CN108512484A

CN108512484A - 一种带抗晃电功能的电动机保护测控方法

Info

Publication number: CN108512484A
Application number: CN201810417542.7A
Authority: CN
Inventors: 郑郁
Original assignee: Nanjing Guodian Nanzi 710086 Automation Co Ltd
Current assignee: Nanjing Guodian Nanzi 710086 Automation Co Ltd
Priority date: 2018-05-04
Filing date: 2018-05-04
Publication date: 2018-09-07
Anticipated expiration: 2038-05-04
Also published as: CN108512484B

Abstract

本发明公开了一种带抗晃电功能的电动机保护测控方法，包括以下步骤：(1)通过交流接触器线圈控制回路实现正常运行时对用电设备的启停控制、故障时立刻跳开故障设备和发生晃电时对电动机组的依次启动；(2)根据保护装置的最大消耗功率与实际需要的放电时间确定超级电容的能量；(3)确定所述超级电容的充放电回路；(4)确定大迟滞电压比较检测回路；(5)确定失压重起动逻辑回路。本发明实现了用电设备的抗晃电功能，在发生晃电时，用电设备在电压恢复后能立刻或经过预设定的短延时恢复供电，从而保证用电设备能连续工作。

Description

一种带抗晃电功能的电动机保护测控方法

技术领域

本发明属于电动机保护测控技术领域，具体涉及一种带抗晃电功能的电动机保护测控方法。

背景技术

工业生产中，一般将电动机保护测控装置(简称保护装置)和交流接触器配合使用实现对用电设备(如电动机)的保护与控制，保护装置输出跳闸和合闸接点接到交流接触器的线圈上，正常时可以在就地(操作按钮接到保护装置的开入量)或远方(通过保护装置的数字通讯口)实现对用电设备启动和停车的操作，发生故障时保护装置会及时跳开交流接触器来保证用电设备不被烧坏。晃电是指因雷击、瞬间短路事故或误操作等原因造成的电网电压瞬时波动乃至瞬时失压的电气故障现象，晃电会导致交流接触器线圈的供电电压和保护装置的工作电源电压瞬时降低。一般情况下，失压时间只要大于60毫秒、电压值低于70％额定电压值，交流接触器铁芯会因交流接触器线圈电压的降低而动作跳闸，交流接触器的主触点随即分闸，用电设备停车。同时保护装置也因为母线电压降低而停止工作。

名词解释

迟滞电压比较回路：具有迟滞回环特性的比较器回路。

目前代表性的抗晃电技术有两种：一是研制带有抗晃电功能的交流接触器。中国发明专利申请的“抗晃电智能交流接触器”(申请号CN200810072005，公开号CN101393819)公开了ー种抗晃电交流接触器，包括大功率整流电路，采样电路，检测电路，大功率开关管，光耦隔离器，储能器，反激式拓扑电路，高频变压器，单片机系统，通信模块，光耦合器件的电源及接触器本体，利用高压起动回路完成启动，利用连接到储能器的失压保持回路完成接触器线圈在晃电状态维持吸合。二是给交流接触器线圈提供UPS不间断控制电源，发生晃电时由UPS给用电设备持续供电。三是保护装置用磁保持继电器实现对交流接触器回路的控制。合闸接点一直闭合，母线失压再恢复后用电设备立刻工作。

第一种发明的抗晃电交流接触器虽然具有在晃电事故发生时自保持、不发生晃电事故时正常分断的功能，但由于储能器会延长跳闸动作时间，当电机等用电设备自身发生短路事故，需要交流接触器快速跳闸时，往往会因储能器和失压保持回路的存在而无法及时动作。此外这种方法还有电路结构复杂，动作可靠性相对较低，维修困难的缺点。第二种方法同样也包含了储能电路，也会增加控制系统的反应时间，并且实际施工时需要增加大量的电缆用于连接UPS不间断电源和数量众多的用电设备，大大增加了项目成本及故障概率。ー个大中型企业的110KV等级电网管控的电机等用电设备数量高达数千台乃至上万台，短路故障产生的巨大的短路电流不但会给电机等用电设备本身造成致命的损害，也会给电网及供电设备产生严重影响。当电网中某一回路发生短路事故时，如果带有储能器的抗晃电交流接触器的不能快速跳闸，造成的整个电网电压瞬间降低，短路故障进ー步扩大为电网晃电故障，导致同一电网中众多的电机等用电设备同时集体“罢工”，给企业生产带来严重的影响。第三种用磁保持继电器维持用电设备的供电，由于磁保持继电器的接点容量有限，一般不超过10A，不能承受超过10A负载电流的用电设备，且在晃电后不能实现成组电动机的依次启动。

现有技术中，在发生晃电时交流接触器的线圈和保护装置会掉电，交流接触器的主触头和常开辅助接点会断开，即使母线电压再恢复了由于交流接触器线圈的合闸回路处在断开状态使得交流接触器线圈无法再上电，从而用电设备会停机，必须由人工将交流接触器合上，严重影响企事业单位的安全生产。即使使用了带储能元件的交流接触器或UPS电源，也因为跳闸有延时而有烧坏用电设备的风险。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种可以保证用电设备连续工作、安全可靠的带抗晃电功能的电动机保护测控方法。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

本发明的一种带抗晃电功能的电动机保护测控方法，包括以下步骤：

(1)通过交流接触器线圈控制回路实现正常运行时对用电设备的启停控制、故障时立刻跳开故障设备和发生晃电时对电动机组的依次启动；

(2)根据保护装置的最大消耗功率与实际需要的放电时间确定超级电容的能量；

(3)确定所述超级电容的充放电回路；

(4)在所述超级电容输出电压大于设定高电压时，通过大迟滞电压比较检测回路输出高电平来使能保护装置电源芯片的输出，在小于设定低电压时，输出低电平来失能保护装置电源芯片的输出；

(5)通过保护装置的CPU实时检测母线电压的电压值和接触器的位置状态，当电压值大于母线有压定值且接触器在合位，条件持续满足1秒后失压重起动逻辑功能充电成功，失压重起动逻辑进入工作状态，工作标志位置位；当有DCS跳闸或遥控跳闸或面板跳闸操作时，失压重起动逻辑功能立刻放电，失压重起动逻辑退出工作状态，工作标志位和所有的动作标志位清零；充电成功后，当母线电压值低于失压重启低压定值时，CPU认为母线失压，记下失压时刻，母线失压动作的标志位置位，当母线电压再恢复到失压重启恢复定值时，记下恢复时刻，母线恢复动作的标志位置位，CPU计算失压时间，即失压时间＝恢复时刻-失压时刻，若失压时间小于或等于立即重启有效时间定值，则保护装置立刻发出合闸指令，若失压时间大于立即重启有效时间定值但小于或等于延时重启有效时间定值，则保护装置经过延时重启延时时间后发出合闸指令，若失压时间大于延时重启有效时间的定值，则保护装置不会发出合闸指令。

步骤(1)中，所述交流接触器线圈控制回路包括保护装置的常开合闸输出接点、交流接触器的常开辅助接点、保护装置的常闭跳闸输出接点和交流接触器的线圈；所述常开合闸输出接点与常开辅助接点并联后再与常闭跳闸输出接点串联，再接到所述线圈；所述常开合闸输出接点闭合后线圈得电，交流接触器的主触头和常开辅助接点闭合，所述常开合闸输出接点断开后由所述常开辅助接点维持给线圈供电；若要跳闸，则所述常闭跳闸输出接点断开，所述线圈则放电，所述交流接触器的主触头和常开辅助接点断开；发生晃电时，所述线圈失电，所述线圈的合闸回路与母线电压线断开，母线电压恢复后，所述常开合闸输出接点闭合将交流接触器再次上电。

步骤(2)中，所述超级电容的能量计算公式为w＝0.5CU²，单位为焦耳，保护装置5V电源消耗电流为1A，即消耗功率为P＝5V*1A＝5W，若要放电时间达到t＝60S，因为W＝P*t，则超级电容值选为C＝5V*1A*60S/(0.5*5²)＝24F，即选取5.4V30F的超级电容；在晃电发生时工作电源掉电后保护装置由超级电容提供电能继续工作，依然能正确的测量电压电流进行正常的逻辑判断。

步骤(3)中，所述充放电回路的确定方法如下：

所述超级电容C与限流电阻串联R后，并联在保护装置电源的两端；

充电时间确定在15分钟以内，时间常数τ＝R*C，5τ的时间将超级电容电量充满；则R＝3*60S/30F＝6Ω；充电电流计算公式为I＝(E/R)*e^(-t/RC)＝(5/6)*e^(-t/180)，其中，t表示时间，充电电流最大时为0.83A。

步骤(4)中，所述设定高电压为4.7V，所述设定低电压为3.7V。

步骤(4)中，所述大迟滞电压比较检测回路集成了两个独立的电压检测器，并通过外部电阻分压器对VCC进行监控，包括比较器、第一分压电阻R1、第二分压电阻R2、第三分压电阻R3和上拉电阻R4；所述比较器的Rstsense端与信号输出端OUT相连接，所述比较器的Vdd端与VCC相连接；所述第一分压电阻R1的一端与比较器的Vdd端相连接，另一端与比较器的Lsense端相连接；所述第二分压电阻R2的一端与Lsense端相连接，另一端与比较器的Hsense端相连接；所述第三分压电阻R3的一端与Hsense端相连接，另一端接地，所述上拉电阻R4一端与Vdd端相连接，另一端与信号输出端OUT相连接。

在VCC上电过程中，若VCC低于阈值电压(3.0V)，Rstsense端输出低电平，当Lsense输入端的电压低于内部参考电压时，Rstsense输出低电平，当Hsense输入端的电压高于内部参考电压时，Rstsense输出高电平；内部参考电压Vref为1.207V，按公式计算V_HSENSE和V_LSENSE电压，V_LSENSE＝Vref*(R1+R2+R3)/(R2+R3),V_HSENSE＝Vref*(R1+R2+R3)/R3,且R1+R2+R3必须等于1M欧姆，VCC＝5V，设定V_LSENSE＝3.7V，V_HSENSE＝4.7V，则V_HSENSE＝4.7V＝1.207*(1M欧姆/R3)，得出R3＝257K欧姆；V_LSENSE＝3.7V＝1.207*(1M欧姆/(R2+R3))，得出R2＝69K欧姆，再得出R1＝674K欧姆。

步骤(5)中，所述失压重启低压定值为额定电压的70％，所述失压重启恢复定值为额定电压的80％。

本发明实现了用电设备的抗晃电功能，在发生晃电时，用电设备在电压恢复后能立刻或经过预设定的短延时恢复供电，从而保证用电设备能连续工作。与传统电容器相比，超级电容器具有充电速度快、容量大、使用寿命长、工作温度范围宽等优点，与蓄电池相比，具有高比功率、充放电速度快、环境友好等优点。

附图说明

图1为交流接触器控制回路；

图2为超级电容的充放电回路；

图3为大迟滞电压比较检测回路；

图4为失压重起动逻辑回路。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

(3)确定所述超级电容的充放电回路；

(4)在所述超级电容输出电压大于4.7V时，通过大迟滞电压比较检测回路输出高电平来使能保护装置电源芯片的输出，在小于3.7V时，输出低电平来失能保护装置电源芯片的输出；

(5)确定失压重起动逻辑回路的充电条件为母线有压且交流接触器在合闸位置，放电条件为有DCS跳闸或遥控跳闸或面板跳闸操作，动作逻辑为CPU实时判断三相电压值；若电压值低于失压重启低压定值，CPU记下失压时刻，等到电压重新上升到失压重启恢复定值时，CPU计算失压时间，若所述失压时间在立即重启有效时间内，所述保护装置立刻发出合闸指令，使所述交流接触器合闸，若所述失压时间在延时重启有效时间内，所述保护装置经过延时重启延时时间后发出合闸指令，从而在晃电后电动机组能依次启动。

参见图1，交流接触器线圈的控制回路一般是用保护装置的常开合闸输出接点与交流接触器的常开辅助接点并联后再与保护装置的常闭跳闸输出接点串联，再接到交流接触器的线圈，合闸输出接点闭合后线圈得电，交流接触器的主触头和常开辅助接点闭合，合闸输出接点断开后由常开辅助接点维持给线圈供电，若要跳闸，则常闭跳闸输出接点断开，线圈则放电，交流接触器主触头和常开辅助接点断开。因此发生晃电时交流接触器线圈失电，线圈的合闸回路与母线电压线断开，等母线电压恢复后保护装置合闸接点闭合将交流接触器再次上电。,

电容能量计算公式为w＝0.5CU²，单位为焦耳，而保护装置5V电源消耗电流为1A，即消耗功率为P＝5V*1A＝5W，若要放电时间达到t＝60S，因为W＝P*t，则电容值选为C＝5V*1A*60S/(0.5*5²)＝24F，实际可以选取5.4V30F的超级电容。在晃电发生时工作电源掉电后保护装置由超级电容提供电能继续工作，依然能正确的测量电压电流进行正常的逻辑判断功能。

参见图2，考虑充电时间在15分钟以内，充电时间太长会导致该功能实用性不强。时间常数τ＝R*C，一般考虑5τ的时间将电容电量充满。则R＝3*60S/30F＝6Ω。充电电流计算公式为I＝(E/R)*e^(-t/RC)＝(5/6)*e^(-t/180)，充电电流最大时为0.83A。

参见图3，当电容在放电时电压持续降低，若低于保护装置CPU的最低工作电压，则CPU停机，超级电容负载减轻，超级电容由于负载减轻导致电压升高约0.3V，CPU重新运行，超级电容电压又降低，然后CPU又停机，超级电容电压又升高，一直到超级电容电量消耗到不能支持CPU工作为止，保护装置会复位很多次，严重影响系统工作。设计超级电容输出电压在大于4.7V时检测回路输出高电平来使能保护装置电源芯片的输出，在小于3.7V时输出低电平来失能保护装置电源芯片的输出，在超级电容放电时电容电压降低到3.7V以下时CPU停机，即使电容电压再上升到4.0V，但由于没有升到4.7V，检测回路依然输出低电平，保护装置电源芯片无法输出，CPU不会复位，必须等到母线电压恢复后电容电压升到大于4.7V时CPU才能重新工作。

参见图4，保护装置的CPU实时检测母线电压的电压值和接触器的位置状态，电压值大于“母线有压定值”且接触器在合位，条件持续满足1秒后失压重起动逻辑功能充电成功，失压重起动逻辑进入工作状态，工作标志位置位；当有DCS跳闸或遥控跳闸或面板跳闸操作时，失压重起动逻辑功能立刻放电，失压重起动逻辑退出工作状态，工作标志位和所有的动作标志位清零。充电成功后，当母线电压值低于“失压重启低压定值”(一般为额定电压的70％)时，CPU认为母线失压，记下失压时刻，母线失压动作的标志位置位，当母线电压再恢复到“失压重启恢复定值”(一般为额定电压的80％)时，记下恢复时刻，母线恢复动作的标志位置位，CPU计算失压时间，即失压时间＝恢复时刻-失压时刻，若失压时间小于或等于“立即重启有效时间”定值，则保护装置立刻发出合闸指令，若失压时间大于“立即重启有效时间”定值但小于或等于“延时重启有效时间”定值，则保护装置经过定值“延时重启延时时间”后发出合闸指令，若失压时间大于“延时重启有效时间”定值，则保护装置不会发出合闸指令。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种带抗晃电功能的电动机保护测控方法，其特征在于，包括以下步骤：

(3)确定所述超级电容的充放电回路；

(5)通过所述保护装置的CPU实时检测母线电压的电压值和接触器的位置状态，当电压值大于母线有压定值且接触器在合位，条件持续满足1秒后失压重起动逻辑功能充电成功，失压重起动逻辑进入工作状态，工作标志位置位；当有DCS跳闸或遥控跳闸或面板跳闸操作时，失压重起动逻辑功能立刻放电，失压重起动逻辑退出工作状态，工作标志位和所有的动作标志位清零；充电成功后，当母线电压值低于失压重启低压定值时，CPU认为母线失压，记下失压时刻，母线失压动作的标志位置位，当母线电压再恢复到失压重启恢复定值时，记下恢复时刻，母线恢复动作的标志位置位，CPU计算失压时间，即失压时间＝恢复时刻-失压时刻，若失压时间小于或等于立即重启有效时间定值，则保护装置立刻发出合闸指令，若失压时间大于立即重启有效时间定值但小于或等于延时重启有效时间定值，则保护装置经过延时重启延时时间后发出合闸指令，若失压时间大于延时重启有效时间的定值，则保护装置不会发出合闸指令。

2.根据权利要求1所述的带抗晃电功能的电动机保护测控方法，其特征在于，步骤(1)中，所述交流接触器线圈控制回路包括保护装置的常开合闸输出接点、交流接触器的常开辅助接点、保护装置的常闭跳闸输出接点和交流接触器的线圈；所述常开合闸输出接点与常开辅助接点并联后再与常闭跳闸输出接点串联，再接到所述线圈；所述常开合闸输出接点闭合后线圈得电，交流接触器的主触头和常开辅助接点闭合，所述常开合闸输出接点断开后由所述常开辅助接点维持给线圈供电；若要跳闸，则所述常闭跳闸输出接点断开，所述线圈则放电，所述交流接触器的主触头和常开辅助接点断开；发生晃电时，所述线圈失电，所述线圈的合闸回路与母线电压线断开，母线电压恢复后，所述常开合闸输出接点闭合将交流接触器再次上电。

3.根据权利要求1所述的带抗晃电功能的电动机保护测控方法，其特征在于，步骤(2)中，所述超级电容的能量计算公式为w＝0.5CU²，单位为焦耳，保护装置5V电源消耗电流为1A，即消耗功率为P＝5V*1A＝5W，若要放电时间达到t＝60S，因为W＝P*t，则超级电容值选为C＝5V*1A*60S/(0.5*5²)＝24F，即选取5.4V30F的超级电容；在晃电发生时工作电源掉电后保护装置由超级电容提供电能继续工作，依然能正确的测量电压电流进行正常的逻辑判断。

4.根据权利要求1所述的带抗晃电功能的电动机保护测控方法，其特征在于，步骤(3)中，所述充放电回路的确定方法如下：

5.根据权利要求1所述的带抗晃电功能的电动机保护测控方法，其特征在于，步骤(4)中，所述设定高电压为4.7V，所述设定低电压为3.7V。

6.根据权利要求1所述的带抗晃电功能的电动机保护测控方法，其特征在于，步骤(4)中，所述大迟滞电压比较检测回路集成了两个独立的电压检测器，并通过外部电阻分压器对VCC进行监控，包括比较器、第一分压电阻R1、第二分压电阻R2、第三分压电阻R3和上拉电阻R4；所述比较器的Rstsense端与信号输出端OUT相连接，所述比较器的Vdd端与VCC相连接；所述第一分压电阻R1的一端与比较器的Vdd端相连接，另一端与比较器的Lsense端相连接；所述第二分压电阻R2的一端与Lsense端相连接，另一端与比较器的Hsense端相连接；所述第三分压电阻R3的一端与Hsense端相连接，另一端接地，所述上拉电阻R4一端与Vdd端相连接，另一端与信号输出端OUT相连接。

7.根据权利要求6所述的带抗晃电功能的电动机保护测控方法，其特征在于，在VCC上电过程中，若VCC低于阈值电压，Rstsense端输出低电平，当Lsense输入端的电压低于内部参考电压时，Rstsense输出低电平，当Hsense输入端的电压高于内部参考电压时，Rstsense输出高电平；内部参考电压Vref为1.207V，按公式计算V_HSENSE和V_LSENSE电压，V_LSENSE＝Vref*(R1+R2+R3)/(R2+R3),V_HSENSE＝Vref*(R1+R2+R3)/R3,且R1+R2+R3必须等于1M欧姆，VCC＝5V，设定V_LSENSE＝3.7V，V_HSENSE＝4.7V，则V_HSENSE＝4.7V＝1.207*(1M欧姆/R3)，得出R3＝257K欧姆；V_LSENSE＝3.7V＝1.207*(1M欧姆/(R2+R3))，得出R2＝69K欧姆，再得出R1＝674K欧姆。

8.根据权利要求1所述的带抗晃电功能的电动机保护测控方法，其特征在于，步骤(5)中，所述失压重启低压定值为额定电压的70％，所述失压重启恢复定值为额定电压的80％。