CN113671250A - 一种防短路高压隔离开关驱动电机功率准确辨识检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种防短路高压隔离开关驱动电机功率准确辨识检测系统，属于高压隔离开关检测技术领域。该系统包括处理器、第一电压传感器、第二电压传感器、防短路模块、电阻R1、电阻R2、保险丝、第一端子和第二端子；所述的防短路模块包括第一电源BT1、第二电源BT2、三极管Q1、A接口、B接口、C接口；本发明实现了在高压隔离开关运行过程中识别驱动所使用的三相异步电机转动过程中电感的变化，进而更准确的辨识驱动电机的输出功率。进一步通过防短路模块，实现在电机未动做阶段探测并排除电压接线短路故障，以确保功率探测设备对高压隔离开关机构箱的安全稳定运行不产生潜在隐患，易于推广应用。

Description

一种防短路高压隔离开关驱动电机功率准确辨识检测系统

技术领域

本发明属于高压隔离开关检测技术领域，具体涉及一种防短路高压隔离开关驱动电机功率准确辨识检测系统。

背景技术

高压隔离开关是电力系统中关键的开关设备，其用量大，起到隔离电压保证检修人员安全的重要作用，所以应工业实际需求高压隔离开关机械状态监测与故障检测装置被大量的加装于在运的隔离开关机构箱中。其中采用对高压隔离开关驱动电机输出功率的检测进而分析机械状态与故障的方式有较好的效果。但是在机构箱内加装电机输出功率检测装置会给机构箱带来因检测装置短路而引起的拒动风险。其原因在于，一旦功率检测装置的电压探头在检测装置端短路。将导致电机驱动电源短路。一旦发生探测装置短路故障，将产生两种可能的后果：其一是因电机电源短路而造成的电机无法正常运行，发生隔离开关分闸失败故障；其二是因电源短路造成上一级空开跳闸，进而引起操动机构箱失电。

进一步在探测电机功率时，一般的操作机构箱驱动电机回路上都串有电阻。由于三相异步机转动的过程中，其电感会发生变化，进而导致电机两端的分压发生变化。在所串电阻阻值未知的情况下，由于外接的功率探测装置电压传感器并不能保证直接接到电机电源线两端，更多数情况下是测量电机与其所串电阻的共同电压，一旦电机电感发生变化，则不能准确的获取电机电源两端的实时电压，进而不能获得准确的功率，对高压隔离开关故障诊断产生不利影响。因此如何克服现有技术的不足是目前涂料技术领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种防短路高压隔离开关驱动电机功率准确辨识检测系统，通过内接电源的防短路模块以及串连电阻，双电压传感器电压采集模式，实现对机构箱的短路保护以及对驱动电机输出功率的准确测量。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种防短路高压隔离开关驱动电机功率准确辨识检测系统，包括：处理器、第一电压传感器、第二电压传感器、防短路模块、电阻R1、电阻R2、保险丝、第一端子和第二端子；

处理器分别与第一电压传感器、第二电压传感器、防短路模块相连；

第一电压传感器分别与防短路模块的B接口、电阻R2的一端相连；

第二电压传感器分别与电阻R2的一端、电阻R1的一端相连；

防短路模块的A接口也与电阻R2的一端相连；

防短路模块的B接口与保险丝的一端相连，防短路模块的C接口与保险丝的另一端相连；

保险丝的另一端还与第二端子相连；

电阻R2的另一端与电阻R1的一端相连；

电阻R1的另一端与第一端子相连。

进一步，优选的是，所述的防短路模块包括第一电源BT1、第二电源BT2、三极管Q1、A接口、B接口、C接口；

第二电源BT2的负极与防短路模块的A接口相连；第二电源BT2的正极与三极管Q1的基极相连；三极管Q1的发射极与防短路模块的B接口相连；

三极管Q1的集电极与第一电源BT1的正极相连；第一电源BT1的负极与防短路模块的C接口相连。

进一步，优选的是，第一端子和第二端子通过高压隔离开关机构箱端子接口，连接至驱动电机供电线路两端。

本发明同时提供一种防短路高压隔离开关驱动电机功率准确辨识检测方法，采用上述防短路高压隔离开关驱动电机功率准确辨识检测系统，包括如下步骤：

将第一端子和第二端子通过高压隔离开关机构箱端子接口，连接至驱动电机供电线路两端；采集两个时刻的数据，得到电机转动时的实时电感变化情况，从而获得驱动电机功率。

进一步，优选的是，将第一端子和第二端子通过高压隔离开关机构箱端子接口，连接至阻值未知的电阻与驱动电机的两端；设阻值未知的电阻为Rin；第一电压传感器测量的是R1、R2、阻值未知的电阻Rin以及电机四个部分的电压U，第二电压传感器测量的是R2的分压U1，已知电机电流I，根据公式（1）进行计算：

，式（1）；

通过采集两个时刻的数据，得到电机转动时的实时电感变化情况，从而获得驱动电机功率。

本发明通过检测信号线串并联电阻的连接方式，提供更多的计算自由度，以实现在高压隔离开关运行过程中识别驱动所使用的三相异步电机转动过程中电感的变化。进而更准确的辨识驱动电机的输出功率。进一步通过三极管为核心的带电源保护电路，实现在电机未动做阶段探测并排除电压接线短路故障，以确保功率探测设备对高压隔离开关机构箱的安全稳定运行不产生潜在隐患。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

本发明通过设计一种内含双电源与三极管的防短路模块，实现机构箱外加测量模块的短路预防措施，同时通过串联电阻的方式，使得处理器可以准确的获取电机电感的变化情况；

本发明采用双电压传感器电压采集模式，实现对机构箱的短路保护以及对驱动电机输出功率的准确测量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为防短路高压隔离开关驱动电机功率准确辨识检测系统结构图。

图2为防短路模块内部结构图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术、连接关系或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术、连接关系、条件或者按照产品说明书进行。所用材料、仪器或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”到另一元件时，它可以直接连接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”可以包括无线连接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“内”、“上”、“下”等指示的方位或状态关系为基于附图所示的方位或状态关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“设有”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

如图1和图2所示，一种防短路高压隔离开关驱动电机功率准确辨识检测系统，包括：处理器、第一电压传感器、第二电压传感器、防短路模块、电阻R1、电阻R2、保险丝、第一端子和第二端子；

处理器分别与第一电压传感器、第二电压传感器、防短路模块相连；

第一电压传感器分别与防短路模块的B接口、电阻R2的一端相连；

第二电压传感器分别与电阻R2的一端、电阻R1的一端相连；

防短路模块的A接口也与电阻R2的一端相连；

防短路模块的B接口与保险丝的一端相连，防短路模块的C接口与保险丝的另一端相连；

保险丝的另一端还与第二端子相连；

电阻R2的另一端与电阻R1的一端相连；

电阻R1的另一端与第一端子相连。

进一步，优选的是，所述的防短路模块包括第一电源BT1、第二电源BT2、三极管Q1、A接口、B接口、C接口；

第二电源BT2的负极与防短路模块的A接口相连；第二电源BT2的正极与三极管Q1的基极相连；三极管Q1的发射极与防短路模块的B接口相连；

三极管Q1的集电极与第一电源BT1的正极相连；第一电源BT1的负极与防短路模块的C接口相连。

进一步，优选的是，第一端子和第二端子通过高压隔离开关机构箱端子接口，连接至驱动电机供电线路两端。

本发明同时提供一种防短路高压隔离开关驱动电机功率准确辨识检测方法，采用上述防短路高压隔离开关驱动电机功率准确辨识检测系统，包括如下步骤：

将第一端子和第二端子通过高压隔离开关机构箱端子接口，连接至驱动电机供电线路两端；采集两个时刻的数据，得到电机转动时的实时电感变化情况，从而获得驱动电机功率。

如果将第一端子和第二端子通过高压隔离开关机构箱端子接口，连接至阻值未知的电阻与驱动电机的两端；设阻值未知的电阻为Rin；第一电压传感器测量的是R1、R2、阻值未知的电阻Rin以及电机四个部分的电压U，第二电压传感器测量的是R2的分压U1，已知电机电流I，根据公式（1）进行计算：

，式（1）；

通过采集两个时刻的数据，得到电机转动时的实时电感变化情况，从而获得驱动电机功率。

本发明采用两组电压传感器，同时测量端子电压与电阻分压。

防短路模块三点出线，内部为三极管配合双电源结构，外部为易熔断保险丝，保险丝两端分别接入内部三极管发射极与电源BT1负极。

处理器内部可根据第一电压传感器与第二电压传感器的电压差值，结合已知第一端子与第二端子之间的内部电阻阻值，计算第一端子与第二端子之间的电机电感数值。

防短路模块连接后，在无短路发生的情况下，由防短路模块内部结构决定，防短路模块各输出口之间（除BC外）为断路状态。

图1中A、B两点下方电路，因出现短路故障致使保险丝熔断之前，由防短路模块内部结构决定，防短路模块B、C口之间为断路状态。

对于短路防护措施：

图1中第一端子与第二端子通过高压隔离开关机构箱端子接口，连接至驱动电机供电线路两端。

电路保护装置通过图1所示A、B、C三点连接至第一端子与第二端子的电压测量线路，其目的在于防止图1下方部分，即机构箱外接功率测量回路中的短路，引起的第一端子与第二端子短路。

当功率测量仪器正常时，由图2所示，短路保护模块的A、B两点处于断路状态，且两点之间无电位差，三极管处于关断状态，进而B、C两点亦处于断路状态。短路保护模块对外电路无影响。（A、B在两个线上，不短路A、B不通的情况下，三极管门射极无压差，不导通，则集射极不通，B、C当然断路，全是断路，相当于没接，对外电路当然没影响）

当功率测量仪器内部发生短路，指示电压测量线短路时，A、B两点短接，在三极管集电极和发射极之间形成电位差，A、B连接点所用电源电压应大于三极管导通阈值电压，此时三极管导通，B、C两点通过外部保险丝短路，电流使保险丝熔断。第一端子与第二端子恢复断路。

因高压隔离开关驱动电机仅在动作时通电，所以本短路保护模块可以在短路故障发生至电机通电前的时间间隔内，切除因功率测量装置短路造成的潜在风险。

对于电机电感参数的获取：

因外接功率测量电路的电压测量点，并不是总能选取到电机两端，多数情况下，外接第一端子与第二端子之间的结构是一个阻值未知的电阻与电机，电阻是高压隔离开关生产厂家预装在电机前以达到限制启动电流的目的。

当外接功率测量模块的电压测量装置，同时测量限流电阻与电机电压时，在未知限流电阻阻值的前提下，依然不能准确计算电机输出功率，起原因在于电机运行时，其电感随转速变化，变化量因采用的电机型号而异。

因此本发明，提出外接电阻R1、R2的方式，测量电压，进而推导电机电感，其原理在于，第一电压传感器测量的是R1、R2、内部电阻（Rin/未知）以及电机四个部分的电压U，第二电压传感器测量的是R2的分压U1，另外已知电机电流I，这样根据公式：

只需要两个时刻的采集数据就可以测知电机转动时的实时电感变化情况，从而获得驱动电机功率。

以上显示和描述了本发明的基本原理、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 (5)

1.一种防短路高压隔离开关驱动电机功率准确辨识检测系统，其特征在于，包括：处理器、第一电压传感器、第二电压传感器、防短路模块、电阻R1、电阻R2、保险丝、第一端子和第二端子；

处理器分别与第一电压传感器、第二电压传感器、防短路模块相连；

第一电压传感器分别与防短路模块的B接口、电阻R2的一端相连；

第二电压传感器分别与电阻R2的一端、电阻R1的一端相连；

防短路模块的A接口也与电阻R2的一端相连；

防短路模块的B接口与保险丝的一端相连，防短路模块的C接口与保险丝的另一端相连；

保险丝的另一端还与第二端子相连；

电阻R2的另一端与电阻R1的一端相连；

电阻R1的另一端与第一端子相连。

2.根据权利要求1所述的防短路高压隔离开关驱动电机功率准确辨识检测系统，其特征在于，所述的防短路模块包括第一电源BT1、第二电源BT2、三极管Q1、A接口、B接口、C接口；

第二电源BT2的负极与防短路模块的A接口相连；第二电源BT2的正极与三极管Q1的基极相连；三极管Q1的发射极与防短路模块的B接口相连；

三极管Q1的集电极与第一电源BT1的正极相连；第一电源BT1的负极与防短路模块的C接口相连。

3.根据权利要求1所述的防短路高压隔离开关驱动电机功率准确辨识检测系统，其特征在于，第一端子和第二端子通过高压隔离开关机构箱端子接口，连接至驱动电机供电线路两端。

4.一种防短路高压隔离开关驱动电机功率准确辨识检测方法，采用权利要求1~3所述的防短路高压隔离开关驱动电机功率准确辨识检测系统，其特征在于，包括如下步骤：

将第一端子和第二端子通过高压隔离开关机构箱端子接口，连接至驱动电机供电线路两端；采集两个时刻的数据，得到电机转动时的实时电感变化情况，从而获得驱动电机功率。

5.根据权利要求4所述的防短路高压隔离开关驱动电机功率准确辨识检测方法，其特征在于，将第一端子和第二端子通过高压隔离开关机构箱端子接口，连接至阻值未知的电阻与驱动电机的两端；设阻值未知的电阻为Rin；第一电压传感器测量的是R1、R2、阻值未知的电阻Rin以及电机四个部分的电压U，第二电压传感器测量的是R2的分压U1，已知电机电流I，根据公式（1）进行计算：

，式（1）；

通过采集两个时刻的数据，得到电机转动时的实时电感变化情况，从而获得驱动电机功率。

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