一種用于高壓變頻系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的綜合保護(hù)裝置的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種用于高壓變頻系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的綜合保護(hù)裝置，包括三個(gè)工頻電流互感器、六個(gè)變頻電流互感器、三個(gè)電壓互感器、低通濾波電路、AD采樣電路、PowerPC微處理器、第一存儲(chǔ)電路、第二存儲(chǔ)電路、串口及以太網(wǎng)通信接口電路、人機(jī)接口電路、開(kāi)關(guān)量輸入電路和開(kāi)關(guān)量輸出電路，三個(gè)工頻電流互感器采用定頻采樣方式，用于采集變頻器進(jìn)線側(cè)三相電流；六個(gè)變頻電流互感器采用變頻采樣方式，其中三個(gè)用于采集變頻器輸出端三相電流，另外三個(gè)用于采集電動(dòng)機(jī)中性點(diǎn)處三相電流；三個(gè)電壓互感器，用于采集母線三相電壓。本實(shí)用新型能夠自動(dòng)適應(yīng)電動(dòng)機(jī)全工況運(yùn)行狀態(tài)下差動(dòng)、速斷及后備保護(hù)的采樣數(shù)據(jù)要求，實(shí)現(xiàn)變頻電動(dòng)機(jī)保護(hù)配置的優(yōu)化，具有良好的應(yīng)用前景。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種用于高壓變頻系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的綜合保護(hù)裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種用于高壓變頻系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的綜合保護(hù)裝置，屬于繼電保護(hù)術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速、起動(dòng)和制動(dòng)性能，在工程中得到越來(lái)越多的應(yīng)用。若對(duì)發(fā)電廠機(jī)組進(jìn)行高壓變頻技術(shù)改造，將其調(diào)節(jié)方式從機(jī)械節(jié)流改為變頻調(diào)速，能夠有效降低廠用電率，提高系統(tǒng)電機(jī)效率。
[0003]隨著變頻調(diào)速理論和制造工藝的發(fā)展，也使得變頻電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行可靠性得到了很大的提高。但是，不論何種形式的變頻器，在運(yùn)行中均產(chǎn)生不同程度的諧波電壓和電流，使電動(dòng)機(jī)在非正弦電壓、電流下運(yùn)行，相應(yīng)地帶來(lái)了諧波以及發(fā)熱等問(wèn)題。
[0004]在以往的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，繼電保護(hù)主要針對(duì)的是高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)中電力電子器件的保護(hù)，對(duì)于電動(dòng)機(jī)的保護(hù)功能相對(duì)薄弱。在變頻運(yùn)行時(shí)采取了一定的臨時(shí)措施，即當(dāng)運(yùn)行于變頻方式時(shí)，為了避免電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)出現(xiàn)誤動(dòng)，將對(duì)應(yīng)的差動(dòng)保護(hù)裝置退出運(yùn)行；當(dāng)運(yùn)行于工頻方式時(shí)，再將差動(dòng)保護(hù)裝置投入運(yùn)行。但是根據(jù)國(guó)家繼電保護(hù)規(guī)程的規(guī)定，2MW及以上的電動(dòng)機(jī)均應(yīng)設(shè)差動(dòng)保護(hù)，2MW以下且速斷保護(hù)靈敏度較低的電動(dòng)機(jī)保護(hù)也應(yīng)裝設(shè)差動(dòng)保護(hù)。因此在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于變頻方式時(shí)，取消差動(dòng)保護(hù)對(duì)于高壓變頻系統(tǒng)顯然是不合適的，是當(dāng)前需要解決的問(wèn)題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型目的是為了克服現(xiàn)有的高壓變頻系統(tǒng)，當(dāng)運(yùn)行于變頻方式時(shí)，為了避免電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)出現(xiàn)誤動(dòng)，將對(duì)應(yīng)的差動(dòng)保護(hù)裝置退出運(yùn)行，不符合國(guó)家繼電保護(hù)規(guī)程的規(guī)定的問(wèn)題。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:
[0007]—種用于高壓變頻系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的綜合保護(hù)裝置，其特征在于:包括三個(gè)工頻電流互感器、六個(gè)變頻電流互感器、三個(gè)電壓互感器、低通濾波電路、AD采樣電路、PowerPC微處理器、第一存儲(chǔ)電路、第二存儲(chǔ)電路、電源電路、串口及以太網(wǎng)通信接口電路、人機(jī)接口電路、開(kāi)關(guān)量輸入電路和開(kāi)關(guān)量輸出電路，
[0008]所述三個(gè)工頻電流互感器采用定頻采樣方式，用于采集變頻器進(jìn)線側(cè)三相電流；所述六個(gè)變頻電流互感器采用變頻采樣方式，其中三個(gè)用于采集變頻器輸出端三相電流，另外三個(gè)用于采集電動(dòng)機(jī)中性點(diǎn)處三相電流;所述三個(gè)電壓互感器，用于采集母線三相電壓。
[0009]所述三個(gè)工頻電流互感器、六個(gè)變頻電流互感器、三個(gè)電壓互感器通過(guò)低通濾波電路與AD采樣電路的輸入端相連接，所述AD采樣電路的輸出端與PowerPC微處理器的數(shù)據(jù)采集端相連接，所述PowerPC微處理器還分別與第一存儲(chǔ)電路、第二存儲(chǔ)電路、串口及以太網(wǎng)通信接口電路、人機(jī)接口電路、開(kāi)關(guān)量輸入電路和開(kāi)關(guān)量輸出電路相連接。
[0010]前述的用于高壓變頻系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的綜合保護(hù)裝置，其特征在于:所述人機(jī)接口電路包括IXD顯示屏和輸入按鍵。
[0011]前述的用于高壓變頻系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的綜合保護(hù)裝置，其特征在于:所述串口及以太網(wǎng)通信接口電路包括RS485串口通信電路、RS232串口通信電路和以太網(wǎng)通信電路。
[0012]前述的用于高壓變頻系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的綜合保護(hù)裝置，其特征在于:所述電源電路用于給低通濾波電路、AD采樣電路、PowerPC微處理器、第一存儲(chǔ)電路、第二存儲(chǔ)電路、串口及以太網(wǎng)通信接口電路、人機(jī)接口電路、開(kāi)關(guān)量輸入電路和開(kāi)關(guān)量輸出電路提供工作電壓。
[0013]前述的用于高壓變頻系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的綜合保護(hù)裝置，其特征在于:所述開(kāi)關(guān)量輸入電路包括第一光耦隔離電路、第一接口轉(zhuǎn)換電路，所述第一光耦隔離電路的輸入端外接外部開(kāi)入量，所述第一光耦隔離電路的輸出端通過(guò)第一接口轉(zhuǎn)換電路與PowerPC微處理器相連接。
[0014]前述的用于高壓變頻系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的綜合保護(hù)裝置，其特征在于:所述開(kāi)關(guān)量輸出電路包括第二光耦隔離電路、第二接口轉(zhuǎn)換電路和出口繼電器，所述PowerPC微處理器通過(guò)第二接口轉(zhuǎn)換電路與第二光耦隔離電路的輸入端相連接，所述第二光耦隔離電路的輸出端與出口繼電器相連接。
[0015]本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型的用于高壓變頻系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的綜合保護(hù)裝置，采用的變頻電流傳感器能在1Hz?60Hz頻率范圍內(nèi)傳輸，避免變頻運(yùn)行時(shí)CT容易飽和而導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)的問(wèn)題，保護(hù)裝置的CPU系統(tǒng)能夠同時(shí)支持變頻采樣和定頻采樣，且不同采樣方式之間相互獨(dú)立，自動(dòng)適應(yīng)電動(dòng)機(jī)全工況運(yùn)行狀態(tài)下差動(dòng)、速斷及后備保護(hù)的采樣數(shù)據(jù)要求，實(shí)現(xiàn)變頻電動(dòng)機(jī)保護(hù)配置的優(yōu)化，具有良好的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本實(shí)用新型的用于高壓變頻系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的綜合保護(hù)裝置的系統(tǒng)框圖。
[0017]圖2是本實(shí)用新型的一實(shí)施例的高壓變頻系統(tǒng)的電氣接線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面將結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖，對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而不能以此來(lái)限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0019]如圖1所示，本實(shí)用新型的用于高壓變頻系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的綜合保護(hù)裝置，包括三個(gè)工頻電流互感器、六個(gè)變頻電流互感器、三個(gè)電壓互感器、低通濾波電路、AD采樣電路、PowerPC微處理器、第一存儲(chǔ)電路、第二存儲(chǔ)電路、電源電路、串口及以太網(wǎng)通信接口電路、人機(jī)接口電路、開(kāi)關(guān)量輸入電路和開(kāi)關(guān)量輸出電路，
[0020]所述三個(gè)工頻電流互感器采用定頻采樣方式，用于采集變頻器進(jìn)線側(cè)三相電流；所述六個(gè)變頻電流互感器采用變頻采樣方式，其中三個(gè)用于采集變頻器輸出端三相電流，另外三個(gè)用于采集電動(dòng)機(jī)中性點(diǎn)處三相電流;所述三個(gè)電壓互感器，用于采集母線三相電壓。
[0021]所述三個(gè)工頻電流互感器、六個(gè)變頻電流互感器、三個(gè)電壓互感器通過(guò)低通濾波電路與AD采樣電路的輸入端相連接，低通濾波電路能夠?yàn)V除采集數(shù)據(jù)中的高次諧波，AD采樣電路用于數(shù)字量化，所述AD采樣電路的輸出端與PowerPC微處理器的數(shù)據(jù)采集端相連接，所述PowerPC微處理器還分別與第一存儲(chǔ)電路、第二存儲(chǔ)電路、串口及以太網(wǎng)通信接口電路、人機(jī)接口電路、開(kāi)關(guān)量輸入電路和開(kāi)關(guān)量輸出電路相連接。
[0022]所述人機(jī)接口電路包括LCD顯示屏和輸入按鍵，所述第一存儲(chǔ)電路用于存儲(chǔ)采集到的數(shù)據(jù)信號(hào)，所述第二存儲(chǔ)電路用于存儲(chǔ)PowerPC微處理器燒錄的程序。
[0023]所述串口及以太網(wǎng)通信接口電路包括RS485串口通信電路、RS232串口通信電路和以太網(wǎng)通信電路。
[0024]所述電源電路用于給低通濾波電路、AD采樣電路、PowerPC微處理器、第一存儲(chǔ)電路、第二存儲(chǔ)電路、串口及以太網(wǎng)通信接口電路、人機(jī)接口電路、開(kāi)關(guān)量輸入電路和開(kāi)關(guān)量輸出電路提供工作電壓。
[0025]所述開(kāi)關(guān)量輸入電路包括第一光耦隔離電路、第一接口轉(zhuǎn)換電路，所述第一光耦隔離電路的輸入端外接外部開(kāi)入量，所述第一光耦隔離電路的輸出端通過(guò)第一接口轉(zhuǎn)換電路與PowerPC微處理器相連接。
[0026]所述開(kāi)關(guān)量輸出電路包括第二光耦隔離電路、第二接口轉(zhuǎn)換電路和出口繼電器，所述PowerPC微處理器通過(guò)第二接口轉(zhuǎn)換電路與第二光耦隔離電路的輸入端相連接，所述第二光耦隔離電路的輸出端與出口繼電器相連接。
[0027]所述PowerPC微處理器，接收到采集后的數(shù)據(jù)信號(hào)后，獲取電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)工頻和變頻的定值以及保護(hù)邏輯切換，若電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障，則保護(hù)裝置迅速發(fā)出跳閘命令，經(jīng)過(guò)第二接口轉(zhuǎn)換電路和第二光耦隔離電路驅(qū)動(dòng)出口繼電器，同時(shí)通過(guò)以太網(wǎng)或串口通信接口向后臺(tái)發(fā)送事故報(bào)告，并通過(guò)人機(jī)接口電路顯示事故報(bào)告。
[0028]本實(shí)用新型的用于高壓變頻系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的綜合保護(hù)裝置，工作原理如下:
[0029]當(dāng)工頻運(yùn)行時(shí)，變頻電流傳感器能在1Hz?60Hz頻率范圍內(nèi)傳輸，避免變頻運(yùn)行時(shí)CT容易飽和而導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)的問(wèn)題，用變頻電流互感器檢測(cè)的電動(dòng)機(jī)兩側(cè)電流構(gòu)成電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)，根據(jù)工頻電流互感器檢測(cè)的變頻器進(jìn)線側(cè)電流，結(jié)合電動(dòng)機(jī)工頻運(yùn)行的特點(diǎn)，配置電流速斷主保護(hù)以及過(guò)電流、過(guò)負(fù)荷保護(hù)、接地保護(hù)、非全相運(yùn)行保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)、長(zhǎng)起動(dòng)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、低電壓、過(guò)電壓保護(hù)、非電量保護(hù)等后備保護(hù)；
[0030]當(dāng)變頻運(yùn)行時(shí)，變頻電流傳感器能在1Hz?60Hz頻率范圍內(nèi)傳輸，避免變頻運(yùn)行時(shí)CT容易飽和而導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)的問(wèn)題，仍用變頻電流互感器檢測(cè)的電動(dòng)機(jī)兩側(cè)電流構(gòu)成電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)，同時(shí)根據(jù)變頻電流互感器檢測(cè)的變頻器出線側(cè)電流，結(jié)合電動(dòng)機(jī)變頻運(yùn)行的特點(diǎn)，配置電流速斷主保護(hù)以及過(guò)流保護(hù)、過(guò)負(fù)荷保護(hù)、接地保護(hù)、非全相運(yùn)行保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)等后備保護(hù)，根據(jù)工頻CT檢測(cè)的變頻器進(jìn)線側(cè)電流，結(jié)合移相變壓器的特點(diǎn)，配置電流速斷主保護(hù)以及過(guò)電流、過(guò)負(fù)荷保護(hù)、接地保護(hù)、非電量保護(hù)等后備保護(hù)。
[0031]下面介紹本實(shí)用新型的一具體實(shí)施例，高壓變頻系統(tǒng)電氣接線圖如圖2所示。CTl檢測(cè)變頻器進(jìn)線側(cè)電流，CT2檢測(cè)變頻器輸出端三相電流，CT3檢測(cè)變頻器輸出端三相電流，PT檢測(cè)母線三相電壓。電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)由CT2和CT3的電流實(shí)現(xiàn)，采用采樣值差動(dòng)算法，可自適應(yīng)工頻和變頻運(yùn)行。保護(hù)通過(guò)采集隔刀的位置判別電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，切換保護(hù)定值區(qū)，投退保護(hù)邏輯。在工頻運(yùn)行時(shí)，GD3閉合，GD1、GD2斷開(kāi)，裝置投入與電動(dòng)機(jī)保護(hù)相關(guān)的保護(hù)，包括電流速斷主保護(hù)以及過(guò)電流、過(guò)負(fù)荷保護(hù)、接地保護(hù)、非全相運(yùn)行保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)、長(zhǎng)起動(dòng)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、低電壓、過(guò)電壓保護(hù)、非電量保護(hù)等后備保護(hù);在變頻運(yùn)行時(shí)，GD3斷開(kāi)，GD 1、GD2閉合，裝置投入與移相變壓器相關(guān)的保護(hù)，包括電流速斷主保護(hù)以及過(guò)電流、過(guò)負(fù)荷保護(hù)、接地保護(hù)、低電壓保護(hù)、非電量保護(hù)等后備保護(hù)投入。此外，電動(dòng)機(jī)變頻運(yùn)行時(shí)，根據(jù)CT2的電流設(shè)置電流速斷主保護(hù)以及過(guò)流保護(hù)、過(guò)負(fù)荷保護(hù)、接地保護(hù)、非全相運(yùn)行保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)等后備保護(hù)。
[0032]綜上所述，本實(shí)用新型的用于高壓變頻系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的綜合保護(hù)裝置，采用的變頻電流傳感器能在1Hz?60Hz頻率范圍內(nèi)傳輸，避免變頻運(yùn)行時(shí)CT容易飽和而導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)的問(wèn)題，保護(hù)裝置的CPU系統(tǒng)能夠同時(shí)支持變頻采樣和定頻采樣，且不同采樣方式之間相互獨(dú)立，自動(dòng)適應(yīng)電動(dòng)機(jī)全工況運(yùn)行狀態(tài)下差動(dòng)、速斷及后備保護(hù)的采樣數(shù)據(jù)要求，實(shí)現(xiàn)變頻電動(dòng)機(jī)保護(hù)配置的優(yōu)化，具有良好的應(yīng)用前景。
[0033]以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理、主要特征及優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于高壓變頻系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的綜合保護(hù)裝置，其特征在于:包括三個(gè)工頻電流互感器、六個(gè)變頻電流互感器、三個(gè)電壓互感器、低通濾波電路、AD采樣電路、PowerPC微處理器、第一存儲(chǔ)電路、第二存儲(chǔ)電路、電源電路、串口及以太網(wǎng)通信接口電路、人機(jī)接口電路、開(kāi)關(guān)量輸入電路和開(kāi)關(guān)量輸出電路， 所述三個(gè)工頻電流互感器采用定頻采樣方式，用于采集變頻器進(jìn)線側(cè)三相電流;所述六個(gè)變頻電流互感器采用變頻采樣方式，其中三個(gè)用于采集變頻器輸出端三相電流，另外三個(gè)用于采集電動(dòng)機(jī)中性點(diǎn)處三相電流;所述三個(gè)電壓互感器，用于采集母線三相電壓， 所述三個(gè)工頻電流互感器、六個(gè)變頻電流互感器、三個(gè)電壓互感器通過(guò)低通濾波電路與AD采樣電路的輸入端相連接，所述AD采樣電路的輸出端與PowerPC微處理器的數(shù)據(jù)采集端相連接，所述PowerPC微處理器還分別與第一存儲(chǔ)電路、第二存儲(chǔ)電路、串口及以太網(wǎng)通信接口電路、人機(jī)接口電路、開(kāi)關(guān)量輸入電路和開(kāi)關(guān)量輸出電路相連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高壓變頻系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的綜合保護(hù)裝置，其特征在于:所述人機(jī)接口電路包括IXD顯示屏和輸入按鍵。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高壓變頻系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的綜合保護(hù)裝置，其特征在于:所述串口及以太網(wǎng)通信接口電路包括RS485串口通信電路、RS232串口通信電路和以太網(wǎng)通信電路。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高壓變頻系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的綜合保護(hù)裝置，其特征在于:所述電源電路用于給低通濾波電路、AD采樣電路、PowerPC微處理器、第一存儲(chǔ)電路、第二存儲(chǔ)電路、串口及以太網(wǎng)通信接口電路、人機(jī)接口電路、開(kāi)關(guān)量輸入電路和開(kāi)關(guān)量輸出電路提供工作電壓。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高壓變頻系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的綜合保護(hù)裝置，其特征在于:所述開(kāi)關(guān)量輸入電路包括第一光親隔離電路、第一接口轉(zhuǎn)換電路，所述第一光親隔離電路的輸入端外接外部開(kāi)入量，所述第一光耦隔離電路的輸出端通過(guò)第一接口轉(zhuǎn)換電路與PowerPC微處理器相連接。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高壓變頻系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的綜合保護(hù)裝置，其特征在于:所述開(kāi)關(guān)量輸出電路包括第二光耦隔離電路、第二接口轉(zhuǎn)換電路和出口繼電器，所述PowerPC微處理器通過(guò)第二接口轉(zhuǎn)換電路與第二光耦隔離電路的輸入端相連接，所述第二光耦隔離電路的輸出端與出口繼電器相連接。
【文檔編號(hào)】H02H7/08GK205565691SQ201620350010
【公開(kāi)日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年4月25日
【發(fā)明人】楊青松, 李玉平, 張瑋, 康豐, 王閏羿
【申請(qǐng)人】南京國(guó)電南自電網(wǎng)自動(dòng)化有限公司