随着电力电子技术和电力工业的飞速发展,电动机等电力拖动设备的使用越来越广泛,电动机节能问题也越来越引起人们的重视。随着高压变频调速技术的日臻成熟,工农业生产、军事武器、航空航天等众多领域出于节约能源的角度相继对电力拖动设备进行了变频调速技术改造,引导了一场取代传统调速方式的更新换代的变革。为了降低能耗、节约能源,国内各油田也围绕注水系统节能降耗进行了大量的技术研究与改造,注水机组的高压变频化改造是各大油田普遍采用的节能降耗措施之一。然而,随着各个油田进入高含水开发期,注水工作量也大幅度提高,且注水电机在极端恶劣的环境中长期处于高消耗状态运行,每年由于电机故障所引起的电机损坏事件日益增多,而毁坏的电机经过修理,本身功率也会下降、性能变差、耗电量上升。电机故障轻则造成严重的经济损失,重则威胁工作人员的人身安全。因此,做好油田注水高压电机在变频运行方式下检测与保护研究对油田注水生产节约能源、提高生产效率和经济效益及保证注水系统运行安全都具有重要意义。传统的变频调速装置中,变频电机的检测与保护大多是以电流速断或采样值差动保护为主要保护,以低电压保护和接地保护等作为辅助保护措施。但是传统的变频调速装置保护器保护精度比较低,其动作时间误差也比较大。随着时代的发展,人们对变频电机保护的可靠性、稳定性要求不断提高,传统的变频电机保护器由于自身的限制,越来越不能满足人们的要求。故此,由微机控制的智能型注水变频电机综合保护装置得到了提出,它能极大提高变频电机运行的可靠性。本文根据油田注水生产的实际情况,对电机保护装置的保护原理进行研究,用对称分量法来定性分析变频调速方式下电机的运行和故障类型,在针对不同故障从理论上进行系统、全面的分析,提出了电机不同故障的判别依据。介绍了基于PIC16F877A单片机的一套注水生产用变频电机保护装置的完整设计方案。利用PIC16F877A内部的模数转换器对高压大功率的变频电机的电流、电机温度、注水管网水压等参数进行采样和数字化,通过参数运算和逻辑判断,当出现过载、堵转、三相短路、电机过温等对称故障和断相、相间短路、接地等电压不平衡故障时,微控制器实时与高压变频器进行数据通信和做出保护指令并驱动轰鸣器报警和显示、存储故障信息方便现场工作人员有针对性进行维护,节省运行和维护成本,确保工作人员生命与生产设备安全。该保护装置不但能有效弥补传统的以差动保护或电流速断为主保护的变频电机保护方法的保护精度不高、动作时间误差大的缺陷,而且具有较高的实时性,能实现变频电机故障的在线诊断、监测、定位和控制。全文分六章对该装置设计进行论述。第一章为绪论。这部分首先介绍了做好注水变频电机检测与保护研究的重要意义,接着介绍了针对高压变频调速装置国内外普遍采取的保护配置方案的现状,最后介绍了本注水变频电机检测与保护装置的特性和本文所做的主要工作及论文各章节安排。第二章为油田注水系统介绍和注水变频电机常见故障特征分析。详细介绍了油田注水生产的对石油开采的作用,油田注水系统结构及其工艺流程,油田注水系统能耗分析,油田注水系统高压变频技术和节能原理等；接着分析了油田注水用变频电机主要引起故障的原因；详细论述了注水电机可能发生的电压不对称故障和对称故障对电机运行的影响；最后讨论了针对不同的故障的保护判别依据及整定原则。第三章为系统硬件设计。首先主要介绍了注水变频电机检测与保护装置硬件各个模块的功能设计,包括：微控制器模块、信号检测模块、存储和时钟电路模块、微控制器与变频器通信模块、人机交互模块。其中重点介绍了电机相电流信号的采样、正、负和零序电流的理论分析与计算,电机温度传感器Pt100采集温度的调理电路及原理；接着介绍了用于变频电机故障信息、系统各参数等信息保存的存储和时钟电路以及液晶显示器、按键电路、微控制器与变频器通信接口电路设计；最后简述了系统硬件抗干扰技术可采取的措施。第四章为系统软件设计。简要介绍了注水变频电机检测与保护系统微控制器的软件开发环境MPLAB、编程语言C语言及其编译器PICC；接着介绍了系统软件的总体设计,系统软件部分采用模块化程序设计思路,分为参数调整模块、信号采集A/D转换模块、存储和实时时钟模块、人机交互模块、故障分析判断模块和通信模块并介绍了各个软件模块的程序流程图；最后对系统的软件抗干扰技术进行了分析。第五章为实验和分析。分析了电压不对称运行对电机的影响,利用实验室现有条件模拟电机电压不平衡运行时,电压不平衡度与电流不平衡度的关系及其对电机运行的影响；最后分析了恒转矩变频控制方式下电机与变频器匹配问题。第六章为总结和展望。首先对学位论文完成的工作进行总结,最后对注水变频电机检测保护系统的进一步改进提出自己的意见。