CN205565691U - 一种用于高压变频系统电动机的综合保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于高压变频系统电动机的综合保护装置，包括三个工频电流互感器、六个变频电流互感器、三个电压互感器、低通滤波电路、AD采样电路、PowerPC微处理器、第一存储电路、第二存储电路、串口及以太网通信接口电路、人机接口电路、开关量输入电路和开关量输出电路，三个工频电流互感器采用定频采样方式，用于采集变频器进线侧三相电流；六个变频电流互感器采用变频采样方式，其中三个用于采集变频器输出端三相电流，另外三个用于采集电动机中性点处三相电流；三个电压互感器，用于采集母线三相电压。本实用新型能够自动适应电动机全工况运行状态下差动、速断及后备保护的采样数据要求，实现变频电动机保护配置的优化，具有良好的应用前景。

Description

一种用于高压变频系统电动机的综合保护装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于高压变频系统电动机的综合保护装置，属于继电保护术领域。

背景技术

变频调速以其优异的调速、起动和制动性能，在工程中得到越来越多的应用。若对发电厂机组进行高压变频技术改造，将其调节方式从机械节流改为变频调速，能够有效降低厂用电率，提高系统电机效率。

随着变频调速理论和制造工艺的发展，也使得变频电动机的运行可靠性得到了很大的提高。但是，不论何种形式的变频器，在运行中均产生不同程度的谐波电压和电流，使电动机在非正弦电压、电流下运行，相应地带来了谐波以及发热等问题。

在以往的高压变频调速系统，继电保护主要针对的是高压变频调速系统中电力电子器件的保护，对于电动机的保护功能相对薄弱。在变频运行时采取了一定的临时措施，即当运行于变频方式时，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。但是根据国家继电保护规程的规定，2MW及以上的电动机均应设差动保护，2MW以下且速断保护灵敏度较低的电动机保护也应装设差动保护。因此在电动机运行于变频方式时，取消差动保护对于高压变频系统显然是不合适的，是当前需要解决的问题。

实用新型内容

本实用新型目的是为了克服现有的高压变频系统，当运行于变频方式时，为了避免电动机差动保护出现误动，将对应的差动保护装置退出运行，不符合国家继电保护规程的规定的问题。

为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种用于高压变频系统电动机的综合保护装置，其特征在于：包括三个工频电流互感器、六个变频电流互感器、三个电压互感器、低通滤波电路、AD采样电路、PowerPC微处理器、第一存储电路、第二存储电路、电源电路、串口及以太网通信接口电路、人机接口电路、开关量输入电路和开关量输出电路，

所述三个工频电流互感器采用定频采样方式，用于采集变频器进线侧三相电流；所述六个变频电流互感器采用变频采样方式，其中三个用于采集变频器输出端三相电流，另外三个用于采集电动机中性点处三相电流；所述三个电压互感器，用于采集母线三相电压。

所述三个工频电流互感器、六个变频电流互感器、三个电压互感器通过低通滤波电路与AD采样电路的输入端相连接，所述AD采样电路的输出端与PowerPC微处理器的数据采集端相连接，所述PowerPC微处理器还分别与第一存储电路、第二存储电路、串口及以太网通信接口电路、人机接口电路、开关量输入电路和开关量输出电路相连接。

前述的用于高压变频系统电动机的综合保护装置，其特征在于：所述人机接口电路包括LCD显示屏和输入按键。

前述的用于高压变频系统电动机的综合保护装置，其特征在于：所述串口及以太网通信接口电路包括RS485串口通信电路、RS232串口通信电路和以太网通信电路。

前述的用于高压变频系统电动机的综合保护装置，其特征在于：所述电源电路用于给低通滤波电路、AD采样电路、PowerPC微处理器、第一存储电路、第二存储电路、串口及以太网通信接口电路、人机接口电路、开关量输入电路和开关量输出电路提供工作电压。

前述的用于高压变频系统电动机的综合保护装置，其特征在于：所述开关量输入电路包括第一光耦隔离电路、第一接口转换电路，所述第一光耦隔离电路的输入端外接外部开入量，所述第一光耦隔离电路的输出端通过第一接口转换电路与PowerPC微处理器相连接。

前述的用于高压变频系统电动机的综合保护装置，其特征在于：所述开关量输出电路包括第二光耦隔离电路、第二接口转换电路和出口继电器，所述PowerPC微处理器通过第二接口转换电路与第二光耦隔离电路的输入端相连接，所述第二光耦隔离电路的输出端与出口继电器相连接。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的用于高压变频系统电动机的综合保护装置，采用的变频电流传感器能在10Hz~60Hz频率范围内传输，避免变频运行时CT容易饱和而导致保护误动的问题，保护装置的CPU系统能够同时支持变频采样和定频采样，且不同采样方式之间相互独立，自动适应电动机全工况运行状态下差动、速断及后备保护的采样数据要求，实现变频电动机保护配置的优化，具有良好的应用前景。

附图说明

图1是本实用新型的用于高压变频系统电动机的综合保护装置的系统框图。

图2是本实用新型的一实施例的高压变频系统的电气接线图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图，对本实用新型做进一步说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

如图1所示，本实用新型的用于高压变频系统电动机的综合保护装置，包括三个工频电流互感器、六个变频电流互感器、三个电压互感器、低通滤波电路、AD采样电路、PowerPC微处理器、第一存储电路、第二存储电路、电源电路、串口及以太网通信接口电路、人机接口电路、开关量输入电路和开关量输出电路，

所述三个工频电流互感器采用定频采样方式，用于采集变频器进线侧三相电流；所述六个变频电流互感器采用变频采样方式，其中三个用于采集变频器输出端三相电流，另外三个用于采集电动机中性点处三相电流；所述三个电压互感器，用于采集母线三相电压。

所述三个工频电流互感器、六个变频电流互感器、三个电压互感器通过低通滤波电路与AD采样电路的输入端相连接，低通滤波电路能够滤除采集数据中的高次谐波，AD采样电路用于数字量化，所述AD采样电路的输出端与PowerPC微处理器的数据采集端相连接，所述PowerPC微处理器还分别与第一存储电路、第二存储电路、串口及以太网通信接口电路、人机接口电路、开关量输入电路和开关量输出电路相连接。

所述人机接口电路包括LCD显示屏和输入按键，所述第一存储电路用于存储采集到的数据信号，所述第二存储电路用于存储PowerPC微处理器烧录的程序。

所述串口及以太网通信接口电路包括RS485串口通信电路、RS232串口通信电路和以太网通信电路。

所述电源电路用于给低通滤波电路、AD采样电路、PowerPC微处理器、第一存储电路、第二存储电路、串口及以太网通信接口电路、人机接口电路、开关量输入电路和开关量输出电路提供工作电压。

所述开关量输入电路包括第一光耦隔离电路、第一接口转换电路，所述第一光耦隔离电路的输入端外接外部开入量，所述第一光耦隔离电路的输出端通过第一接口转换电路与PowerPC微处理器相连接。

所述开关量输出电路包括第二光耦隔离电路、第二接口转换电路和出口继电器，所述PowerPC微处理器通过第二接口转换电路与第二光耦隔离电路的输入端相连接，所述第二光耦隔离电路的输出端与出口继电器相连接。

所述PowerPC微处理器，接收到采集后的数据信号后，获取电动机的运行状态，实现工频和变频的定值以及保护逻辑切换，若电动机发生故障，则保护装置迅速发出跳闸命令，经过第二接口转换电路和第二光耦隔离电路驱动出口继电器，同时通过以太网或串口通信接口向后台发送事故报告，并通过人机接口电路显示事故报告。

本实用新型的用于高压变频系统电动机的综合保护装置，工作原理如下：

当工频运行时，变频电流传感器能在10Hz~60Hz频率范围内传输，避免变频运行时CT容易饱和而导致保护误动的问题，用变频电流互感器检测的电动机两侧电流构成电动机差动保护，根据工频电流互感器检测的变频器进线侧电流，结合电动机工频运行的特点，配置电流速断主保护以及过电流、过负荷保护、接地保护、非全相运行保护、过热保护、长起动、堵转保护、低电压、过电压保护、非电量保护等后备保护；

当变频运行时，变频电流传感器能在10Hz~60Hz频率范围内传输，避免变频运行时CT容易饱和而导致保护误动的问题，仍用变频电流互感器检测的电动机两侧电流构成电动机差动保护，同时根据变频电流互感器检测的变频器出线侧电流，结合电动机变频运行的特点，配置电流速断主保护以及过流保护、过负荷保护、接地保护、非全相运行保护、过热保护等后备保护，根据工频CT检测的变频器进线侧电流，结合移相变压器的特点，配置电流速断主保护以及过电流、过负荷保护、接地保护、非电量保护等后备保护。

下面介绍本实用新型的一具体实施例，高压变频系统电气接线图如图2所示。CT1检测变频器进线侧电流，CT2检测变频器输出端三相电流，CT3检测变频器输出端三相电流，PT检测母线三相电压。电动机差动保护由CT2和CT3的电流实现，采用采样值差动算法，可自适应工频和变频运行。保护通过采集隔刀的位置判别电动机的运行状态，切换保护定值区，投退保护逻辑。在工频运行时，GD3闭合，GD1、GD2断开，装置投入与电动机保护相关的保护，包括电流速断主保护以及过电流、过负荷保护、接地保护、非全相运行保护、过热保护、长起动、堵转保护、低电压、过电压保护、非电量保护等后备保护；在变频运行时，GD3断开，GD1、GD2闭合，装置投入与移相变压器相关的保护，包括电流速断主保护以及过电流、过负荷保护、接地保护、低电压保护、非电量保护等后备保护投入。此外，电动机变频运行时，根据CT2的电流设置电流速断主保护以及过流保护、过负荷保护、接地保护、非全相运行保护、过热保护等后备保护。

综上所述，本实用新型的用于高压变频系统电动机的综合保护装置，采用的变频电流传感器能在10Hz~60Hz频率范围内传输，避免变频运行时CT容易饱和而导致保护误动的问题，保护装置的CPU系统能够同时支持变频采样和定频采样，且不同采样方式之间相互独立，自动适应电动机全工况运行状态下差动、速断及后备保护的采样数据要求，实现变频电动机保护配置的优化，具有良好的应用前景。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型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实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型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实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种用于高压变频系统电动机的综合保护装置，其特征在于：包括三个工频电流互感器、六个变频电流互感器、三个电压互感器、低通滤波电路、AD采样电路、PowerPC微处理器、第一存储电路、第二存储电路、电源电路、串口及以太网通信接口电路、人机接口电路、开关量输入电路和开关量输出电路，

所述三个工频电流互感器采用定频采样方式，用于采集变频器进线侧三相电流；所述六个变频电流互感器采用变频采样方式，其中三个用于采集变频器输出端三相电流，另外三个用于采集电动机中性点处三相电流；所述三个电压互感器，用于采集母线三相电压，

所述三个工频电流互感器、六个变频电流互感器、三个电压互感器通过低通滤波电路与AD采样电路的输入端相连接，所述AD采样电路的输出端与PowerPC微处理器的数据采集端相连接，所述PowerPC微处理器还分别与第一存储电路、第二存储电路、串口及以太网通信接口电路、人机接口电路、开关量输入电路和开关量输出电路相连接。

2.根据权利要求1所述的用于高压变频系统电动机的综合保护装置，其特征在于：所述人机接口电路包括LCD显示屏和输入按键。

3.根据权利要求1所述的用于高压变频系统电动机的综合保护装置，其特征在于：所述串口及以太网通信接口电路包括RS485串口通信电路、RS232串口通信电路和以太网通信电路。

4.根据权利要求1所述的用于高压变频系统电动机的综合保护装置，其特征在于：所述电源电路用于给低通滤波电路、AD采样电路、PowerPC微处理器、第一存储电路、第二存储电路、串口及以太网通信接口电路、人机接口电路、开关量输入电路和开关量输出电路提供工作电压。

5.根据权利要求1所述的用于高压变频系统电动机的综合保护装置，其特征在于：所述开关量输入电路包括第一光耦隔离电路、第一接口转换电路，所述第一光耦隔离电路的输入端外接外部开入量，所述第一光耦隔离电路的输出端通过第一接口转换电路与PowerPC微处理器相连接。

6.根据权利要求1所述的用于高压变频系统电动机的综合保护装置，其特征在于：所述开关量输出电路包括第二光耦隔离电路、第二接口转换电路和出口继电器，所述PowerPC微处理器通过第二接口转换电路与第二光耦隔离电路的输入端相连接，所述第二光耦隔离电路的输出端与出口继电器相连接。