CN101350515A

CN101350515A - 大型异步电动机的健康预警和继电保护融合系统

Info

Publication number: CN101350515A
Application number: CNA2008101963881A
Authority: CN
Inventors: 马宏忠; 鞠平; 韩敬东; 张利民
Original assignee: Hohai University HHU
Current assignee: Hohai University HHU
Priority date: 2008-09-08
Filing date: 2008-09-08
Publication date: 2009-01-21

Abstract

本发明是大型异步电动机的健康预警和继电保护融合系统，包括输入模拟量、信号调理电路、采样保持与A/D转换电路、中央处理单元、键盘、存储器、显示模块、通信接口电路、开关输出量隔离、驱动电路、报警电路、继电器信号驱动电路、输出连锁电路、电源、输入连锁电路。优点：对电动机监测并根据监测参量进行分析，实现电机继电保护的同时，对电机进行故障诊断与健康预警；给出电动机全面可靠准确的保护、诊断与当前健康状态的健康预警报告；成本低，安装使用方便，宜于推广普及；集成、提炼并发展了继电保护与故障诊断的优点，并集成健康预警功能，及时发现电动机异常，降低电动机的故障率和损毁率，使电动机运行可靠，提高生产效率。

Description

大型异步电动机的健康预警和继电保护融合系统

技术领域

本发明涉及的是一种关于大型异步电动机健康预警和大型异步电动机继电保护融合系统，属于电气自动化工程领域。

背景技术

随着工业自动化的发展，异步电动机(以下简称电动机)在国民经济和从们日常生活中得到非常广泛的应用。由电动机运行环境各异，运行工况复杂，故障发生率较高。电动机故障一方面对电动机可能引起电动机本身受损，另一方面，也影响电动机所拖动的负载，特别是在各种流水生产线上，某一台电动机的故障可能导致整条生产线的停产，造成极大的经济损失。所以电动机的保护越来越受到重视。及时有效的保护可极大地节省修理所需要的时间和资金，并且及早发出报警信号可使操作人员采取对策，减少损失。所有的电动机的保护都是被动式的，即有了故障或明显的故障前兆，才发出报警信号或保护动作。电动机故障按类型可分为：对称性故障(过载、堵转、三相短路等)，不对称性故障(断相、不平衡运行、两相短路等)，接地故障(接地、漏电等)。目前，电动机保护的基本原理是基于检测故障信号的明显变化(温度、电流电压幅值、序分量等)。这类保护从机理上主要针对较严重的外部故障(特点是“宽而范”)。而当电动机发生绕组短路、转子断条等内部故障时，由于故障初期并不出现明显的物理量变化，目前的保护很难起作用，待故障发展到使保护装置动作时，电动机已受损。就电动机的安全运行而言，这类保护作用有很在的局限性。故障诊断是近年来人们研究的热点问题，目前电动机故障诊断技术主要是针对电动机故障进行故障特征研究，为故障诊断服务。目前电动机故障诊断装置很少，主要为某种特定故障的诊断进行研究(特点是“专而窄”)，不能全面对电动机进行保护，且价格昂贵，推广普及有难度。

发明内容

本发明的目的在于针对异步电动机保护存在的上述问题，根据异步电动机保护的特点，并结合日渐成熟的状态监测与故障诊断技术，提出了异步电动机健康预警与继电保护融合系统。该系统通过对电动机相关参量的监测、分析，根据电动机有关特征量的变化趋势，作出电动机健康状况报告，实现健康预警。这有利于及时发现电动机初期故障(或异常)，防止电动机故障的进一步发展。

本发明的技术解决方案：其结构是反映电机电流、电压与振动的输入模拟量经信号调理电路、采样保持与A/D转换电路串接，采样保持与A/D转换电路的输出端与中央处理单元的第一输入端相接，键盘的输出端与中央处理单元的第二输入端相接，来自其它系统的输入连锁信号与中央处理单元的第三输入端相接，中央处理单元的第一输入/输出端与存储器的输出/输入端对应相接，中央处理单元的第二输入/输出端与通信接口电路的输出/输入端对应相接，中央处理单元的第一输出端与显示模块的输入端相接，中央处理单元的第二输出端与开关输出量隔离、驱动电路的输入端相接，开关输出量隔离、驱动电路的第一输出端与报警电路的输入端相接，隔离、驱动电路的第二输出端与继电器信号驱动电路的输入端相接，隔离、驱动电路的第三输出端输出的连锁信号给其它控制系统，电源与中央处理单元的电源输入端相接。

本发明的优点：克服了异步电动机继电保护的被动保护的缺点，主动地对电动机进行监测、并根据监测参量进行分析，给出电动机当前健康状态的健康预警报告；结合继电保护全面保护的特点，给出电动机全面、可靠、准确的保护、诊断与预警；充分利用原有的继电保护硬件，使整个系统成本低，安装、使用方便，宜于推广普及；所以本发明集成、提炼并发展了继电保护与故障诊断的各自优点，并集成健康预警功能，及时发现电动机异常，降低电动机的故障率和损毁率，使电动机运行更可靠，提高生产效率。

附图说明

附图1是大中型异步电动机的健康预警与继电保护融合技术硬件方案示意图

附图2.是大中型异步电动机的健康预警与继电保护融合技术实施例示意图

附图1中的1是输入模拟量、2是信号调理电路、3是采样保持与A/D转换电路、4是中央处理单元、5是键盘、6是存储器、7是显示模块、8是通信接口电路、9是开关输出量隔离、驱动电路、10是报警电路、11是继电器信号驱动电路、12是电源。

具体实施方式

对照附图1，其结构是输入模拟量1、信号调理电路2、采样保持与A/D转换电路3串接，采样保持与A/D转换电路3的输出端与中央处理单元4的第一输入端相接，中央处理单元4的第二输入端接键盘5，来自其它控制系统的输入连锁信号与中央处理单元4的第三输入端相接，中央处理单元4的第一输入/输出端与存储器6的输出/输入端对应相接，中央处理单元4的第二输入/输出端与通信接口电路8的输出/输入端对应相接，中央处理单元4的第一输出端与显示模块7的输入端相接，中央处理单元4的第二输出端与开关输出量隔离、驱动电路9的输入端相接，开关输出量隔离、驱动电路9的第一输出端与报警电路10的输入端相接，隔离、驱动电路9的第二输出端与继电器信号驱动电路11的输入端相接，隔离、驱动电路9的第三输出端输出的连锁信号给其它控制系统，电源12与中央处理单元4的电源输入端相接。

本系统可以用于独立控制系统，也可以用于大的复杂系统，如果用于大的复杂控制系统，则与其它系统有相互控制的连锁信号，如果没有其它设备，或其它设备不需要与本电机连锁控制，则没有连锁信号。

所述的输入模拟量1反映电动机三相电流的信号、反映电动机电压的信号、直接反映电动机振动的信号(可选)、直接反映电动机温度的信号(可选)、反映漏电流的信号(可选)等；这些被监测信号一般为模拟量。

所述的信号调理电路2，将被监测的模拟量进行隔离、放大，并按不同要求进行滤波。

所述的采样保持及A/D转换器3，完成上述信号的采样保持与A/D转换功能(现在一些A/D芯片已自带采样保持功能，如AD7656)；A/D转换应不低于14位，本系统采用16位A/D(AD7656)，AD7656有6个输入通道，自带低噪声、宽带采样保持放大器。

所述的中央处理单元4由DSP与ARM构成。上述信号中央处理单元4经分析计算，分别送存储器(IS61LV51216)6、显示模块(LCM320240)7、通信接口电路(RS485，CAN)8，数字输出量(报警信号、继电器动作信号以及连锁信号等)通过开关量隔离、驱动接口电路9分别送到相应电路。

所述的开关输出量隔离、驱动电路9主要对输出信号进行隔离与放大，选用芯片74LVC14245。

报警电路10在控制室中，采用普通的电磁式蜂鸣器(SH12C01YB)。

继电器信号驱动电路11主要用于信号进一步放大输出，去控制主电路的接触器，该继电器可选用通用型小型继电器。

输出连锁信号是用于给其它系统的控制提供相关的连锁控制信号(对独立的电机控制系统，不需要该连锁信号输出)。

输入连锁信号是指来自其它控制系统的连锁控制信号(对独立的电机控制系统，没有该连锁信号输入)。

根据电动机继电保护要求采集的电动机电流、电压等常规信号，根据这些量进行继电保护的运算，根据计算结果如果电动机故障或明显异常，则进行相应处理(如信号、脱扣等)。如果电动机没有明显故障或异常，则进行故障诊断与健康预警模块(故障诊断尽量利用继电保护的采集数据，也可根据故障诊断要求重新设定采样格式(采样频率、采样信号长度等)对这些信号进行重新采样，如有必要可以根据故障诊断的特殊要求增加采样量)。电动机故障诊断与健康预警首先对电动机的采集信息进行计算，分析故障特征，根据故障特征进行故障分析与电动机性能分析，结合历史数据进行电动机性能变化趋势分析，从而确定电动机当前健康状态及今后趋势，给出反映电动机健康状况的健康预警报告，并提出相应的建议，指导电动机今后的运行与维护。

电动机的继电保护与以故障诊断为基础的健康预警相互补充，它们各自发挥相应的作用。继电保护主要是针对电动机外部故障或已发生的明显内部故障作出保护，而健康预警主要是针对电动机内部的轻微故障或还没有发生的故障或异常状态，根据电动机运行参数分析电动机某些特征参量的有无、大小或变化趋势，对电动机健康状态给出早期判断。举个通俗的例子，继电保护类似于人发现身体不舒服到医院去看病；而健康预警类似于人定期体检，根据检查的各参数分析身体状况(不一定有病)。继电保护与基于故障诊断的健康预警均是必须的，不能说哪个不重要，也不能用一个代替另一个，如果将两者有机结合，将可理更有效地对电动机进行保护。

因此，本发明将电动机继电保护技术、故障诊断技术、健康预警相结合，并进一步发展，形成大中型电动机健康预警与继电保护技术融合系统。

实施例

继电保护与健康预警的融合实现如图2。

1.系统对电机电流、电压等信号进行采样并转换；

2.进入继电保护模块，继电保护模块设置起动超时保护、短路保护、堵转保护、过负荷保护、欠负荷保护、热过载保护、温度过热保护、过压保护、欠压保护、过电流保护、漏电保护、三相不平衡保护等；

3.根据保护模块的作用结果进行分析，如有明显故障，则进行故障处理模块。故障处理模块完成的功能可选择不保护(不处理)、报警、跳闸(脱扣)、报警+跳闸(脱扣)；

4.如果没有明显故障，则进进入故障诊断模块，选择进行绝缘劣化诊断、定子绕组匝间短路诊断、转子断条诊断、绝缘劣化诊断等早期轻微故障诊断；

5.根据故障诊断情况进入健康预警模块，对电动机进行故障分析与健康预警。分析与电动机的定子绕组匝间短路、转子断条、气隙偏心、绝缘劣化故障相关的量，从而判定电动机是否有这些轻微故障或是否有故障发生的趋势(可能性)，并进行健康趋势预测(寿命预测)；

6.最后给出诊断结论、健康预警及建议报告。

Claims

1、大型异步电动机的健康预警和继电保护融合系统，其特征是信号调理电路与采样保持与A/D转换电路串接，采样保持与A/D转换电路的输出端与中央处理单元的第一输入端相接，中央处理单元的第二输入端接键盘，中央处理单元的第一输入/输出端与存储器的输出/输入端对应相接，中央处理单元的第二输入/输出端与通信接口电路的输出/输入端对应相接，中央处理单元的第一输出端与显示模块的输入端相接，中央处理单元的第二输出端与开关输出量隔离、驱动电路的输入端相接，开关输出量隔离、驱动电路的第一输出端与报警电路的输入端相接，隔离、驱动电路的第二输出端与继电器信号驱动电路的输入端相接，电源与中央处理单元的电源输入端相接。