CN101340081B - 一种电磁成形机的电气保护方法 - Google Patents

Abstract

一种电磁成形机的电气保护方法，它涉及一种电磁成形机的充放电回路和控制系统的保护方法，以解决电磁成形机保护系统存在的受操作人员主观因素影响较大、系统稳定性较差的问题。充电回路、电流互感器、正汇流排、放电开关、负汇流排串联在主回路中，电压互感器、放电电流超限保护单元、脉冲电容器、断电保护单元、泄荷保护单元并联在主回路中，充电控制单元、断电保护单元、泄荷保护单元、触发回路、电流互感器和电压互感器的输出端与主控制模块的输入端连接。根据充电时间值、充电电流值、脉冲电容电压值、放电电流值以及泄荷、断电和触发指令启动保护动作。本发明具有较高的可靠性和稳定性，可促进电磁成形在各个领域的应用。

Description

一种电磁成形机的电气保护方法

技术领域

本发明涉及一种电磁成形机的电气元件及系统的保护方法。

背景技术

电磁成形技术是可以广泛应用工业各领域的一种先进制造技术，具有突出的技术优点。电磁成形机属于一种冲击大电流设备，高压脉冲电容器是设备的储能元件。电磁成形机具有工作电压高(1-30kV)、工作电流大(几百kA)的特点，其安全性对于该技术的推广应用起决定作用。目前所知的多种电磁成形机，大多数都能实现对加工线圈放电和对地安全放电这两种基本功能，正常工作时对加工线圈放电。一般由操作人员判断出设备有故障时发出对地安全放电指令，实施对设备的安全保护。由此可见，设备是否能安全运行受操作人员主观因素的影响较大，不利于设备的稳定运行。

发明内容

本发明为解决现有的电磁成形机保护系统存在的受操作人员主观因素的影响较大、系统稳定性较差的问题，提供一种电磁成形机的电气保护方法。本发明的保护方法是基于一种电磁成形机的电气保护装置而产生的，此保护装置由充电控制单元、充电回路、电流互感器、电压互感器、放电电流超限保护单元、脉冲电容器、断电保护单元、泄荷保护单元、过压保护单元、放电开关、触发回路、控制模块、负汇流排和正汇流排组成，充电控制单元的输入端与220V交流电源的L端相连接，充电控制单元的输出端与充电回路的第一输入端相连接，充电控制单元的数字量输入端与控制模块的第一数字量输出端连接，充电回路的第二输入端与220V交流电源的N端相连接，充电回路的第一输出端与电流互感器的输入端相连接，充电回路的第二输出端与负汇流排相连接，电流互感器的输出端与正汇流排相连接，电流互感器的模拟量输出端与控制模块的第一模拟量输入端相连接，电压互感器的正极端与正汇流排相连接，电压互感器的负极端与负汇流排相连接，电压互感器的模拟量输出端与控制模块的第二模拟量输入端相连接，放电电流超限保护单元的正极端与正汇流排相连接，放电电流超限保护单元的负极端与脉冲电容器的正极端相连接，脉冲电容器的负极端与负汇流排相连接，断电保护单元的正极端与正汇流排相连接，断电保护单元的负极端与负汇流排相连接，断电保护单元的数字量输入端与控制模块的第二数字量输出端相连接，泄荷保护单元的正极端与正汇流排相连接，泄荷保护单元的负极端与负汇流排相连接，泄荷保护单元的数字量输入端与控制模块的第三数字量输出端相连接，放电开关的输入端与正汇流排相连接，放电开关的控制输入端与触发回路的控制输出端相连接，触发回路的数字量输入端与控制模块的第四数字量输出端相连接，此装置还包括过压保护单元，过压保护单元的正极端与正汇流排相连接，过压保护单元的负极端与负汇流排相连接，同时放电电流超限保护单元由若干个电阻组成，脉冲电容器由若干个电容组成，所述电阻和电容的数量相同并且每一个电阻都分别只与一个电容串联，每个电阻与电容组成的串联支路连接在负汇流排与正汇流排之间。

本发明的方法由以下步骤实现：

步骤101、采样充电时间值；

步骤102、判断步骤101得到的充电时间值是否大于充电时间设定值，判断结果为是，则进入步骤103，判断结果为否，则进入步骤104；

步骤103、启动充电时间超限保护动作；

步骤104、采样当前充电电流值；

步骤105、判断步骤104得到的充电电流值是否大于最大承受电流设定值，判断结果为是，则进入步骤106，步骤结果为否，则进入步骤107；

步骤106、启动充电电流保护动作；

步骤107、采样脉冲电容电压值；

步骤108、判断步骤107得到的脉冲电容电压值是否大于设备最高工作电压值，判断结果为是，则进入步骤109，判断结果为否，则进入步骤110；

步骤109、启动系统过压保护动作；

步骤110、判断步骤107得到的脉冲电容电压值是否大于电容过压保护设定值，判断结果为是，则进入步骤111，判断结果为否，则进入步骤112；

步骤111、启动主回路过压保护动作；

步骤112、判断系统是否收到泄荷保护指令，判断结果为是，则进入步骤113，判断结果为否，则进入步骤114；

步骤113、启动泄荷保护动作；

步骤114、判断系统是否断电，判断结果为是，则进入步骤115，判断结果为否，则进入步骤116；

步骤115、启动断电保护动作；

步骤116、判断系统是否收到触发指令，判断结果为是，则进入步骤117，判断结果为否，则返回步骤102；

步骤117、采样放电电流值；

步骤118、判断步骤117采集的放电电流值是否大于放电电流超限设定值，判断结果为是，则进入步骤119，判断结果为否，则进入步骤120；

步骤119、启动放电电流超限保护动作；

步骤120、电气保护过程结束。

有益效果：本发明的方法能够通过控制模块对回路内出现的故障自动进行判断，并可根据要求对超过放电频率的电磁成形机内部的故障进行保护和报警，提高了电气保护的安全性和可靠性。

附图说明

图1是本发明的电气保护装置结构示意图；图2本发明的电气保护方法流程图。

具体实施方式

具体实施方式一：参见图1，本实施方式由充电控制单元1、充电回路2、电流互感器3、电压互感器4、放电电流超限保护单元5、脉冲电容器6、断电保护单元7、泄荷保护单元8、过压保护单元9、放电开关10、触发回路11、控制模块13、负汇流排14和正汇流排15组成，充电控制单元1的输入端与220V交流电源的L端相连接，充电控制单元1的输出端与充电回路2的第一输入端相连接，充电控制单元1的数字量输入端与控制模块13的第一数字量输出端连接，充电回路2的第二输入端与220V交流电源的N端相连接，充电回路2的第一输出端与电流互感器3的输入端相连接，充电回路2的第二输出端与负汇流排14相连接，电流互感器3的输出端与正汇流排15相连接，电流互感器3的模拟量输出端与控制模块13的第一模拟量输入端相连接，电压互感器4的正极端与正汇流排15相连接，电压互感器4的负极端与负汇流排14相连接，电压互感器4的模拟量输出端与控制模块13的第二模拟量输入端相连接，放电电流超限保护单元5的正极端与正汇流排15相连接，放电电流超限保护单元5的负极端与脉冲电容器6的正极端相连接，脉冲电容器6的负极端与负汇流排14相连接，断电保护单元7的正极端与正汇流排15相连接，断电保护单元7的负极端与负汇流排14相连接，断电保护单元7的数字量输入端与控制模块13的第二数字量输出端相连接，泄荷保护单元8的正极端与正汇流排15相连接，泄荷保护单元8的负极端与负汇流排14相连接，泄荷保护单元8的数字量输入端与控制模块13的第三数字量输出端相连接，放电开关10的输入端与正汇流排15相连接，放电开关10的控制输入端与触发回路11的控制输出端相连接，触发回路11的数字量输入端与控制模块13的第四数字量输出端相连接。

本实施方式中的放电电流超限保护、断电保护和泄荷保护都是由回路中的元件实现，充电时间超限保护和充电电流超限保护由控制模块13实现；回路中的断电保护单元7和泄荷保护单元8直接并联在脉冲电容器6的两端，放电电流超限保护单元5串连在放电回路中，控制模块13所实现的充电电流超限保护和过压保护通过电流互感器3和电压互感器4连接在回路中实现，充电时间超限保护是由控制模块13中的定时器来实现的；将负载12的两端分别与正汇流排15和负汇流排14相连接。各元件的基本工作原理为：

断电保护单元7：通过电磁机构实现，该单元由控制模块13控制，不通电时自动将脉冲电容器6的正负两极连接，泄放脉冲电容器6使其两端电压直至为零；

泄荷保护单元8：通过电磁机构实现，该单元由控制模块13控制，实现对脉冲电容器6的正负极连接，泄放脉冲电容器6使其两端电压直至为零；

放电电流超限保护单元5：当脉冲电容器6内部发生短路故障时，其余并联的电容器会向其放电，当电流大于其最大承受电流时，该单元及时切断放电通道，避免故障电容器出现爆炸事故，在使用时需要根据具体参数合理计算确定脉冲电容器的最大承受电流；

控制模块13：以PLC为核心构成电磁成形机的保护装置，具有模拟量输入输出及数字量输入输出的功能，隔离型的电压互感器4并联在脉冲电容器6两端，隔离型的电流互感器3串联在脉冲电容器6的充电回路内。

以下为各个保护功能的实现过程：

过压保护：电压互感器4变换脉冲电容电压，控制模块13将其作为第一路模拟量输入，并对其进行采样和变换，当脉冲电容器6电压达到控制模块13的电压整定值时，切断充电回路；控制模块13的电压整定值即为设备最高工作电压；

充电电流超限保护：在给脉冲变压器6充电的过程中，如果充电回路存在短路故障，会使充电电流超限，易造成充电回路元件的损坏，电流互感器3变换充电回路电流，作为控制模块13的第二路模拟输入量，当其大于控制模块13的电流整定值时，切断充电回路，控制模块13的电流整定值要根据设备充电回路的结构而定，不能超过充电回路元件的最大承受电流，可以跟据原理图计算或者实测得到该整定值；

充电时间超限保护：设备工作时，如果主回路中存在绝缘缺陷，或者充电回路存在元件故障，会造成设备充电时间异常，充电回路工作时，启动控制模块13中的定时器，对充电时间进行计时，当时间大于整定值时，切断充电回路，充电时间整定值要根据具体充电回路元件参数设定，稍大于脉冲电容器充电达到最大工作电压的时间，可以根据原理图计算或者实测得到该整定值，整定值一般为实测值的110％。

具体实施方式二：参见图1，本实施方式在具体实施方式一的基础上增加了过压保护单元9，过压保护单元9的正极端与正汇流排15相连接，过压保护单元9的负极端与负汇流排14相连接。

过压保护单元9可采用球间隙空气开关实现回路的过压保护：通过球间隙所形成稍不均匀电场，选择球直径及调整球间距使其击穿电压高于设备最高工作电压，但小于脉冲电容器最大承受电压，作为保护装置的后备过压保护。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于放电电流超限保护单元5由若干个电阻组成，脉冲电容器6由若干个电容组成，所述电阻和电容的数量相同并且每一个电阻都分别只与一个电容串联，每个电阻与电容组成的串联支路连接在负汇流排14与正汇流排15之间。

放电电流的额定保护值由电阻和电容的数量决定，可以根据回路中元件的参数设定。

具体实施方式四：参见图2，本实施方式由以下步骤组成：

步骤101、启动充电时间定时器，采样充电时间值；

步骤102、判断步骤101得到的充电时间值是否大于充电时间设定值，可以根据原理图计算或者实测得到该设定值，设定值一般为实测值的110％，判断结果为是，则进入步骤103，判断结果为否，则进入步骤104；

步骤103、启动充电时间超限保护动作，停止充电并报警；

步骤104、采样当前充电电流；

步骤105、判断步骤104得到的充电电流值是否大于最大承受电流设定值，可以跟据原理图计算或者实测得到该设定值，判断结果为是，则进入步骤106，步骤结果为否，则进入步骤107；

步骤106、启动充电电流保护动作，停止充电并报警；

步骤107、采样脉冲电容器电压；

步骤108、判断步骤107得到的脉冲电容器的电压值是否大于设备最高工作电压值，即系统内电气元件的最高工作电压值，判断结果为是，则进入步骤109，判断结果为否，则进入步骤110；

步骤109、启动系统过压保护动作，停止充电并报警；

步骤110、判断步骤107得到的脉冲电容器的电压值是否大于电容过压保护设定值，即脉冲电容最大承受电压值，判断结果为是，则进入步骤111，判断结果为否，则进入步骤112；

步骤111、启动主回路过压保护动作，自动泄放脉冲电容电压；

步骤112、判断系统是否收到泄荷保护指令，判断结果为是，则进入步骤113，判断结果为否，则进入步骤114；

步骤113、启动泄荷保护动作，自动泄放脉冲电容电压；

步骤114、判断系统是否断电，判断结果为是，则进入步骤115，判断结果为否，则进入步骤116；

步骤115、启动断电保护动作，自动泄放脉冲电容电压；

步骤116、判断系统是否收到触发指令，判断结果为是，则进入步骤117，判断结果为否，则返回步骤102；

步骤117、采样放电电流值；

步骤118、判断步骤117采集的放电电流值是否大于放电电流超限设定值，判断结果为是，则进入步骤119，判断结果为否，则进入步骤120；步骤119、启动放电电流超限保护动作，切断电容放电通道；

步骤120、电气保护过程结束。

本发明的内容不仅仅限于上述各具体实施方式的内容，其中一个或几个具体实施方式的组合同样可以实现本发明创造的目的。

Claims (1)

1.一种电磁成形机的电气保护方法，其特征在于它由以下步骤实现：

步骤101、采样充电时间值；

步骤102、判断步骤101得到的充电时间值是否大于充电时间设定值，判断结果为是，则进入步骤103，判断结果为否，则进入步骤104；

步骤103、启动充电时间超限保护动作；

步骤104、采样当前充电电流值；

步骤105、判断步骤104得到的充电电流值是否大于最大承受电流设定值，判断结果为是，则进入步骤106，步骤结果为否，则进入步骤107；

步骤106、启动充电电流保护动作；

步骤107、采样脉冲电容电压值；

步骤108、判断步骤107得到的脉冲电容电压值是否大于设备最高工作电压值，判断结果为是，则进入步骤109，判断结果为否，则进入步骤110；

步骤109、启动系统过压保护动作；

步骤110、判断步骤107得到的脉冲电容电压值是否大于电容过压保护设定值，判断结果为是，则进入步骤111，判断结果为否，则进入步骤112；

步骤111、启动主回路过压保护动作；

步骤112、判断系统是否收到泄荷保护指令，判断结果为是，则进入步骤113，判断结果为否，则进入步骤114；

步骤113、启动泄荷保护动作；

步骤114、判断系统是否断电，判断结果为是，则进入步骤115，判断结果为否，则进入步骤116；

步骤115、启动断电保护动作；

步骤116、判断系统是否收到触发指令，判断结果为是，则进入步骤117，判断结果为否，则返回步骤102；

步骤117、采样放电电流值；

步骤118、判断步骤117采集的放电电流值是否大于放电电流超限设定值，判断结果为是，则进入步骤119，判断结果为否，则进入步骤120；

步骤119、启动放电电流超限保护动作；

步骤120、电气保护过程结束。

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