接地时不经过零序电流互器，则可能造成灰库变高压零序保护跳开关的现象，以上几种问题，均可能给电力系统的正常运行带来障碍。

2.2 现场接线的问题。现场的二次接线非常繁杂，如果有一根芯接错的话，都会造成很大的麻烦。经过详细查线，发现在自动励磁电压调节器的端子排中，一个信号端子和220V直流电源端子通过连接片连接在一起，因此将连接片解开，保护屏的电压消失。

2.3 电气设备选择。电气设备作为电气系统的主要应用基础，电气设备的选择十分重要，正确的选择电气设备能够更好的提高工作效率降低工程成本，实现电力系统的安全经济合理的运行。首先要保证的是以国家经济建设的标准为基本准则，根据既定的方针政策和技术规范选择电气设备，另外电气设备的选择还要以不同工程的具体实际情况决定，以设计任务书为参考进行科学的选择，包括电气设备断路器、隔离开关、电抗器、电流互感器、电压互感器、母线、电缆、避雷器等，在确保安全、可靠的前提下，注意节约投资，考虑引进新技术，考虑电器的装设地点、使用条件等环境条件的影响。

2.4 关于输煤系统控制方式。在对输煤系统的验收过程中，业主要求分布在各栈桥和碎煤机中的就地操作箱增加连锁功能。作为甲方，希望所配备的东西越多越好的心情完全可以理解，但是从设计角度上考虑，合理的才是正确的。输煤系统程控方式采用程序自动、程序手动、就地手动三种运行方式。其中程序自动和程序手动是在输煤控制室由操作员控制的，运行时主要是程序自动的方式，这两种方式需要考虑输煤的流程以及各个设备之间的连锁关系，但就地手动只是为方便检修和做试验用，没有必要考虑连锁。如果三种方式都要考虑连锁的话，勢必使接线复杂化而失去程控的意义。

2.5 电气系统的抗干扰问题。电气系统内部干扰源主要包括来自电器元件的噪声、分布电容引起的耦合效应、多点接地引起的电位差等，以及来自大功率电气设备和输电导线造成的电磁场、通信发射的无线电波、外界环境的温度、湿度等均可能对电气设备的运行产生不利影响。电气设备受以上因素影响后，其电磁场将会受到干扰，从而影响信息的正常传输，造成显示器画面不稳、颜色不正、存储受损等现象，严重时可能造成DCS瘫痪。出现以上严重干扰时，应对电气系统的安装工艺进行改进或者优化，以消除干扰因素。其中消除干扰最为有效的方法是切换干扰传播途径，实验证明，隔离DCS设备及磁场能有效消除电磁干扰，采取的措施为用铁皮柜将DCS系统进行屏蔽，采用屏蔽电缆传输信号，屏蔽电缆在机柜一端接地，可进一步防止线路的传送干扰；DCS接地与动力强电系统接地之间可设立隔离变压器，消除供电电路中共模干扰；而进入电网的高次谐波，可利用电源低通滤波系统进行消除。

3 火力发电厂电气控制保护的发展

3.1 智能化。随着科技的不断发展，科技的应用深入到各个领域当中，科技很大程度上提高了工作效率，发电厂发电也是如此，通过科技的应用提高工作效率和安全，锅炉、汽机和用电监控采用CRT监控，取消统控制盘等后备监控设备的使用。

3.2 全厂自动化。全厂综合自动化是一种发展趋势，提高全厂自动综合化，提高工程效率，解放生产力，在监控和管理上全部实现网络化。统一设计水处理、煤输送、车间管理等网络控制性，对监控设备也进行统一的设计并制定标准，从而提高整体发电厂系统的运行安全和高效，降低生产成本，提高公司经济效益。

4 结语

随着经济的发展，我们对电力的需求越来越大，电厂的生产压力也越大，这就要求我们在电厂发电的过程中不断运用新型科技，在整个火力发电厂电气控制运行过程中不断完善每一个环节，保证发电厂运行的安全和经济。

参考文献：

[1]王洁.浅谈火力发电厂电气控制与保护[J].三角洲，2014（8）.

[2]张祥生.浅谈火力发电厂电气控制与保护[J].科技与企业，2014（4）.

低压电机的保护与控制 篇4

关键词：低压电机,保护,控制,电流表,TA,断路器,接触器

0 引言

电机种类繁多,但工厂、企业和民用建筑中最常用的是低压交流三相异步电机(以下简称电机)。如何正确处理其保护、控制、测量和信号问题是工厂电气设计工作的一项重要内容。本文主要针对低压电机的控制与保护进行分析。

1 电机基本电气参数

1.1 额定电压

我国工厂常用低压电机的额定电压一般为380V,单相鼠笼式异步电机的电压等级为220V。电网电压波动会影响电机的输出功率,只有电压保持在其额定值的95%～105%时,电机的输出功率才能维持在额定值,否则就不能保证。

1.2 额定频率

我国交流供电电网额定频率为50Hz,偏差不超过±0.5Hz时,电机的输出功率能维持在额定值,否则会受影响。在某些工程中,个别引进设备配置电机的额定频率为60Hz,其在实际运行中的转速和输出功率降幅较大,这也是电机额定频率与实际供电频率不一致的原因。

1.3 额定功率

工厂常用低压电机的额定功率一般在250kW以下,个别电机可达320kW。

1.4 额定电流

设计选择电机热保护继电器时,需要计算电机的额定电流。在额定电压下,电机额定电流受功率因数影响。通常电机功率因数按0.8考虑(90kW以上电机功率因数会达到0.85左右),以此估算,每1kW约有2A的额定电流。对于1.1kW以下的小型电机,因其自身损耗所占比例较大,故每1kW可按照3A额定电流估算。

1.5 起动电流倍数

在设计电机起动回路保护设备及计算母线电压降时,需要明确电机的起动电流倍数,其值一般按6～7倍额定电流考虑,它与电机的起动转矩有关。

2 电机保护的种类

电机保护包括短路保护、过负荷保护、断相保护、接地保护、温度保护、低电压保护等。下面仅介绍最常用的短路保护、过负荷保护和断相保护。

2.1 短路保护

短路保护是在线路和电机内部产生相间及相对地短路时,为避免发生更大的设备损害而设置的保护,其特点是短路电流大,动作越快越好。短路保护是所有电机都必须设置的最为普遍的保护,可通过在主回路中设置熔断器、断路器来实现。

2.2 过负荷保护

过负荷保护也称为过载保护,是针对电机过负荷或堵转来设置的,可防止电机因过热而烧毁,其特点是保护动作电流相对较小,动作时间较长。过负荷保护通常采用热继电器、电机智能保护器、具有电机过负荷保护的断路器(也称为电机起动器)来实现。

2.3 断相保护

供电回路某相断线时,会造成已工作的电机缺相运行,使其产生低过流现象,时间持续太长会烧毁电机。设计时可在电机的主回路中加装带热差动的三相式热继电器,当回路中发生断相时,该相回路的热元件因无电流而降温,另外两相的因电流加大而过热,产生的热差使热继电器动作,从而使接触器跳闸,达到断相保护的目的。设计时也可采用专门的电机断相保护器或具有断相保护功能的电机智能保护器。断相保护一般为延时动作,以免误动。

3 电机的控制

一般情况下,每台电机应分别装设控制电器,但当工艺需要或使用条件许可时,一组电机可共用一套控制电器。在工厂电气设计中,控制一些小功率轴流风机、屋顶风机(小则几十瓦,大则1～2kW),数台电机就可共用一套控制电器。一般来说,控制电器采用接触器、起动器或其它电机专用控制开关,但起动次数少的电机也可采用低压断路器兼作控制电器。

4 电机电流测量

4.1 电流表的安装场合

(1)55kW及以上的电机需要安装电流表。大功率电机价格高,安装电流表后能及时了解其运行是否正常。而小电机如无特殊要求,装设电流表会增加投资。根据不同的工况,也可为30kW及以上的电机装设电流表。

(2)根据工艺要求,应为需检测交流电流的电机安装电流表。在化工生产装置中,一些搅拌装置,如污酸污水处理工段反应釜搅拌器,在工作全过程中,其负载转矩是不一样的,通过电流表便可了解搅拌器的工作状态。因此,根据工艺的要求,有些功率小于55kW(甚至只有1～2kW)的电机也需装设电流表。

4.2 对电流表和TA量程范围的要求

电流表的测量范围和TA变比的选择,宜满足当电机以额定值运行时仪表的指标在标度尺的50%～70%。这样,观察起来比较明显,读数比较精确,同时也给电机留有一定的过负荷裕度。电机起动时的起动电流为6～7倍额定电流,若使用普通的电流表,指针会摆动到终端撞击终端挡件,容易受损。因此,电机回路的电流表应选用过负荷型电流表,可起到保护指针的作用。当采用数字显示式电流表时,就不受限制了。

4.3 电流表的设置要点

(1)对于三相电机,一般不需在三相都装设电流表,因为其三相电流基本是平衡的。电流表可装在电机控制中心(MCC)的低压开关柜上,也可装在现场操作柱(箱)或控制屏(台)上。根据不同的工况,为满足操作与监视要求,可将电流表单独安装在上述场所之一或选择两处、三处都安装,要求电流表的安装位置和高度便于观察。

(2)对于小功率电机(额定电流一般不超过16A),可将电流表串接在其主回路中。更普遍的作法是将电流表接在TA的二次回路中,这种方式不受电机功率限制,电流表放置位置较灵活,更适用于多个电流表的安装。

4.4 TA准确度的选择

低压TA准确度的要求与其所配的电流表准确度等级以及二次侧的负载大小有关。TA二次侧电流表有5A和1A两个系列。TA的误差与铁芯的平均长度及互感器二次内阻抗成正比,与铁芯截面积和二次绕组匝数的平方成反比,故使用1A系列的准确度比5A的高。TA误差与二次负荷阻抗成正比,要保证其规定的准确度,5A的电流表只能用于距互感器较短的距离内,而1A的电流表则可在250m左右的距离内保持规定的精度。在化工装置电气设计中,如果仅在MCC装设电流表,选择5A的;如果在现场装设电流表,则选择1A的。

4.5 电流表在TA二次回路中的接法

(1)仅有电流表的二次回路。当电机功率较小,热保护采用一次直接式时,TA只需测一相的电流,也只需在一相上安装TA。一只电流表与多只电流表接法如图1所示。

(2)电流表与热继电器组合的二次回路。当电机功率较大时,选用的热保护器件有两种:一种是采用大容量热继电器直接接在一次回路中;另外一种是采用小容量热继电器接在互感器二次回路中,其电流表三相式接法如图2所示。

5 电机起动方式选择

5.1 全压起动

全压起动即直接起动,是最常用的起动方式,具有起动转矩大、起动时间短的特点。只要被拖动的设备能够承受全压起动的冲击力矩,且起动引起的压降不超过允许值,就应选择全压起动方式。全压起动的缺点是起动电流大,为额定电流的6～7倍,在电机功率较大而电源容量较小的情况下,电机的起动电流会引起配电系统电压显著下降,从而降低供电质量,特别是对于电压波动敏感的设备影响较大。为保证电机全压起动时配电母线电压降在允许范围内,应限制全压起动电机的最大功率。《电气工程师手册》按电源容量估算的允许全压起动电机的功率见表1,可供设计时参考。

5.2 降压起动

当电机不符合全压起动条件时,应采用降压起动方式,传统的降压起动方式有星-三角起动、自耦变压器降压起动、串电抗器或电阻器降压起动等。随着软起动技术的成熟和软起动器价格的降低,目前降压起动方式大多采用软起动器。软起动装置通过调节主电路晶闸管的导通角来平滑地调节电机绕组上的电压,削弱了电机起动转矩的脉冲,起动性能优于传统的降压起动方式。此外,还有变频器降压起动方式,它在生产中起到了很好的节能降耗效果。

6 电机控制保护电器

最常用的电机控制保护主回路组合为“断路器+接触器+热继电器”,如图3所示。

6.1 电机保护用断路器

表2为用于电机保护的CM1塑壳断路器脱扣特性。

由于采用热继电器作为电机过负荷保护,此时的断路器只作短路保护用(瞬时动作),因此不考虑过负荷保护性能。从短路保护的角度出发,断路器电磁脱扣器整定值可取电机起动电流的2～2.5倍。

例如,某台电机功率为55kW、额定电流IN为104A、起动电流倍数为6、起动电流为624A(其2.5倍即为1 560A),现选用一台壳架等级电流为225A的塑壳断路器,其脱扣器额定电流为160A,则瞬时动作电流10Ir=1 600A,大于1 560A,能满足要求。如果考虑电机起动初期的非周期分量,电机起动电流倍数为12,即起动电流12IN=1 248A,考虑断路器±20%的制造误差(取一20%)后,则实际的脱扣器动作值为160A×10×(1—20%)=1 280A,仍然大于1 248A,满足使用要求。

断路器的选择还应保证其分断能力满足断路器所在位置的最大短路容量。

6.2 电机控制用接触器

设计电机控制用接触器时,应注意对应AC-3使用类别的额定工作电流值,即电机不频繁起动的状况。例如上述额定功率为55kW的电机,可选用100A或160A的接触器,但考虑到接触器的降容使用,选择160A接触器会更好一些。另外,接触器使用环境中灰尘过多、温度过高,接触器频繁操作,供电电压偏低等都会降低其使用容量。

6.3 电机过负荷保护用热继电器

热继电器的整定电流应接近但不小于电机的额定电流,实际工作中建议选为电机额定电流的1.05倍。热继电器的动作时限应躲过电机的正常起动或自起动时限。对于起动时间较长的电机,应选用脱扣级别较高、脱扣时间较长的热继电器。热脱扣器脱扣级别和脱扣时间见表3。

6.4 电矶控制回路按钮和信号灯

在电机控制回路中,起动按钮为绿色,停止按钮为红色,运行信号灯为红色,停止信号灯为绿色,过载指示灯为黄色。

7 智能型低压电机保护控制器的应用

保护与控制 篇5

内容提要：本文以英国环境保护政策发展历史为模型，分析命令控制系统和经济激励机制各自在环境保护实践中的利弊，提出应该综合发挥二者优势，充分发挥各自的有效性和经济性，在达到污染防治、环境保护的同时，克服外部不经济性。

关键词：命令控制系统，经济激励机制，有效性，经济性

近年来，英国环境法学术界和立法界广为认同和关注的是有着悠久历史的命令控制系统和充满活力的经济激励机制的对立统一和综合运用。

命令控制系统，作为典型的环境污染控制手段，本质上是一种强制管理调整方法，这种手段主要通过政府的强制命令来减少污染，例如通过设立环境标准，以及推广某一种低污染环境技术的应用。命令控制系统在很长一段时间以及很大程度上良性地影响和指导了环境政策的方向，并在实践中对环境质量的提高改善做出了重大贡献。然而，随着环境问题的演变，在解决日益加深的环境污染问题上，这种强制性手段似乎越来越力不从心。命令控制系统的过多硬性规定，最终导致了环境政策的无效率以及不经济。于是，环境污染防治将目光投向新生的经济激励机制。

经济激励机制本质上是一种间接调控手段。它试图通过诸如污染收费、征税、补助以及建立在产权法和污染者付费原则上的许可交易等刺激机制，鼓励那些能够使整个社会福利最大化的环境行为，从而在环境保护和社会经济福利之间找到最理想的平衡点①。因此，经济激励机制依赖其成本经济性和鼓励先进技术的运用以及灵活性等优点而倍受推崇。但是，该系统的发展还极不完善，其在实践中发挥的作用与理论上的优势也有一定局限。

作为最早产生环境保护概念和环境法的国家之一，英国的实践证明，命令控制系统和经济激励机制有着各自的优势以及缺陷，只有综合运用两种手段才是最有效、最经济的解决环境问题的理想途径。

一背景

环境问题于英国由来已久。在现代环境保护法发展期间，英国政府环境行为的形式和理念②的变化导致其环境政策的变化。

英国现代环境保护法起源于工业革命③。最典型的事例是依据《化学碱法案1863》成立的化学碱调查组织。这个组织的任务就是控制所有工业碱的排放。然而，这个时期的环境政策虽然看似更有效，甚至为公众所接受，但并非很成熟，因为议会倾向于采取末端控制措施抑制污染，而忽略了环境保护的整体性。换句话说，相当大的注意力被放在“事后措施”上，即着力改善既有环境，而非“事前防范”，即控制污染源④。同时，片段性、无计划性以及不连续性也是这个时期的环境政策的特征。由于这些特征的存在，地方上在环境措施的采取上有相当大的自由裁量权⑤。学者们将英国环境政策的这种形态归纳为“行政色彩浓厚，分散实施，追诉最小化，管理者与被管理者的亲密合作”。无论英国环境政策的形态如何，都有一种共同认识，那就是形成许多环境政策的理论结构传统上都以行政命令理念为基础。这种行政命令手段是以管理者设定一个或多个严格环境标准为基础，然后通过行政许可或同意的形式强加于被管理者身上，如公司、个人等，以明确哪些行为是可以实施的，任何没有获得许可的行为或者逾越界限的实体或个人都将受到行政强制执行。

虽然行政许可和行政强制执行以及刑法上的强制执行已经被认为是英国环境政策制定的一个主要的指导方向，但是多样的英国环境政策，不可避免地导致了对行政命令控制手段的不信任态度的产生。《环境保护法案1990》第一章中的“污染整体控制”（IPC）的建立明确显示了从传统的污染危害被动控制原则到以预防为主原则的重大转变。IPC致力于寻求“最可行的环境保护选择”（BPEO）和要求“不至于产生过多成本的最佳可利用技术”（BATNEEC）。IPC最基本的特征是它不仅对某一流程可以排放到现有环境中的污染物种类做了规定，而且对生产流程本身也做了规定。该特征因此意味着一个事实，那就是行政命令控制手段的范畴历史性地从单纯针对现有环境的污染后果转移到对污染原因的关注。有一点必须指出的是，在IPC的影响下，行政系统也经历了深远的转变。学者们指出，这些变化表现在，苏格兰环境保护事务所接管了原河流净化部和皇家工业污染检查组织以及地方有权机构的许多环境职责。，英格兰和威尔士环境事务所的设立将污染控制职能（污染整休控制、废物管理、水污染管理）史无前例地统一于一个行政部门下。IPC，相对于传统的“末端控制”在解决环境问题上似乎更具发展前途。但这并不意味着完全依赖IPC来实现环境污染控制是正确的。随后取代IPC的“污染整体防治”（IPPC）更明确地显示出英国政府一直在致力于寻找治理环境问题的最好方法。IPPC由欧、盟发起，作为欧盟成员国之一的英国因此就有义务采纳实施IPPC.IPPC的目的.在于用所有适当的手段从整体上控制环境污染，特别要防止和减少空气、水和土地污染物的排放。IPPC中涉及的适当手段在治理环境污染的过程中各自扮演不同的角色，最佳可利用手段（BAT）被推崇为防止和减少污染排放的“明星手段”。

英国经济激励机制的演化发展时间并不很长，但较之命令控制系统的发展却更加扣人心弦。英国以在世界上首次采用市场手段一一环境税而自豪。早在19，LoydGeorge法官就将环境税加人汽油价格中。唯一遗憾的是，自此以后，该措施的采用就处在不连续状态。英国在实践中推广市场手段较欧盟中所谓环境问题的“领头者”―荷兰和丹麦要晚，原因就在于英国环境政策传统框架、形式与内容的制约。这种论断后来为皇家环境污染委员会在1972年证实：“我们并不认为环境收费系统比（法律）许可系统更行之有效……如果采用适当的政策，（许可系统）就能保证良好的环境效益……收费系统的运行管理需要专业人士……而我们不认为现阶段存在这样的专业人士……政府应该立即对采用市场手段的个案进行调查；但我们并不完全相信这些调查结果已经能够充分显示从许可制度向市场手段为主的转变在环境污染控制上具有可行的正确性。”

在是否运用经济激励机制的问题上，首先，英国根本性的态度转变似乎始于可持续发展战略与正式规则的整合。可持续发展的定义从1987年世界环境与发展委员会报告开始在英国受到关注和推崇。报告里指出，可持续发展强调发展与当前需要相适宜，而同时不会危及到后代的这种发展与需求相适宜的步调。可持续发展的目的在于，调和经济发展与环境保护之间的冲突，确保每一种发展的受益大于其成本，包括它的环境成本。其次，英国接纳经济激励机制的趋势被提倡革新的风潮所带动。这种革新风潮认为，以命令控制为典型特征的政府调控手段，离开了社会各层面参与环境保护责任的分配，没有能力完成可持续发展的目标。因此，经济激励机制，作为一种选择性补充替代手段，是必不可少的。伴随着20世纪90年代后这种姿态上的变化，越来越多的经济激励机制手段被运用到实践中。AndrewJordan，RudigerWurzelandAnthonyR.Zito的书中有例为证，大量减少车主对过滤石油的运用，减少使用未过滤石油车主的环境责任。1993年实行的国内燃料消费税及19实

施的垃圾税同样反映出一个事实，那就是，经济激励机制的采用在英国不再是停滞不前或者暖昧不明，而是激进的或蓬勃发展的。虽然经济激励机制的广泛运用是显而易见的，但另一方面，它也存在着很大的问题。大多数的经济激励机制本质上都是被运用到了增加财政收入上，而非保护环境本身。经济手段明显偏重于工业而非消费者。然而，问题逐渐得到解决，伴随着执政党的更替，新的工党政府在推广经济手段的运用，建构环境政策框架上致力于扮演更积极的角色。众多诸如的“气候变化征税”，“排放物交易方案”的新经济手段得到采纳。事实证明，英国政府现时已经完全摒弃纯粹依赖命令控制系统的策略，而是信心十足地将更大的赌注放在经济激励机制上。

二、命令控制系统的发展历程

英国管理体制的哲学一直是以质量为导向的。环境质量标准就是这种以质量为导向哲学的最好体现。环境质量标准是以控制无危害性物质为目的，通过对某种污染物对现有环境的影响作为评估这种污染物是否达到排放要求的。除了这种控制无危害物质排放的环境标准，还有两种标准控制危害物质的排放，通常被称之为排放标准和流程标准。排放标准明细出允许从某一种工厂或者某一种设备里排放出的污染物质的总量。虽然这种标准并不像环境质量标准一样受到重视，但并不意味着它不受欢迎，而是被普遍认为它可以为环境质量标准所包含，成为衡量质量标准的一种手段。

（一）灵活性与革新

从理论上来说，命令控制系统在环境保护方面是非常有效，或者说有经济效率，甚至是很成功的手段。遗憾的是，事实远非如此。学术界一直有共识，命令控制系统，包括环境质量标准，排放标准和流程标准，或许可以被认为是最灵活的手段，因为这些标准分别留给执行者和有权机构一些弹性空间。环境质量标准只要求排污者达到预先设立好的污染级别，而不是强调排污者在某一工业流程应该采取的技术，这样也就给排污者留下了一定的选择空间。在这个意义上讲，这个标准极具灵活性。

认识到IPC可行性的道德支撑后，对于企业来说，IPC还有很多已知有利性。例如一些大企业，非常愿意应用BAT-NEEC的高科技手段提高效率和生产力，以对较小规模的竞争者形成更强的竞争力。另外，一些大企业可以通过向一些急子想以低成本提高环境技术的企业出售这些技术来获取收益。在一定意义上，这也是包括大规模和小规模企业革新发展环境科技的动力之一。因此可以大胆假设，这种“可交易的环境技术”，如果被正当运用，也许会产生类似经济激励机制中的环境许可交易制的效果。相反，被认为是最具有灵活性的环境质量标准的理念，至少在环境技术革新上不如排放标准和流程标准。在环境质量标准已经达到的情况下，污染者就失去了继续改善自己行为的动力。虽然选择性分析并不能完全回答是否环境标准越没有弹性，该标准就越不可行的问题，但有一点值得指出的是，形式主义式的只考虑灵活性因素而忽略对诸如道德和革新等可行性因素的考虑，对全面认识命令控制系统是无益的。

（二）成本经济性

地域性地设立统一环境质量标准容易造成成本不经济性。因为位于吸收容量相对较大的环境里的企业很容易以低成本达到环境标准，相反，位于吸收容量相对较小的环境里的企业必须花费相对较大的资金来达到环境标准。环境质量标准的不经济性还应当归因于对于污染等级的持续监控。设立统一标准的排放和流程标准也同样具有不经济性。因为他们也同样忽略了不同的企业会有不同的边际减益成本的问题。很明显，这就形成了一种现象，有些企业不用投人太多资金就很容易达到标准要求，而有些企业要满足标准要求就必须花费更多资金。因此，从经济学上讲，不同企业的成本差异就造成了边际减益成本。边际减益成本因而被视为命令控制系统在控制环境污染问题上的一大缺陷。

（三）环境效应

（l）标准设定系统。就环境效应而言，命令控制系统在控制环境质量方面被认为是做出了重大贡献。这也成就了环境控制系统在实践方面印证其有效性的重要依据。但是，至少在控制不可见的流动传播污染物方面，其实际效应不如期待值高。此外，排放标准和流程标准都在控制一个地区某种污染物的累积效应上，例如汽车废气排放上力不从心。（2）执行程序。人们普遍认为，命令控制系统缺乏充分的执行力，由此阻碍了环境质量的提高。在开始分析环境法的执行之前，有必要介绍一下执行概况。从总体上来说，环境法的执行旨在“防止污染对环境和人体健康造成危害，而非对再造成危害者实行处罚。”从这个角度而言，环境执行的特点倒是在英国环境法的执行中有着很好的体现。Bell

三、经济手段的发展历程

外部不经济性是导致市场配置资源无效性的最主要的因素。环境问题上的外部不经济性，通常是由于企业一味追求利益最大化，而把一些成本转嫁给社会造成的。因此解决外部不经济性要么采用命令控制系统强制要求企业偿付这些成本，或者采用经济激励机制。命令控制系统一直被认为是污染控制的最成功手段。但是，从美国的实践可以看出，它在成本经济、灵活性、环境效应等方面也存在着很多问题。对于这些命令控制系统不能克服的问题，英国开始采用经济激励机制来解决。

环境污染控制中的经济手段可以被定义为收费和市场形成。收费种类多样，大体上采取排污收费和环境税的形式。排污收费对污染者排放到环境中的污染物按单位收取费用。环境税则是“确保污染者对他们给社会带来的环境成本承担责任；给环境保护和容量建设提供资金支持；给予环境友善行为以激励；为减少其他一些不经济的环境税提供资金储备”。至于市场形成，它旨在建立一个有排污权的市场，例如排污交易系统。

（一）收费系统

总体上讲，排污收费的概念建立在一个假设上，那就是因为排污者必须为每单位的排污量付费，所以排污者不得不尽量减少污染物排放以减少边际减益成本，从而使自身利益最大化。环境税是为了真实反映管理和处理污染物的成本，因而污染者必须为此付费。也就是说，污染者一方面必须更多地生产可循环利用型产品以减小沉重的税务负担，另一方面生产者也必须衡量生产可循环利用产品的成本和纯收入之间的差距。由此可见，环境税在理论上是经济有效的。

在理论上，包括排污收费和环境税在内的收费系统也能促使污染者改进技术或者使自己的生产行为更加有效，同时更进一步鼓励可循环利用产品的生产，最终实现可持续废物管理和废物最低化的目标。

环境税的另一个目标是通过对某些易于遭遇高税率的公司实行税收基金补偿的方式来鼓励环境友善行为，并帮助他们提高环境技术。事实上，只有14.3%的税收被派到这种用途上。更具有讽刺意味的是，其余的税收资金大部分被用做减少雇主的国家保险投人了。因此，诸如信用方案等的环境方案，应该得到更多的关注，从而使基金更好地用于鼓励循环利用和恢复资源。

（二）市场形成

排放许可交易或许是英国环境污染控制中最常见的一种经济手段。支垫排放许可交易制度的理论就是“环境恶化源于珍

贵资源的不清晰产权”。排放交易系统旨在授予或者出售资源的使用权，并建立配套市场，从而达到对稀有资源的合理有效配置。该系统因此在这个意义上非常具有吸引力，因为它使污染者自己决定怎样有效地利用资源和怎样有效地减少污染。然而，这个优势却在道德层面上引发了争论。除了固有特性产生的缺陷，初始分配上也存在着问题。许可的初始分配可以通过溯源或者拍卖来完成。在现实中，溯源对现有企业有利，对新人者却不利。因为当一个新企业想介人一个已经存在旧企业的领域的时候，政府就不得不增加污染权的总量，给新介人者分配权利，这样就不可避免地加深了污染程度。虽然许可交易制度可以保证既定程度上的环境质量，但它在提高环境质量上却不成功。许可交易制度只考虑为污染企业减少成本，而不是考虑环境效益。OECD的一个报告也证实了这点：人们普遍认为，许可交易制度在经济有效性上的成绩远高于其环境有效性上的成绩。然而，环境上的无效率却意味着经济效率的取得。虽然一方面，排放交易制度鼓励企业采用先进技术，从而低成本地达到既定环境标准，并通过向那些边际成本高的企业出售剩余许可而获得收益；另一方面，所有企业的边际成本最终会趋子一致。

总的来说，通过对美国的环境政策制定和执行的渊源的分析不难看出，在环境污染防治过程中，片面强调命令控制系统或者夸大经济激励机制的有效性都是不可取的。以环境标准为标志的命令控制系统，在解决现有环境污染问题上具有被动性，实践中缺少灵活针对性，政策上不连贯，对于环境技术革新欠缺激励机制，从而导致环境政策的不经济与无效率。然而，命令控制系统也决非一无是处，它的确定统一的特点赋予了其执行上的通畅统一，并且在实践发展过程之中，规则制定也逐渐摆脱死板而趋向突出特定环境及情况。另一方面，被赞誉为最具经济性和最能有效解决环境问题的经济激励机制，在实践中发挥的作用却也差强人意。问题主要集中在数据的欠缺、合理税率的制定、对环境总容量的影响以及由许可交易制度引起的环境道德方面的争议等。由此可见，综合运用命令控制系统和经济激励机制也许是当前最理想的一种解决环境问题的措施。合理研究分析两种手段，扬长避短，互相补充，交叉使用，从而在控制污染，保护环境的同时克服外部不经济性的产生及存在，才能最有效、最经济地符合可持续发展原则的要求。

我国环境资源保护在传统的命令控制、行政主导的体制下，正在越来越多地引人市场机制的功能加何处理好这二者的关系，英国的理论与实践是个很好的借鉴。我们尤其有必要合理借鉴发达国家环境法制系统发展的经验教训，结合中国实际，少走弯路，在平衡经济发展和环境保护二者间的关系上达到事半功倍的效果。

注释：

①John Alder David Wilkinson.Enviromental Law  ，，Chapter 7，p.21l.

②Andre Jordan and Anthony R.zito，“New Instruments of  Enviromental Governance？National ExPerioces and Prospects，p？180.

③Reid， Environmental Law，：Sifting Through  The  Rubbish  （1995），JR p.238.

④Bell  McGILLivray，Environmental Law ：the Law and policy relating to the protection of the enviroment，Fifth Editinn，（Black-Stone，），Chapter l，p.10；Weale，A.et al.（2000），Enviromental Governance in Europe，Oxford Oxford University press . P. 177，Jordan，A.（a）The Europeanization of British Enviromental Policy，London： Palgrave，in Andrew Jordan .

⑤Bell  McGILivray： Environmental Law ：the Law and policy relating to to the protection of the enviroment，Fifth Editinn（Black-Stone，2000），Chapter l，p.10-11.Reid：Enviromental Law： Sifting Through  The  Rubbish  （1995），JR p.238.

保护与控制 篇6

关键词： 工艺质量；气体保护药芯焊丝；碱性渣系；选择与控制

中图分类号： TG442

0前言

以E500T-5为代表的碱性渣系气体保护药芯焊丝的使用性能非常优异，无论是抗裂性还是低温韧性，都远比E501T-1焊丝好许多。许多重要产品或工程结构的施工技术条件明确标明，必须使用碱性药芯焊丝。一些单位担心的是焊丝操作工艺性的不适应，比如习惯了E501T-1焊丝的焊工，用该焊丝总觉得飞溅大、成形难控制，甚至不能操作。这是焊工的经验不足或技术尚不全面造成的。深入了解并长期体验碱性焊丝的特性和操作要点后[1]，广大焊工同样会喜欢上这类焊丝的。虽然采用富氩混合气体保护时，能改变碱性药芯焊丝熔滴过渡形态，从而改善焊丝的工艺性。然而，考虑到大多数用户的需求，本文仅限于探讨CO2保护下的焊丝工艺质量问题。

有的市售E500T-5焊丝，烧焊时护镜下看到的熔渣、熔池形态与E501T-1差别不大，熔池轮廓不清楚，熔渣紧跟电弧，熔池裸露部分很小；熄弧后，固态熔渣的色泽形态与E501T-1焊丝的很接近。这表明该焊丝不属于碱性渣，至少是熔渣的碱度不够高。应该说，碱性焊丝不仅在操作手感方面，而且在焊缝凝固后熔渣色泽、厚薄、脱渣性，以及焊缝成形等方面均与E501T-1有明显的区别。然而，遗憾的是，有的E500T-5焊丝不具备上述特征。这样的焊丝当作碱性焊丝用在重要或重大工程结构上，结构的安全性会受到一定影响。为此，本文特意将碱性药芯焊丝的工艺质量与熔渣的冶金特点、熔滴过渡特性相联系，通过两种渣系碱性焊丝工艺质量对比，探讨碱性焊丝工艺质量的选用原则与控制原理。该项研究对推动企业技术进步、改变经营理念、提升产品竞争力，具有参考意义和实用价值。

1碱性渣系及碱性气体保护药芯焊丝的冶金特点

1.1碱性熔渣宏观特征

碱性渣顾名思义熔渣的碱度高，按照文献[2]建议的熔渣碱度计算公式，一般BI>1.5为碱性熔渣。从熔渣碱度定义出发，可以设计出多种碱性熔渣焊丝。本文选择CaF2-CaO-SiO2和MgO-CaF2-SiO2-TiO2两种碱性熔渣进行试验。首先从熔渣宏观特征说起（表1），第一种渣与酸性渣大不相同，一是色泽赭色里透着暗黄，二是渣很薄，与焊缝抓得很紧，不易脱落，必须施加外力或振动，振后易碎，脱不干净，而且是玻璃状渣。第二种渣与酸性渣有点接近，渣的色泽褐色里透着暗红，渣比前者较厚，渣与焊缝抓得不牢，比较容易分离，渣是瓷石状。其次，从渣的高温熔化特性看，二者差别不大，面罩下看到的是典型碱性渣熔池形

貌，高温渣的流动性很好，覆盖性后者更满意。最后，

必须强调的是，碱性熔渣的特性决定了该焊丝的操作特性与E501T-1酸性焊丝是不同的，主要焊接参数不同，操作技巧要用心掌握：电弧要压低一点、焊丝倾角要大点、焊接速度适当放慢点、横向可以摆开点。只要操作技术掌握得好，飞溅会变得较小，电弧不再那么太飘，感觉自然好多了。

1.2碱性气体保护药芯焊丝的冶金特点

121熔滴过渡区

从焊丝端部熔滴形成、过渡至焊缝熔池这一区间，可能发生下列化学冶金反应：

（1）熔滴、芯柱与电弧中CO2及其分解物作用

1.2.2熔池反应区

在熔池反应区将继续进行熔滴阶段的化学反应，只是反应速度和反应剧烈程度与熔滴阶段不尽相同，也可能出现与焊条电弧焊熔池反应区不同的情况。注意到熔滴过渡中伴随渣柱（或芯柱），以及渣柱直接进入熔池现象，可能导致焊接化学冶金反应不完全和冶金过程的新变化。另一方面，由于熔渣较稀，熔滴过渡过程中，熔渣未必完整包覆熔滴，熔滴的氧化对去氢有一定作用（当然，亦要考虑熔滴尺寸较大，比表面积较小因素），携带氢量相对较少，进入熔池氢总量小。还有，熔池轮廓清晰，裸露面较大，熔池中气泡易于浮出。

2碱性渣气体保护药芯焊丝的电弧行为与工艺质量2.1碱性渣系药芯焊丝的电弧行为

2.1.1电弧形态

文献[3]通过与实心焊丝的对比观察，把药芯焊丝的电弧形态分为四种类型：按电弧的连续性分，可以分为连续型和断续型电弧；按电弧的活动性分，可以分为活动型和非活动型电弧。实心焊丝CO2气体保护焊时，尽管熔滴的非轴向排斥过渡形态使电弧偏离焊丝轴线，而且随熔滴在焊丝端急速摆动而飘移不定，但电弧首先是在焊丝端头的整个截面上产生的，同时熔滴在短路过渡瞬间会出现电弧瞬间熄灭现象，因此实心焊丝的电弧形态属于活动、断续型。而“O”型截面药芯焊丝（无论酸性或者碱性）CO2气体保护焊时，熔滴虽然也是非轴向排斥过渡形态，而且随熔滴在焊丝端急速摆动而发生电弧迁移，然而电弧首先是产生在焊丝金属外套管上，况且熔滴的滴状过渡并未出现电弧瞬间熄灭现象，因此该类药芯焊丝的电弧形态应属于活动、连续型。总体上看，药芯焊丝CO2气体保护焊时，因为药芯中加有稳弧剂，电弧的挺度和稳定性均比实心焊丝的好，焊丝的工艺性理应得到明显的改善。

2.1.2熔滴过渡特性

2.1.2.1熔滴形成过程

观察对接口“O”形截面药芯焊丝熔滴形成过程，可以发现，进入电弧区的焊丝端部，在接口处及其附近的钢带首先快速熔化，而在接口的径向处钢带则滞后熔化，于是很快形成了偏心熔滴悬于焊丝端部；与此同时处于焊丝端部、熔滴下方的还有滞后钢带熔化的所谓渣柱，有时还有滞后熔化的一小段细钢带。随着焊丝不断送进，熔滴在电弧中急速旋转、飘移并过渡。可以看出，电弧燃烧时，焊丝端部沿圆周方向不能同步熔化，而是沿接口处熔化速度快，接口径向处熔化速度慢，结果出现偏心熔化（或马蹄形熔化）、熔滴沿焊丝周边悬挂运动和熔滴的非轴向过渡现象。至于处于熔滴下方的渣柱的形成，则是由于药芯组成物熔点比钢带高所致。

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2.1.2.2熔滴过渡形态

在CO2气体保护下，这类药芯焊丝熔滴过渡的基本形态是非轴向排斥滴状过渡（大角度排斥过渡），其主要的过渡指标是熔滴尺寸、过渡频率及熔滴过渡的非轴向倾向（熔滴与焊丝轴线夹角）。熔滴过渡形态的变化，主要依赖于焊接电流变化。在小电流下焊接时，焊丝端部的滴状熔滴受多种力作用，急速地摆动，并以非轴向方式不停地脱离焊丝实现过渡。随焊接电流的增大，熔滴尺寸减小，过渡频率增大，熔滴的非轴向倾向略显减小；当焊接电流大于某范围值后，随着过渡频率急剧增大，熔滴沿焊丝渣柱方向过渡。熔滴沿渣柱的过渡行为，对稳定电弧、减小焊接飞溅、改善操作工艺性较为有利。在生产现场通常采用较大焊接电流，电弧电压达相应数值时，这类焊丝发生短路过渡的机会较小。

2.2碱性渣系气体保护药芯焊丝的工艺质量（实测）

3碱性渣系气体保护药芯焊丝熔敷金属的力学性能3.1碱性渣焊丝熔敷金属拉伸力学性能

焊丝熔敷金属的拉伸试验（表3）表明，两种焊丝的抗拉强度、屈服强度、断后伸长率等指标都能达到GB/T10054—2001 E500T-5要求，至于两种焊丝这些指标的差异，显然是由于化学成分不同所造成。虽然碱性渣氧化性小、焊缝金属含氧量特别低、含氢量也很低、去除S、P能力强，焊丝拉伸性能指标能被方便调整或控制，但是，与E501T-1焊丝相比，这两种焊丝在拉伸性能方面的优势并不突出。该焊丝优势主要体现在焊缝韧性，特别是焊缝金属的低温冲击性能非常优秀。

碱性药芯焊丝熔敷金属韧性的控制包括四个方面（图2）：首先，要控制熔渣的碱度。焊丝熔渣的碱度BI大于1.5时，能保证焊缝金属低氢和低氧含量，而且是图2熔敷金属韧性控制原理方框图

低硫、磷含量，及低夹杂物含量（晶界净化）。第二，要控制焊缝化学成分。从两方面入手：①控制熔敷金属的屈强比Rel/Rm=0.85～0.95，或延强比A/Rm=0.034～0.055[6]；②必要时可以在焊缝中加适量的Ti、B微量元素，其目的是保证熔敷金属形成85%以上的针状铁素体组织。第三，控制焊接热输入。进一步强化或助力焊缝中针状铁素体组织形成。第四，控制生产线装备[7]。要保证装备的先进性，确保送粉的均匀性和焊丝接口的密封性，防止药粉分层，杜绝焊丝漏粉、焊丝扭曲等不良现象出现，确保冲击试件无低值数据出现。

6结论

（1）典型碱性焊丝熔渣色泽赭色透黄、渣薄玻璃状，渣中SiO2很少，在熔滴反应区渗硅反应被抑制，熔滴不增氧，不被细化。弧柱中氧化性及熔池面裸露有利去氢作用。

（2）该类药芯焊丝的电弧形态属于活动、连续型。焊丝熔滴过渡的基本形态是非轴向排斥滴状过渡（大角度排斥过渡）。实测的两种碱性焊丝，在焊缝成形、

全位置焊接适应性等工艺性能方面有所差别，但抗气孔性能都很满意。

（3）碱性渣药芯焊丝可以保证熔敷金属低的含氧、含氢量及较少的有害杂质，保证焊缝组织大量的针状铁素体，因而获得了优异的力学性能。第二种焊丝出现韧性低值试件问题，与焊丝制造过程中药粉的均匀性、流动性等因素有关。

（4）碱性药芯焊丝工艺质量指标选择的“合于使用”原则，强调产品特征或用户要求，注重某些单项工艺质量指标的研发与改进。

（5）提出了通过两个形成焊接飞溅关键参数控制飞溅的技术路线，以及通过4个方面确保获得优异、稳定冲击性能的焊缝韧性控制原理。

参考文献

[1]孙咸. 碱性渣系气保护药芯焊丝立向上焊接工艺[J].焊接，2003（9）：16-19.

[2]陈伯蠡. 焊接冶金原理[M].北京：清华大学出版社，1991.

[3]孙咸.气体保护药芯焊丝熔滴过渡形态的研究[J].MM现代制造（现代焊接工程），2010（2）： 57-61.

[4]中国机械工程学会，北京·埃森焊接与切割展览会组委会.北京·埃森焊接与切割展览会综合技术报告[R].北京：2012：146.

[5]吴磊磊. 船舶制造高效焊接—船舶制造中高效焊接对焊材的要求[J].金属加工（热加工），2013（22）：21.

[6]孙咸. 钛型渣系气保护药芯焊丝熔敷金属力学性能的控制[J].机械工人（热加工），2005（8）：31-34.

[7]孙咸. 药芯焊丝生产线装备特性以及与焊丝品质的相关性[J].焊接，2011（2）：14-18

保护与控制 篇7

对电动机的控制与保护, 传统上采用断路器 (熔断器) 、接触器、热继电器等电控系统, 但该系统存在如下不足: (1) 采用不同考核标准的电器产品组合在一起使用时, 保护特性、控制特性相互配合不协调; (2) 设计人员选择电器元器件可能匹配不当; (3) 成套购置不同生产厂家的元器件产品的质量不同和装配调整不当; (4) 用户现场整定不当等。

为解决这些问题, 一体化的控制与保护开关CPS应运而生, 其集成了隔离器、断路器 (熔断器) 、接触器、过载 (或过电流) 保护继电器、欠电压保护继电器、启动器等电器元件的主要功能 (见图1) , 较好地克服了采用分立元器件构成的电控系统存在的不足, 因而得以推广应用。但其实际工程应用中要注意什么问题以及还有哪些可以改进的地方仍值得深入交流和探讨。

1 控制与保护开关CPS的特点与类型

控制与保护开关CPS能接通、承载和分断正常条件下包括规定的运载条件下的电流, 且能够接通、在规定时间内承载并分断规定的非正常条件下的电流, 可应用于多种风机、水泵控制。按照组合形式、壳架电流、分断能力、级数、脱扣器类型、控制电压、负载类型、隔离功能等可分为多种类型, 实际工程设计时应甄别选用最佳类型。

1.1 组合形式

CPS按照组合形式或控制对象启动方式可分为基本型 (直接启动型) 、双速 (三速) 启动型、可逆启动型、星-三角减压启动型、自耦减压启动型等。

1.2 壳架电流

目前市场上主流的CPS基本有两种壳架电流, 分别为45A和100A, 控制功率不超过45k W的电动机 (降起启动控制功率小于90k W的电动机) , 可满足民用建筑中大部分电动机的使用要求。近几年, 已有少数厂家开发出壳架电流225A、400A的产品, 大大丰富了CPS的产品系列。

1.3 分断能力

选择断路器时, 分断能力是一个非常重要的指标, 但为什么设计师在选用CPS时经常忽略这个指标, 很多厂家的选型样本上也没有突出额定运行短路分断能力这个指标呢?因为相比断路器, CPS具有分断能力高、飞弧距离短的特性。CPS为双断点结构, 采用限流分断技术, 其额定运行短路分断能力的分断时间很短, 达到了塑壳断路器的领先水平 (35k A) , 接近熔断器的限流水平, 大大限制了短路电流对系统的动、热冲击。故一般条件下CPS的分断能力均可满足使用要求。

1.4 级数

产品级数分为3级和4级两种, 一般情况选用3级产品。特别注意的是当采用CPS保护潮湿场所电动机 (如潜污泵、室外电机) 时, CPS应带漏电附件并选用4级产品。

1.5 脱扣器类型

目前市场上的CPS过载脱扣器大多为热磁式, 其又可分为不频繁启动电动机保护型、频繁启动电动机保护型、配电保护型等。目前有些厂家已开发出电子脱扣器的CPS, 附带有多种测量功能及数字化接口, 可直接接入建筑设备监控系统 (BAS) , 可应用于智能化程度较高的场所和建筑。

但请注意:消防设备的控制与保护应选用热磁式CPS, 高温、高湿及电磁干扰严重的场所也宜选用热磁式CPS。

1.6 控制电压

控制电压有380V、220V、110V等几种, 一般选用220V。

1.7 负荷类型

分为消防型及非消防型。特别注意, 消防型要实现消防系统运行中过载、过流时“只报警, 不跳闸”及短路时“报警+跳闸”的特定要求。产品应带有声光报警模块, 当负载端发生过载、过流、短路等故障时, 能够发出声光报警信号, 为消防场合提供了更为有利的安全保障。

1.8 隔离功能

根据《通用用电设备配电设计规范》 (GB50055-2011) 第2.4.2条规定, 每台电动机的主回路上应装设隔离电器, 但共用一套短路保护电器的一组电动机或由同一配电箱供电且允许无选择地断开的一组电动机, 可数台电动机共用一套隔离电器。故一般情况应选用带隔离功能型的CPS。

2 控制与保护开关CPS的新技术

自从上世纪90年代国内控制与保护开关CPS问世以来, 一些CPS骨干生产厂家投入了大量的精力进行了新产品、新技术的研发, 取得了丰硕的成果。一些代表性的新技术和产品特点如下。

2.1 分断能力高

额定运行短路分断能力为100k A的控制与保护开关, 达到了同类产品的国际领先水平。

2.2 模块化技术

可根据不同的工程设计要求选择不同功能模块的组合;结构上采用模块化设计, 满足不同功能需要的不同模块其结构尺寸是一致的, 大大提高了互换性。包括多种数字化模块、消防模块、通讯模块、漏电模块等, 具有即插即用的接口, 且接线线路简单、设计更为人性化, 便于安装及操作, 且选型方便、安全可靠, 也解决了传统产品坏掉其中一个组件就需要整体替换的问题。在模块化设计的同时, 也实现了CPS产品的小型化。

2.3 结构紧凑精密

通过巧妙的结构设计, 产品将电动机保护系统中的断路器与接触器触头合二为一, 主回路只有一个通断触头;同时具有过载保护功能和过流保护功能, 产品之间结构精密紧凑。根据不同需要可将过载、过流、断相、漏电、欠压、过压等功能集成在不同型号的过载脱扣器中;电磁系统倒装式结构使电磁铁的体积最小化, 进而可以使整个开关体积最小。

2.4 永磁技术与节能

将传统CPS传动机构的电磁设计改为永磁设计。因安装在开关联动机构上的永磁体的极性是固定不变的, 而固定在开关底座上的由特殊工艺制作的软铁, 在外来控制信号的作用下, 电子控制模块可产生十几至二十几毫安的正反向脉冲电流, 使软铁产生不同的极性, 从而实现永磁体维持和主触头快速吸合、分断, 实现了控制保护开关的高效节能。

2.5 二次回路集成

目前一次控制回路中的断路器、接触器和热继电器等已经由控制与保护开关电器 (CPS) 集成为一体, 给电机控制技术带来了一次飞跃。而二次控制回路一直使用传统的分立元器件进行设计, 在实际使用中存在很多问题, 行业设计界一直在探索二次控制回路的新控制方式, 电机控制模块正是将二次控制集成为一体, 实现了电机控制技术的二次飞跃。通过微电子、数据传输、软件、液晶显示等技术的应用, 将电机二次控制线路集成在控制模块中, 完全取代了传统二次控制回路的分立元器件。解决了传统二次控制回路的分立元器件安全性和可靠性差, 安装调试难度大, 时间长, 控制箱、配电箱尺寸大, 占用空间大, 能耗高, 运行费用高, 所需耗材多, 安装人工成本高等问题 (见图2) 。

3 控制与保护开关CPS设计应用典型场所示例

3.1 直接启动型风机CPS

直接启动型风机CPS选型示意图见图3。

图3表示选用的CPS壳架电流为32A, 分断能力为35k A, 选用的热磁脱扣器额定电流为25A, 附带有 (2常开+1常闭+2报警) 辅助触头, 控制电压为AC220V, CPS带有隔离功能。值得注意的是, 若此风机为消防风机, 则其CPS应选用消防型, 即KB0-32C/M25/02MFG, 过载自报警不跳闸。

3.2 双速风机CPS

双速风机CPS选型示意图见图4。

图4为平时/火灾两用型双速风机配电系统图, 设计应注意: (1) 平时/火灾用的CPS整定电流要分开选择, 否则电流、截面不匹配; (2) 火灾用的控制保护开关CPS过载时应只报警不脱扣; (3) 共用的PE线应按火灾运行时对应的大截面相线情况及耐火要求选取; (4) 平时供电相线因其火灾时起短接作用, 所以也应耐火; (5) 平时、火灾供电线路应分别单独穿管敷设。

3.3 星-三角降压启动CPS

星-三角降压启动CPS选型示意图见图5。

图5为消火栓泵星-三角降压启动配电系统图, 设计应注意: (1) 电动机绕组大部分是三角形连接, 电动机额定电流系线电流。电动机启动时, CPSb断开, CPSa与LC1接通, 电动机绕组星形连接启动, 经延时后, LC1断开, 而CPSa与CPSb接通, 电动机绕组三角形连接情况下再启动, 直至启动完成。CPSa和LC1额定电流可按电动机额定电流的1/槡3, CPSb可按电动机额定电流1/3选择。为了安装方便, CPSb额定电流可与CPSa、LC1额定电流相同。供电动机导线载流量也均应按电动机额定电流的1/槡3选择。 (2) 主泵供电回路CPS过载应跳闸以启动备泵, 备泵供电回路CPS过载只发报警信号而不切断电源, 以确保连续供电。

4 控制与保护开关CPS发展前景及改进建议

随着互联网技术的迅猛发展, 以及国家节能环保政策的不断推行, 对配电网络、控制系统及电动机的安全可靠运行及其节能、环保、节材的要求越来越高。CPS产品的研发趋势正朝着节能节材、智能化、系列化、模块化、集成化、小型化、多功能化、高性能、低功耗、高控制精度、简化系统设计、优化远程操控监控、安装调试方便的方向不断发展, 从而实现“高安全、高智能、高稳定”的性能指标。为此此, , 笔笔者者有有以以下下几几点点具具体体改改进进建建议议。。

(1) 保护功能应当更加完善:如增加堵转、阻塞、启动超时、欠电流、温度保护等保护功能。

(2) 应更加集成化、小型化:如目前电动机的双速 (三速) 转换只是将两台或三台控制与保护开关进行简单连锁, 造价高又占用空间。可将几台CPS中重复的功能进行集成, 研发出一体化的双速 (三速) 转换型CPS或一体化的星-三角启动型CPS, 以节省造价及安装空间。

(3) 工程实践表明, CPS不仅可以控制和保护普通风机和水泵, 也可有效地控制和保护消防风机和消防水泵, 而国家标准图集《常用风机控制电路图》 (10D303-2) 及《常用水泵控制电路图》 (10D303-3) 中却没有CPS应用于消防电动机的方案号, 希望有关部门与时俱进, 及时更新和完善国家标准图集, 从而更加有利于CPS在工程设计中的合理应用。

摘要：针对目前控制与保护开关 (CPS) 应用情况, 分析了CPS的技术特点, 归纳了CPS的设计应用要点, 并对CPS的发展提出了改进建议。

关键词：控制与保护开关 (CPS) ,一体化,消防型,模块化,二次回路集成

参考文献

[1]陆剑国, 何瑞华, 陈德桂, 仲明振.中国电气工程大典第11卷配电工程[M].北京:中国电力出版社, 2009.1.

[2]李蔚.建筑电气设计常见及疑难问题解析[M].北京:中国建筑工业出版社, 2010.11.

关于继电保护与稳定分析控制的探讨 篇8

随着互联电网规模日益增大, 逐渐形成了全国性的跨地区互联电网。在全国性的大电网中, 各区域、各部分互相联系、互相影响。如果电网缺少必要的安全措施, 即使一个局部发生异常也可能引起事故的联锁性扩大, 电网将逐渐失去稳定, 最终导致全网的大面积瓦解和崩溃。因此, 电网的安全稳定问题越来越突出。区域电网稳定控制系统能很好地解决现代化电网的安全稳定问题。对区域电网稳定控制系统进行研究, 不仅可以提高电网运行的可靠性, 而且可以提高经济效益。随着计算机技术、通信技术的进步, 对稳定分析方法进行深入研究, 发展控制理论, 在新形势下寻求电网稳定分析控制的有效方法, 在理论和实践上都有着十分重要的意义。

1 电网稳定性分类

我国对电网的安全稳定控制技术关注较早, 使用较多的稳定分析控制方法是用继电保护装置或断路器来控制。后来某些系统采用了根据事故前运行方式进行预定的逻辑控制, 实现逻辑控制的装置由机电式继电器构成, 它可以实现更灵活更复杂的控制。

电力系统能够在正常运行条件下保持其整个系统的同步运行, 并且在受到扰动后仍能达到一种可以接受的运行状态, 电力系统所具有的这种特性称之为电力系统同步运行稳定性。按照我国现行规程, 依据干扰的大小和分析方法的不同, 将电力系统的稳定性分为静态稳定、暂态稳定和动态稳定3类。 (1) 静态稳定:指电力系统受到外界干扰后, 不会发生振荡和失步, 并自动恢复到起始状态的能力。 (2) 暂态稳定:指电力系统受到外界干扰后, 各个同步电机继续保持同步运行并且过渡到新的稳定运行方式, 或恢复到原来的稳定运行方式的能力, 通常指保持第一、二个振荡周期不失步。对于暂态稳定, 必须用非线性微分方程分析。 (3) 动态稳定:指电力系统受外界干扰后, 在自动调节控制装置的作用下, 保持稳定运行的能力。保证动态稳定的必要条件是运行中的发电机都具有真正的阻尼力矩。用干扰对电力系统的稳定性进行分类时, 干扰的“大”与“小”是相对而言的。在电力系统稳定性中, 除了包括维持各个发电机之间的同步运行稳定性外, 还包括电力系统的电压、频率稳定性。本文仅对电力系统同步运行稳定的控制方法展开讨论。

2 提高电网稳定性的控制方法

提高电力系统稳定性的控制方法有两种:一种是为防止出现紧急状态而采取的预防性控制。对于小概率的严重事故, 控制并不总是有效。这时采取紧急控制措施更为合理。在某些情况下, 紧急控制措施是防止系统失稳的唯一方法。紧急控制根据故障状态变量以及扰动判断系统的稳定性。通常在时间和量值上都是离散的, 因此紧急控制方式也是离散的。以下是常用的暂态稳定控制措施。

2.1 减小扰动对系统的冲击

包括快速切除故障及线路重合闸等措施, 这是目前使用较多的两类措施。在高压输电线路上快速切除故障, 能有效抑制故障期间送端发电机和受端发电机积累不平衡功率, 对提高系统暂态稳定性起着决定性作用。由于电力系统中大多数故障是瞬时性故障, 因此采用快速重合闸可使系统状态很快恢复。若系统需要装设重合闸, 应充分考虑重合到永久性故障时对系统暂态稳定的冲击以及高压电网上的重合闸对发电机轴系扭振的影响。

2.2 减小送、受端系统功率不平衡程度

(1) 投入制动电阻。基本原理:在发生故障时, 快速将大容量电阻投入到加速端发电厂母线上, 通过增加发电机的电磁功率, 产生制动作用以达到提高暂态稳定的目的。实际应用中投入制动电阻的控制方式为“保护启动、定时切除”, 其制动容量和动作时间是通过大量的离线计算确定下来的, 对某些特定的运行方式和故障情况才是最合适的。由于故障的不确定性, 这种控制方式在某些情况下可能会引起过制动或欠制动。 (2) 汽轮机快速阀门控制。汽轮机快速阀门控制可根据发电机轴上的不平衡转矩来调节故障后原动机的输入功率, 通过消除其与输出电磁功率间的不平衡以提高发电机的稳定性。

2.3 对电网的控制

其目的在于提高系统的输送能力, 保持和提高系统各节点的电压, 减小输电系统的阻抗。 (1) 强行励磁和快速励磁控制。基本原理是当发电机端电压低于0.8倍额定电压时强行动作励磁装置, 迅速增加励磁, 提高发电机的电势, 增加输出电磁功率。电力系统发生故障时, 快速励磁装置检测到发电机端电压的异常, 即刻升高或降低发电机的励磁电流, 使得发电机端电压维持到正常值, 从而提高系统的稳定性。 (2) 加装电力系统稳定器。电力系统稳定器是一种附加的励磁控制装置, 通过增加系统的阻尼, 提高和改善电力系统长运行过程的稳定性。 (3) 故障时投切串联补偿电容器。我国在超高压输电线路中通常加装了串联电容器的补偿装置, 目的是为补偿输电线路的阻抗, 提高输电线路的最大输电功率。当系统发生故障时, 由于有很大的短路电流经过故障相电容, 为保护电容, 常强行将电容器退出运行, 但这不利于保持系统的暂态稳定, 因此在高压输电线上常采用串联补偿电容器的投切控制, 对尽快恢复故障后串联电容器起着相应的作用。

参考文献

[1]国家电力调度通信中心.电力系统继电保护规定汇编.中国电力出版社, 2000.5

[2]袁季修.电力系统安全稳定控制的规划和应用.中国电力, 1999 (5)

浅议我国配电网保护与控制技术 篇9

关键词：配电网保护,控制技术,管理模式,自动化

随着我国社会经济的迅速发展, 我国配电系统的运作产生的损耗越来越大。然而由于我国在这方面的技术水平并不很高, 这就导致在故障出现后系统恢复缓慢, 从而对供电服务水平的提高产生严重的影响, 其难以适应我国经济高速发展的需求, 再加上在供电系统方面的保护技术比较传统落后, 因而完善供电系统、提高其运行可靠性就显得十分必要。

1 我国配电网保护发展现状与存在的问题

由于我国技术水平与经济发展状况的原因, 在现阶段的配电管理系统中主要采用过流保护与速断保护两种供电线路保护方式, 而变压器则通过熔断器方式进行保护。速断保护的范围是整条供电线路的全长, 能够通过瞬时速断的方式将发生的故障切除;而电线线路的过流保护则主要是一种后备的保护方式, 其能够延长动作时间0.5~1s左右。

据有关统计表明, 我国发生电网故障时将近85%为短期故障, 通常通过设置重合闸的方式来恢复短时间故障, 以此达到提高供电系统运行可靠性的目的。这种相对传统的配电网保护方式主要存在的问题有: (1) 利用保护电流的方式来实现配电网保护的基础前提就是整条电线都被视作一个单元。然而一旦其发生故障, 就必须切断整条线路的供电, 对于原本无故障的地区供电恢复则没有考虑到; (2) 断电方面主要通过时间差实现有选择性的供电保护, 但这会造成故障时间较长而影响到设备使用寿命与恢复时间; (3) 在传统供电系统的保护级别中, 由于其存在的数目很多, 因而各级别很难达到协调配合的效果; (4) 当供电线路过长时, 往往会降低线路末端出现故障时的保护灵敏度; (5) 一般说来, 线路熔断器保护方式与过流保护方式在正常的运行中存在一定矛盾, 导致二者之间难以形成协调配合。

2 新型配电网保护与控制技术研究

研究新型配电网保护与控制技术主要是研究馈线自动化系统, 这种保护系统主要有两种方式, 一是基于自动化开关设备的自动化保护系统, 二是基于集中监控的自动化保护。

(1) 开关设备自动化基础之上的馈线自动化系统。该保护方式运用时涉及到的主要设备是线路分段器与供电重合器, 该系统的配合方式主要包括供电重合器、线路分段器与熔断设备等。该自动化开关设备的馈线保护系统在实际运行时不需要建立计算机系统与通信系统, 并可以依据自动化开关之间的相互调节作用, 最终实现对故障区分离供电管理以及供电系统的恢复。这种配电网保护系统运行成本较低, 组织结构简单, 有利于提高供电系统运行的可靠性。

(2) 基于集中监控的自动化保护。该方式主要用于后台网络系统、馈线终端单元设备以及通信网络设备的馈线自动化保护时期。如果线路出现故障, 馈线终端单元设备会将故障发生前后使其的信息发送给控制站, 控制站会根据配电系统拓扑结构与收集到的信息, 经由计算机网络分析之后从而找出线路故障的具体方位, 并找出解决故障的最佳方案, 然后发生遥控命令给开关设备, 最终恢复没有发生故障地区的供电与实现线路的分离处理。构成这一阶段的自动化馈线保护功能有以下几个部分:一, 采用供电电流保护手段将存在的故障切除;二, 通过分站与主站的集中供电对馈线终端单元设备进行遥控, 从而实现对故障线路的隔离;三, 集中式供电系统分站与主站对馈线终端单元设备进行遥控, 实现无故障地区的供电恢复。

基于集中监控的馈线自动化系统主要是对信息进行集中控制, 并综合重合闸设备、馈线终端单元设备以及电流保护系统多种配电网保护方式, 能够在极短的时间内对供电线路故障区进行隔离, 最多只要短短几分钟就能实现供故障地区的供电恢复。这种馈线自动化系统另外一个重要用途就是采集并分析来自配电网的各种数据信息, 从而实现需求信息管理、配电地理信息处理以及故障信息呼叫服务等综合系统的自动化管理与保护。该保护方式的主要优势有:一, 具有高速化信息分析功能与智能化数据处理功能, 一旦发生供电故障, 系统能够在最短的时间内判断故障并对故障供电线路进行分离。系统还可以依据相关信息制定出最可靠、安全的解决方案对没有故障地区的供电进行及时恢复;二, 电网正常运行时, 能对配电网系统进行有效监控, 进一步优化配电网的运行状态, 在保证电网运行的安全性的基础上实现经济性。不仅如此, 基于集中监控的馈线自动化保护系统还可以利用远方召唤与修改系统对相关数据信息进行快速的修改, 从而实现对配电网运行方式的及时完善与灵活变动。

3 结语

配电网系统的相关工作者与研究人员在日常的配电保护与控制技术研究工作中, 不仅要对传统的配电技术进行改良与完善, 还要科学引进国外的先进管理经验, 合理运用馈线自动化保护技术, 并紧密结合我国现阶段的配电网系统状况, 最终全面提升我国的配电网保护与控制技术。

参考文献

[1]庞清乐, 高厚磊, 杜强, 吴远波, 刘凯.面向智能配电网的保护与控制方法[J].电力系统保护与控制, 2010 (21) .

[2]古晓威.我国配电网保护与控制技术研究[J].中国高新技术企业, 2012 (15) .

[3]徐丙垠, 薛永端, 李天友, 高厚磊, 束洪春, 仉志华.智能配电网广域测控系统及其保护控制应用技术[J].电力系统自动化, 2012 (18) .

机电一体电动机的控制与保护 篇10

1.1 系统工作原理

由霍尔电流、电压传感器及位置传感器可以检测到三相输出电流、电压和阀门位置信号, 这三者经过A/D转换后由单片机处理, 产生PWM波并经光电耦合作用在逆变模块IPM上, 以此实现电机的变频调速和对阀位的控制。

1.2 控制系统各功能元件的选型与设计

(1) 单片机:单片机全称为单片微型计算机 (微控制器) 。与其他微处理器相比, 它更强调自供应, 最大优点在于其体积小可用于仪表内部。控制系统中选用了8031 单片机。8031 单片机是由INTEL公司出品, 其在系统将完成以下信号处理工作:接收阀门开关程度信号, 并发射三相PWM波发生器处理的信号。对IPM发出的不正常信号进行及时处理。对模拟输入口接收的I和U等检测信号进行处理, 发射系统工作状态信号。

(2) 三相PWM波发生器:模拟和数字两种方式均可产生PWM波。MITEL公司生产的SA8282 三相PWM波发生器, 不仅可以使PWM波控制信号达到智能功率模块的高要求, 还能保证微处理器进行执行检测、控制等功能需要的时间。

(3) 智能逆变模块IPM:电机电源通常选用智能功率模块IPM来, 这是因为执行机构的体积小, 可靠性高。日本制造的智能功率模块PM50RSA120 可以满足系统中三相异步电机对功率小于5.50k W, 380V额定电压, 0.750 功率因数的要求。这种功率模块的高性能性表现在集和功率开关和驱动、制动电路于一身的同时, 实现了对电路问题和高温问题的保护及报警信号输出功能。

(4) 位置检测电路:位置检测电路为执行机构提供位置信号, 在执行机构中占据着重要地位。选择一个什么型号的位置传感器直接影响整个信号传输过程。在该案例中选用的是脉冲数字式传感器, 它克服了以往的电动执行机构中绕线电位器寿命短, 差动变压器线性区太短和温度特性不理想等问题。导电塑料电位器虽然被选用的多, 但存在精度欠佳的缺点。而脉冲数字式传感器是高精度和高稳定性且无线性区限制、温度限制的无触点新型传感器, 能够达到对位置检测电路的要求。

(5) 电压、电流及检测:通过电压和电流可以得到电机的力矩, 并且检查电机可能出现的问题, 如断相保护、逆变模块和变频器输出回路短路等。而普通的电流、电压互感器的频率不能控制在0~50Hz范围内, 不能满足变频器的需求。

(6) 通讯接口:系统的串行通讯接口必须采用MAX232, 计算机才能联网和远程控制。

(7) 时钟电路:时钟电路即提供时间及日历的电路, 在计算速度与周期控制、采样时起很大的作用。该案例中选用的DS12887 时钟电路, 其特点是含有不易丢失的RAM, 保障在长期使用中有充足的存储空间和有效数据。

(8) 液晶显示单元:控制系统对实现人机对话提出了全新的挑战, 采用MGLS12832 液晶显示模块使该项难题变成可能。组态显示的MGLS12832 液晶显示模块, 可以建立选择菜单, 在菜单中对力矩、电机、阀门、限位、参数以及通讯等信号作出数值域的预设以便之后对这些参数进行设置或调试。并且液晶显示屏可以将繁琐的数据可以以文图结合的方式生动直观地呈现出来。

(9) 程序出格自恢复电路:MAX705 组成程序出格自恢复电路与强干扰作用下实现的系统工作状况相同, 并呈现出自动化、快速化的特征, 对有效监视程序起到了良好的作用。

工作原理为:程序出格时WDO由高变低, 通过微分电路, 由“与非”门输入引脚2 变为高电平。从而致使“与非”门输出一个正脉冲, 单片机接着产生一次复位。复位结束后, 又由程序通过P1.0 口向MAX705 的WDI引脚发正脉冲, WDO引脚接着回到高电平, 程序出格自恢复电路继续监视程序运行。

2 机电一体化中阀位及速度控制原理

机电一体化中对阀位和速度的控制为双环控制, 速度环在内, 位置环在外。内环的功能是将当前实际速度比较设置的定值速度, 并利用速度调节器将PWM波发生器载波频率进行协调完成电机转速的调节。其中速度给定发生器的速度值是通过比较实际阀位与给定阀位, 用恒定加速度加速, 减速点加之当前速度、阀位值、阀位给定值的大小计算得来。

速度调节器采用模糊神经网络控制算法 (具体内容另文叙述) 。任意时刻的速度给定值为:

vi=v (i-1) +ki×Ts

上式中, Δv表示两段点速度变化值, Δv=vi+1-vi;Δt表示两段间隔的时间, Δt=ti+1-ti;Ts为采样周期。对ki进行讨论有:当ki=0 时, 速度恒定不变。当ki>0 时, 加速。当ki<0 时, 减速。变化速率ki的取值随给定位置、当前位置以及运行速度的大小变化。

3 关键技术问题的解决

(1) 阀门柔性开关:事先设定参数后, 系统可以利用柔性开关在阀门接近全关和全开两个极限位置时开始点动逼近, 借此可有效避免对阀门造成过强的冲击并提高关闭的精度。同时利用执行机构的微处理器工作时的输出力矩, 这一过程的实现需要对变频器输出电压和电流进行实时监控。

(2) 阀位的极限位置判断:阀位的极限位置即阀门处于完全打开和完全闭合时的关键位置, 是较为明确的工作位置。处于全开或全关时的位置。文章中, 电动执行机构极限位置通过检测位置信号的增量获得, 改变了传统机械式限位开关精度低、不牢固、可靠性差的情况。

(3) 电机保护的实现:单片机利用温度传感器对实际运行温度的持续观测在出现过高温度时自动断电, 从而有效避免电机温度过高而烧毁。这也是温度传感器内置在电机内部的最终决定因素。

(4) 准确定位:传统的电动执行机构工作速度快, 几乎在异步电机通电的同时完成, 现代电机工作速度却远不及传统电动执行机构, 电机自动切断电源后阀门往往由于机械惯性不能及时停下, 造成需要控制电机方向转动来纠正超程的情况, 机电一体化的电动执行机构则能够实现阀门最后过程中的精确定位, 从而实现最大限度减小超程。

(5) 模拟信号的隔离:以LM358 和4N25 组成的隔离线性放大电路为例 (如图1 所示) 。该隔离线性放大电路的工作电源采用±15V和±12V两组。运放A的正相端电位受多种因素的制约与影响, 在受到轻微扰动时, 就会产生反向偏离虚地现象。也就是说, 输入端的电位与输出端电位变化成反比关系, 输入端电位降低, 输出端电位就会相应增高, 直接削弱了光电耦合器的发电强度, 集射极电压增高;反之, 则不然, 就促使电路重新回归正常工作状态。

4 结束语