CN1023048C - 鉴相鉴宽型断相保护器 - Google Patents

Abstract

一种断相释放方式的电子式鉴相、鉴宽型断相保护器，将检出的三个线电流的相位方波经特征波产生装置形成特征波，再经过鉴宽及输出信号形成能反应断相与否的电平信号，在断相发生时驱动断相继电器释放，达到断相保护的目的。所设置的延迟电路可使断相保护器避免干扰信号造成的误动作上电封锁电路则保证在负载接通的暂态过程中断相保护器的正常工作。是一个较合理的、抗干扰能力较强且性能优异的断相保护器。

Description

本发明是一种三相对称负载的断相保护器。许多三相负载（如交流电动机等）不允许在断相的状态下运行。因此需要一种在发生断相故障时将负载从电源上切断（或发出报警信号等）的保护器，以免造成设备损坏等重大事故。现有的各种断相保护器，有的只检测电压信号;如标题为《断相过载保护的三相相序识别控制器》、申请日期为1987.7.9的中国第1030501号专利中所描述的断相保护部分，实质上便是所连接线路点的“电压”断相保护。有的虽检测电流，但由于或仅判断电流存在与否，只适用于Y接线负载及△接线负载的外断相;或检出负序电流，虽能适用于不同负载接线的内、外断相，而当电流大幅度变化时，易因负载电流值的轻度不对称形成超过整定值的负序电流，引起误动作，且铁心尺寸较大，线路复杂、成本较高。另外，有些断相保护器采用故障动作型（即断相发生时驱动输出继电器动作，其动断触点切断接触器），因此，当运行中断相保护器自身发生故障，负载就处于无断相保护的状态，且不易被发现。众所周知，三相对称负载断相与否，三个线电流的相位有明显变化，且与电流大小无关。外断相（包括Y接线内断相）时断相的线电流为零，另两线电流相位差为180;当△接线负载内断相时，该相电流为零，与该相两个端子相连的二个线电流间相位差为60°，而它们与另一线的电流的相位差均为150°。三相对称负载时三个线电流间相位差均为120°（参照图3）。三相电流对应的零交叉方波信号也遵从上述相位关系。分析表明，直接对三个线电路的相对相位关系进行采样，鉴别相位特征波形的断相保护原理是最合理的。

标题为：交流电机保护系统”的美国专利USP-4，381，531（1981年7月2日申请，1983年4月26日公开）则采用适当的硬件电路，将所检出的三相电流只送出其正半波信号，再用与次邻相电流同相位的零交叉方波信号的上升沿进行关断处理， 通过同步开关将经处理的各相电流依次输出到负载上，最终形成了在一个周期（360°）之内既反映各相电流相位关系，又能反映其大小的电压信号。然后通过A/D变换，再辅之以与该电压信号零交叉点同步的定脉宽脉冲信号，输入到微型计算机，用计算机对三相电流的大小及其相位进行比较，产生保护动作。

该方法的不足之处是需采用价格昂贵、关系复杂的A/D变换器和微型计算机，因而增加了成本和体积，降低了可靠性。由于要对电流的大小进行采样，其电流互感器铁心尺寸同常规一样，尺寸较大。

本发明的目的是针对迄今为止的断相保护器存在的种种不足，提出一种直接鉴别线电流相对相位关系的断相释放方式的电子式鉴相鉴宽型断相保护器。

根据本发明所实现的断相保护器，其特点在于：它包括三个小型铁淦氧磁芯构成的用于检测三个线电流相对相位关系的电流互感器，检测出的电流信号，经三个零电压比较器形成与电流正半波同相位的电流相位方波，再经特征波形成装置形成特征方波。在三相对称负载时与在断相时的特征方波中的高电平脉宽的差值达60°以上。利用鉴宽及输出信号形成装置鉴别断相与否，输出相应的直流电平。当输出的反应断相的高电平信号的持续时间大于延迟与驱动装置预先设定（可调整）的固定延迟时间时，驱动断相继电器释放，实现断相保护。设置延迟时间的目的是防止干扰造成的伪断相信号引起误动作。它还包括一个用于保证在接通负载的暂态过程中使断相继电器保持可靠吸合的上电封锁电路。

图1是本发明的原理方框图。

图2是按照本发明所实现的鉴相鉴宽型断相保护器电路原理图。

图3是三相对称负载时及外、内断相时的三相线电流相量图和电流检测、特征波形成装置中各级与输出的波形。

图4是鉴宽及输出信号形成装置的鉴宽部分三相对称负载及外、内断相时各级波形。

图5是鉴宽及输出信号形成装置的输出信号形成部分的各级波形。

图6是延迟与驱动装置的各级滤形。

图7是上电封锁电路的各级波形。

图1所示的本发明的原理方框图中断相保护器连接在接触器触头之后，而断相继电器的动合触头则串接在接触器的自锁触头支路中。当按动启动电钮QA后，接触器CJ接通，负载接通的同时断相保护器通电，断相继电器在上电封锁电路作用下可靠吸合，接触器自锁。同时，三相负载电流又保证了上电封锁结束后，断相继电器的合理动作逻辑。

图2所示的本发明的电路原理图中，利用小型铁淦氧磁芯构成的三个电流互感器检出三相电流的相对相位关系。电流互感器连接一个小的电阻负载，将电流信号转换成与其同相位的电压信号，加到对应的零电压比较器上，形成当各线电流的正半波时为高电平，仍保持其原来的相对相位关系的电压方波IA、IB、IC。其输入电路中的二个二极管及电阻是用来限制电流过大的加在比较器输入端的电压。由于是鉴别三个线电流的相对相位关系，因而对互感器的绝对误差要求不高。将比较器输出的电压方波按照相序次序两两组合输入到三个二输入端与门，形成反映两线相对相位关系的方波IAB、IBC、ICA。再将它们输入到一个三输入端或非门，所输出的方波I∑即为用于鉴别断相与否的特征波。当为三相对称负载时，I∑是一个周期为T/3，高电平脉宽为T/6（或略大于T/6）的方波;当为Y接内、外断相或△接外断相时，I∑呈高电平（或每隔T/2左右出现若干低电平窄脉冲，高电平脉宽接近T/2）;当为△接内断相时，I∑则是含高电平脉宽T/3，T/12的方波串（参照图3）。所采用的特征波形电路，能够将三相对称负载与断相时电流相量间电角度的变化分别由60°（外断相）、30℃与60°（内断相）变成为高电平脉宽差别远远大于（或近于）180°（外断相）及60°（内断相）的更便于鉴别的波形。将所形成的特征波I∑、输入到一个由阻容元件及Schnitt反相器构成的脉宽鉴别电路，其鉴别脉宽可设定为100°～115°。当脉宽鉴别电路的输入信号中含有比鉴别脉宽还要宽的高电平方波时，则输出宽度为输入脉宽与鉴别脉宽差的低电平信号。否则，输出高电平。其中，串联的二极管与电阻支路用作电容的快速放电（参照图2，图4）。鉴宽电路的输出信号。三相对称负载时为高电平，断相时为低电平（外断相）或含低电平脉冲的方波（内 断相）。再将这一信号输入到由阻容元件、二级管及Schnitt反相器构成的输入信号形成电路，它可将低电平或含有周期为T的低电平窄脉冲信号的方波变成为高电平信号输出。从而，鉴宽及输出信号形成装置的输出，当三相对称负载时为低电平，断相时则为高电平（参照图5），达到了利用鉴相，鉴宽手段判别断相与否的目的。表1汇总了上述不同情况下的各级输入信号特征。

为了进一步提高工作可靠性与抗干扰能力，本发明在驱动断相继电器电路部分设置了延迟动作功能，用来判别确属断相还是干扰造成的伪信号。由阻容元件与555时基IC电路构成延迟电路，当鉴宽及输出信号形成装置的输出信号持续时间不超过预先设定的固定延迟时间（这个时间可根据实际应用环境的干扰信号情况，用电位器来进行调节），则被认为是干扰信号，不驱动断相继电器释放。555时基IC电路同时兼作断相继电器的驱动器（参照图2、图6）。

三相对称负载与电源接通时的暂态过程中，可能出现伪断相信号。因此，本发明设置了由阻容元件与Schnitt反相器构成的上电封锁电路。它保证了在负载接通后的一段时间内（这段时间可根据负载的暂态过程情况，用电位器来进行调节）Schnitt反相器输出-低电平，施加于驱动断相继电器用的555时基IC电路的强行复位 R端，从而使断相继电器在暂态过程中可靠吸合，保证了断相保护器的正常工作（参照图2、图7）。

本发明系断相释放式，即在对称负载时断相继电器吸合，发生断相时断相继电器释放。一般情况下，当断相保护器故障，断相继电器释放。从而避免了负载在没有断相保护的条件下运行，一但断相会导致设备损坏的危险。按照图1规定的接法，当电源侧存在断相时，负载不可能投入。

表1

特征波形成装置    鉴宽及输出信号形成

输出信号特征    装置输入信号特征

负载情况    特征波    鉴宽电路    输出信号形

特征波波形    周期    输出    成电路输出

三相对称负载

T/3

Y接内、外

断相

△接外    T/2）

△接内断相

Claims (6)

1、一种鉴相鉴宽型断相保护器

-电流相位检测装置，用来检测三相电流的相对相位关系，并形成反映其关系的信号方波；

-特征波形成装置，它连接于电流相位检测装置之后，将反映三相电流相对相位关系的信号方波合成一个在正常工作和断相时有明显脉宽差别的特征方波；

-鉴宽及输出信号形成装置，它连接在特征波形成装置之后，用来鉴别正常工作或断相时的特征波的脉冲宽度，当发生断相时，其输出信号由高电平变为低电平；

-延迟、驱动装置，它连接于鉴宽及输出信号形成装置之后，当断相时所输出的低电平的持续时间超过所设定的延迟时间，驱动断相继电器释放，实现断相保护；

其特征在于，所述电流相位检测装置采用了可带空气隙的小型铁氧体电流互感器，所述特征波形成装置包括了3个与门及一个或非门，保持三相电流原有的相对相位关系的信号方波依次成对地输入与门，再送入或非门。

2、权利要求1所述的鉴相鉴宽型断相保护器，其特征在于，特征波形成装置所输出的特征方波，在对称负载条件下是一个周期为T/3、高电平脉宽等于或接近于T/6的方波;而在断相条件下，则输出含有高电平脉宽近于T/3（△接内断相）或近于T/2及以上的方波。

3、权利要求1所述的鉴相鉴宽型断相保护器，其特征在于，鉴宽及输出信号形成装置能鉴别特征波中是否含有高电平脉宽为T/3及以上的方波，并将所输出的周期为T的低电平窄脉冲方波变成高电平输出。

4、权利要求1所述的鉴相鉴宽型断相保护器，其特征在于，采用了可调节的固定延迟电路，当鉴宽及输出信号形成装置输出的高电平持续时间不超过固定延迟时间，延迟驱动装置的输出状态保持不变。

5、权利要求1所述的鉴相鉴宽型断相保护器，其特征在于，还包括有上电封锁电路，用于防止负载接通暂态过程中形成的伪输出信号所导致的误动作;该电路能够保证在负载接通（即断相保护器电源接通）后的一段时间内（可根据需要调节）断相继电器可靠吸合。

6、权利要求1所述的鉴相鉴宽型断相保护器，其特征在于，其中的断相断电器在三相对称负载条件下处于吸合状态，断相时继电器释放。

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