CN102623960B - 一种基于智能传感器的变频电动机保护装置 - Google Patents
一种基于智能传感器的变频电动机保护装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于智能传感器的变频电动机保护装置。包括电动机中性点智能传感器、变频器出线侧智能传感器、电动机供电侧智能传感器、保护装置、通信处理模块、采样同步模块、保护计算模块以及各自的数字通信通道；电动机各侧的电流由各侧智能传感器采样；通信处理模块通过各数字通信通道接收各侧采样数据，采样同步模块对这些采样数据进行同步处理，保护计算模块利用同步后的数据进行保护计算和保护逻辑判别；采用了本发明的技术方案，可以由一台装置实现变频电动机全运行工况的保护，简化装置结构，缩小了装置体积和尺寸，适于安装在供电侧开关柜内。并使得装置的调试更简单，自检更全面。
Description
技术领域
本发明属于电动机继电保护领域，尤其涉及一种变频器拖动的电动机保护装置和方法。
背景技术
《继电保护及安全自动装置技术规程》(GB/T-14285-2006)中对高压电动机保护有如下要求：2MW及以上的电动机，或2MW以下，但电流速断保护灵敏系数不符合要求时，可装设纵联差动保护。高压电动机还配备有过热保护、负序电流保护、堵转保护、接地保护、低电压保护、过电压保护等，在这里统称为电动机后备保护。配置差动保护的高压电动机一般在电动机供电侧和电动机中性点侧分别各配置一组传统互感器，传统互感器是指具有铁芯和互感器线圈，并且通过电磁感应原理按比例变换电压或电流的设备。其功能主要是将高电压或大电流按比例变换成标准低电压(100V)或标准小电流(5A或1A，均指额定值)，以便实现测量仪表、保护设备及自动控制设备的标准化、小型化。同时互感器还可用来隔开高电压系统，以保证人身和设备的安全。
变频调速技术因其高效的调速性能及其在泵和风机的节能降耗中的突出作用，在发电公司及工矿企业中得到了广泛应用。电动机加装变频器后，原配置的电动机差动保护在变频启动和运行中会误动。而且常规电动机差动保护只能用于工频运行电机，不能适用于宽频调速的变频电动机；加装变频器的电动机在变频运行时只能采取临时措施，即当电动机运行于变频方式时，为了避免电动机差动保护出现误动，将对应的电动机差动保护装置退出运行；当运行于工频方式时，再将差动保护装置投入运行。此外，当电动机运行在变频方式时，传统互感器容易出现饱和，保护装置无法获取真实的电流信息，因此电动机后备保护也只能保护变频器，无法保护电动机。
目前实现变频电动机保护的普遍方法是在变频器的出线侧增加一组传统电流互感器，如图3所示，然后将这组互感器与原有电动机中性点侧传统互感器接入到一台专用变频电动机保护装置用作电动机变频运行状态的保护，而原有普通电动机差动保护及后备保护装置则用于电动机工频运行状态的保护。这种方法的缺点在于需要两台保护装置来实现电动机不同运行状态下的保护，而且两台装置在电动机不同运行状态下的切换也很复杂。
专利CN101996763A提出了一种在变频电动机工作频率调节范围内能够正常运行的传统电流互感器。
专利CN101908753A提出了一种适用于变频电动机基于HHT变换的差动保护算法，可适应变动电动机工频及变频运行工况。
专利CN101976820A提到将变频器出线侧传统互感器、电动机中性点侧传统互感器、电动机供电侧传统互感器接入到同一台变频电动机保护装置的方法，如图4所示，由该装置实现变频电动机不同运行状态下的电动机保护，并根据电动机的不同运行状态进行切换。这种方法的缺点在于一台电动机保护装置需要接入三侧的传统互感器模拟信号，装置需增加更多的内部电流传感器和大电流端子，增大了装置的体积和尺寸，无法安装在供电侧开关柜内；而且，由于装置接入更多的传统互感器，也增大了互感器二次断线发生的几率，削弱了装置的安全可靠性。如果各侧传统互感器的一致性不好，在变频工况下，差动保护就更容易误动。此外，由于接入较多的模拟信号，增加了装置的维护调试难度。
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于智能传感器的变频电动机保护装置和方法，简化装置结构，缩小了装置体积和尺寸，适于安装在供电侧开关柜内；此外，智能传感器的采用也使得装置的调试更加简单友好，自检更加智能全面。
首先对本申请中所使用的智能互感器说明如下：智能互感器与传统互感器不同，智能传感器是将所采集的电流转换为数字信号，并通过数字通信接口将电流采集数据向外传输。智能传感器可以是电子互感器，也可以是光电式(包括光纤式)互感器，但优选本申请实施例中的智能互感器实现方式。
为达到以上几个目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于智能传感器的变频电动机保护装置，包括电动机中性点智能传感器、变频器出线侧智能传感器、电动机供电侧智能传感器、通信处理模块、采样同步模块、保护计算模块以及第一数字通信通道、第二数字通信通道、第三数字通信通道；其特征在于：
电动机中性点智能传感器通过第一数字通信通道与所述通信处理模块相连，用于对电动机中性点侧的三相电流进行采样，并通过第一数字通信通道将电动机中性点侧的三相电流采样数据传输至所述通信处理模块；
变频器出线侧智能传感器通过第二数字通信通道与所述通信处理模块相连，用于对变频器出线侧的三相电流进行采样，并通过第二数字通信通道将变频器出线侧的三相电流采样数据传输至所述通信处理模块；
电动机供电侧智能传感器通过第三数字通信通道与所述通信处理模块相连，用于对电动机供电侧的三相电流进行采样，并通过第三数字通信通道将电动机供电侧的三相电流采样数据传输至所述通信处理模块；
采样同步模块输入端与所述通信处理模块的输出端相连，用于将所述通信处理模块接收到的采样数据传输至采样同步模块，并对所述各智能传感器的采样数据进行同步处理；
所述采样同步模块的输出端与保护计算模块相连，将处理后的数据传输至保护计算模块，在所述保护计算模块进行变频电动机保护计算与保护逻辑判别。
本发明还公开了一种除了电动机供电侧采用常规互感器以外的基于智能传感器的变频电动机保护装置，技术方案具体如下：
一种基于智能传感器的变频电动机保护装置，包括电动机中性点智能传感器、变频器出线侧智能传感器、电动机供电侧传统传感器、通信处理模块、采样同步模块、保护计算模块以及第一数字通信通道、第二数字通信通道、模拟信号通道；其特征在于：
电动机中性点智能传感器通过第一数字通信通道与所述通信处理模块相连，用于对电动机中性点侧的三相电流进行采样，并通过第一数字通信通道将电动机中性点侧的三相电流采样数据传输至所述通信处理模块；
变频器出线侧智能传感器通过第二数字通信通道与所述通信处理模块相连，用于对变频器出线侧的三相电流进行采样，并通过第二数字通信通道将变频器出线侧的三相电流采样数据传输至所述通信处理模块；
电动机供电侧传统传感器通过模拟信号通道与所述采样同步模块的输入端相连，用于对电动机供电侧的三相电流进行采样，并通过模拟信号通道将电动机供电侧的三相电流采样数据传输至所述采样同步模块；
所述采样同步模块输入端还与所述通信处理模块的输出端相连，用于将所述通信处理模块接收到的电动机中性点侧的三相电流采样数据、和变频器出线侧的三相电流采样数据传输至采样同步模块；
所述采样同步模块对电动机中性点侧的三相电流采样数据、变频器出线侧的三相电流采样数据、以及电动机供电侧的三相电流采样数据进行同步处理；
所述采样同步模块的输出端保护与计算模块相连，将处理后的数据传输至保护计算模块，在所述保护计算模块进行变频电动机保护计算与保护逻辑判别。
采用本发明的技术方案，具有以下效果：
1.通过一个保护装置实现变频电动机全工况运行状态下的保护，并可根据电动机的运行状态进行切换。
2.简化保护装置结构，缩小了装置的体积和尺寸，使装置易于安装在供电侧开关柜内，无需另外组屏安装。
3.智能传感器的采用使得装置的调试更加简单友好，具备更加全面的自检功能。
4.智能传感器采用数字通信通道，可以有效地避免传统互感器二次断线的危险。采用智能传感器，还可以有效地避免电动机各侧传统互感器二次负载不一致而导致的保护不正确动作的情况。
附图说明
图1是本发明变频电动机保护装置(全部采用智能传感器)的结构示意图；
图2是本发明变频电动机保护装置(供电侧采用常规互感器)的结构示意图；
图3是采用传统互感器，由两台装置实现工频工况和变频工况电动机保护配置示意图；
图4是采用传统互感器，由一台装置实现工频工况和变频工况电动机保护的配置示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
图1是本发明变频电动机保护装置(全部采用智能传感器)的结构示意图。如图1所示，基于智能传感器的变频电动机保护装置，包括电动机中性点智能传感器17、变频器出线侧智能传感器18、电动机供电侧智能传感器19、通信处理模块13、采样同步模块12、保护计算模块11以及第一数字通信通道14、第二数字通信通道15、第三数字通信通道16(数字通道的介质可以采用光纤、通信电缆以及无线通信，包括符合IEC60044-8标准的串行通信通道、符合IEC61850-9-2标准的以太网通信通道以及其他私有协议的通信通道)。
电动机中性点智能传感器、变频器出线侧智能传感器、电动机供电侧智能传感器分别通过第一、第二、第三数字通信通道与通信处理模块相连，分别对电动机各侧的三相电流进行采样，并通过第一、第二、第三数字通信通道将电动机各侧的三相电流采样数据传输至通信处理模块；
通信处理模块从采样同步模块相连接收各侧智能传感器的采样数据，并将接收到的采样数据传输至采样同步模块；
采样同步模块接收通信处理模块发送的采样数据，并对这些数据采用数据插值等同步算法进行处理，得到同一时刻的采样数据，然后将处理后的采样数据传输至保护计算模块；
保护计算模块接收采样同步模块发送的数据，并进行保护元件计算与保护逻辑判别。
以上装置如果在电动机供电侧采用传统互感器传变三相电流，如图2所示，则采样同步模块22通过模拟信号通道26与电动机供电侧传统互感器29连接；采样同步模块对电动机供电侧传统互感器的模拟信号进行采样，同时接受通信处理模块23发送的电动机中性点和变频器出线侧的采样数据(由两侧的智能传感器27、28采集，并经第一、第二数字通信通道24、25传输)，并对这些数据采用同步算法进行处理，得到同一时刻的采样数据，然后将处理后的采样数据传输至保护计算模块21，再进行保护元件计算与保护逻辑判别。
以上所述的变频电动机保护装置，保护计算模块的保护元件和保护逻辑均包含了电动机差动保护模块和电动机后备保护模块。因此可以由一台装置实现变频电动机全工况运行状态的保护。本发明所述的保护装置，不仅可以应用于新安装的变频电动机，可以应用于变频电动机的改造项目中。以上装置中，智能传感器可以是电子互感器，也可以是光电式(包括光纤式)互感器，但在本申请中，智能传感器优选采用传感线圈加上采集器构成的实现方式。
即所述各智能传感器的由A、B、C三相传感线圈以及采集合并器组成；传感线圈可以为普通铁芯线圈、低功率铁芯线圈、罗氏线圈等几种类型。
A、B、C三相传感线圈分别套装在电动机A、B、C三相电缆上，以电磁耦合的方式传变三相电流信号；采集合并器对A、B、C三相电流模拟信号进行同步采样后将三相电流模拟信号转换成数字信号，并通过通信接口将三相电流采样数据输出给通信处理模块。
本发明所述的变频电动机保护装置，用于保护供电电缆较长的电动机时，在电动机中性点侧采用智能传感器和数字通信，可以有效的避免原有两侧互感器二次负载不一致而导致的保护不正确动作的情况。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (3)
1.一种基于智能传感器的变频电动机保护装置，包括电动机中性点智能传感器、变频器出线侧智能传感器、电动机供电侧智能传感器、通信处理模块、采样同步模块、保护计算模块以及第一数字通信通道、第二数字通信通道、第三数字通信通道；其特征在于：
电动机中性点智能传感器通过第一数字通信通道与所述通信处理模块相连，用于对电动机中性点侧的三相电流进行采样，并通过第一数字通信通道将电动机中性点侧的三相电流采样数据传输至所述通信处理模块；
变频器出线侧智能传感器通过第二数字通信通道与所述通信处理模块相连，用于对变频器出线侧的三相电流进行采样，并通过第二数字通信通道将变频器出线侧的三相电流采样数据传输至所述通信处理模块；
电动机供电侧智能传感器通过第三数字通信通道与所述通信处理模块相连，用于对电动机供电侧的三相电流进行采样，并通过第三数字通信通道将电动机供电侧的三相电流采样数据传输至所述通信处理模块；
采样同步模块输入端与所述通信处理模块的输出端相连，用于将所述通信处理模块接收到的采样数据传输至采样同步模块，并对各智能传感器的采样数据进行同步处理；
所述采样同步模块的输出端与保护计算模块相连，将处理后的数据传输至保护计算模块，在所述保护计算模块进行变频电动机保护计算与保护逻辑判别。
2.一种基于智能传感器的变频电动机保护装置，包括电动机中性点智能传感器、变频器出线侧智能传感器、电动机供电侧传统传感器、通信处理模块、采样同步模块、保护计算模块以及第一数字通信通道、第二数字通信通道、模拟信号通道；其特征在于：
电动机中性点智能传感器通过第一数字通信通道与所述通信处理模块相连，用于对电动机中性点侧的三相电流进行采样，并通过第一数字通信通道将电动机中性点侧的三相电流采样数据传输至所述通信处理模块；
变频器出线侧智能传感器通过第二数字通信通道与所述通信处理模块相连，用于对变频器出线侧的三相电流进行采样，并通过第二数字通信通道将变频器出线侧的三相电流采样数据传输至所述通信处理模块；
电动机供电侧传统传感器通过模拟信号通道与所述采样同步模块的输入端相连，用于对电动机供电侧的三相电流进行采样，并通过模拟信号通道将电动机供电侧的三相电流采样数据传输至所述采样同步模块；
所述采样同步模块输入端还与所述通信处理模块的输出端相连，用于将所述通信处理模块接收到的电动机中性点侧的三相电流采样数据、和变频器出线侧的三相电流采样数据传输至采样同步模块；
所述采样同步模块对电动机中性点侧的三相电流采样数据、变频器出线侧的三相电流采样数据、以及电动机供电侧的三相电流采样数据进行同步处理；
所述采样同步模块的输出端与保护计算模块相连，将处理后的数据传输至保护计算模块，在所述保护计算模块进行变频电动机保护计算与保护逻辑判别。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的变频电动机保护装置，其特征在于：保护计算模块中包括电动机差动保护模块和电动机后备保护模块。
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