工業供電網斷電識別方法及其應用的製作方法
2023-08-22 19:14:46 3
專利名稱：工業供電網斷電識別方法及其應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及工業供電網中工作電源母線上連接有大量電動機時快速識別斷電的方法及其應用。
現行的斷電識別都沿用低電壓的方法，例如工廠變電站普遍採用的備用電源自投入裝置就是按照低電壓加時延的原理動作的。在工作電源母線上連接有大量電動機時，特別是連接有高壓同步電動機時，由於在斷電瞬間電動機轉動系統所貯存的能量不可能立即耗淨，母線電壓不可能迅速下降，此後，隨著轉動系統所貯存能量的耗散，轉子惰走，等到母線電壓下降到低電壓繼電器的整定值再經一定的時延後，投入備用電源時，由於母線上所連接的同步電動機早已失步，勢必造成非同期合閘。對於某些由於負載力矩的性質必須降壓起動的異步電動機來說，也必將引起大電流衝擊。所以，現行的備用電源自投入裝置對母線上所連接的電動機的安全構成了潛在的威脅。因此，很多廠礦的這種裝置被迫停用。問題是，用戶動機在停用這種裝置之後並未能避免類似情況的出現。原因是由於眾多的原因，這種短時間的斷電之後突然上電的情況隨時都有可能發生，特別是，從用戶到發電廠之間的為數眾多的開關普遍地採用了自動重合閘，重合時限都在1秒以上，所以自動重合閘動作時，同步電動機早已失步。因此，自動重閘也對用戶電動機的安全構成了潛在的威脅。由此可見，現行的斷電識別方法應用到工業供電領域時弊病很大。統計表明，由此造成的直接經濟損失每年近千萬元人民幣。
本發明的目的，為了揭示工業供電網中斷電瞬間電氣參量的行為，尋找快速響應的斷電識別方法，應用到備用電源自投入裝置以實現無時限動作，從而既保證供電的連續性，又對用戶電動機的安全沒有任何威脅。
本發明方案如下，下面結合
如下圖1為同步電動機電壓電勢相量圖；圖2為以備用電源電壓為基準電壓的斷電識別方法原理框圖；圖3為用人工方法實現基準電壓的斷電識別方法原理框圖。
附圖編號說明工作電源電壓互感器(1)、備用電源電壓互感器(2)、工作電源電壓濾序濾波環節(3)、備用電源電壓濾序濾波環節(4)、工作電源電壓波形變換環節(5)、備用電源電壓波形變換環節(6)、電壓動態相位突變量測量捕捉環節(7)、人工基準電壓形成環節(8)。
結合
工作原理如下本發明測量工作電源電壓的動態相位角，捕捉電壓相位角在斷電瞬間發生的滯後性突變量，作為識別斷電的判據。其原理如下所述假設在時刻t發生斷電，那麼在t之前直到t-，母線所連接的同步電動機一直工作在電動機狀態，其端電壓V1、感應電勢E的相量圖如圖1所示。在斷電後瞬間t+，同步電動機轉入發電機狀態運行，此時其端電壓V2要落後於其感應電勢一定角度，由於同步電機轉速在時刻t+還來不及變化，感應電勢E(t+)=E(t-)=E。由圖1可知，同步電動機端電壓相位在時刻t發生滯後性突變。如果斷電前同步電機處於額定運行狀態，這一突變量約為30°。異步電動機在斷電瞬間的行為與同步電動機相似，從略。
圖2、圖3為兩個實施例的原理框圖。工作電源電壓信號及備用電源電壓信號從各自電壓互感器採得，經各自的濾序濾波環節之後，獲得各自正序基波信號。波形變換環節用來將信號轉變為只含有動態相位信息的方波，送入電壓動態相位突變量測量環節，以捕捉工作電源斷電瞬間電壓相位發生的滯後性突變量，這種相位突變量出現的時刻就是斷電的時刻。
對本發明所提供的實施例敘述如下一般情況下，斷電前工作電源電壓和備用電源電壓相位相差不大，因此，實施例1中將備用電源電壓作為基準電壓，利用各種可行的動態相位測量方法測量工作電源電壓和備用電源電壓間的相位差，來捕捉工作電源電壓相位發生突變的時刻，作為斷電的時刻。其原理框圖如圖2所示。
實施例2中，用人工方法設立一基準電壓，其頻率和相位與斷電前工作電源電壓頻率和相位完全相同，利用各種動態相位測量方法測量工作電源電壓相位發生突變的時刻，作為斷電的時刻。其原理框圖如圖3所示。
通過電壓互感器採集到的電壓信號，在輸入到波形變換環節之前，可以通過一個濾序濾波環節，以得到正序基波信號。這樣作的目的，是為了防止在斷電瞬間電壓信號中存在的高次諧波以及負序、零序分量使得動態相位測量結果出現誤差，影響發生相位突變時刻的正確捕捉。
本發明的一個實際應用是快速響應備用電源自投入裝置，這可以通過本發明的任一個實施例，在電壓動態相位突變量測量捕捉環節(7)捕捉到斷電時刻後立即發信號斷開工作電源進線開關併合上備用電源開關來完成。這種快速響應備用電源自投入裝置的優點是，在斷電瞬間，備用電源自投入裝置立即動作，同步電動機轉子還來不及惰走，因而不會失步；異步機轉速也不可能大幅下降，因而不會有大電流衝擊。而且可以避免由於備用電源自投入裝置動作後由於電動機群的自起動而造成的母線電壓大幅度下降。同時，由於供電網絡的自動重合閘遠遠慢於這種快速響應備用電源自投入裝置，因而避免了由於自動重合閘動作造成的對電動機的大電流衝擊的可能。由上述可見，這種快速響應備用電源投入裝置不僅在更高的標準上實現了對用戶供電的連續性，保證了用戶生產工藝關於連續運轉的要求，而且作為一種保護裝置工作，使用戶電機在突然斷電之後又突然上電時不會遭受大電流衝擊。
本發明也可以用來實現快速響應斷電保護裝置，這可以通過本發明的任一個實施例，在電壓動態相位突變量測量捕捉環節(7)捕捉到斷電時刻後立即發信號給工作電源母線上所連接的電動機保護裝置，作出跳閘或滅磁等相應處理，以避免此後可能發生的突然上電對電動機的安全帶來危險。這種斷電保護裝置對那些暫時還沒有備用電源的用戶特別有意義。
本發明的優點是，靈敏度高，響應速度快，可以在斷電的實時時刻捕捉到斷電信號。
本發明在廣大的工礦企業，特別是鋼鐵、化工、石化、供水等眾多大中型廠礦具有良好的應用前景。
權利要求
1．工業供電網斷電識別方法，其特徵在於，利用各種可行的動態相位測量方法，捕捉電壓相位角在斷電瞬間發生的滯後性突變量，作為識別斷電的判據。
2．根據權利要求1所述的斷電識別方法，其特徵在於，將備用電源電壓作為基準電壓，利用各種可行的動態相位測量方法測量工作電源電壓和備用電源電壓間的相位差，來捕捉工作電源電壓相位發生突變的時刻，作為斷電的時刻。
3．根據權利要求1所述的斷電識別方法，其特徵在於，用人工方法建立一個基準電壓，其頻率和相位與斷電前工作電源電壓的頻率和相位完全相同。利用各種可行的動態相位測量方法測量工作電源電壓和這一人工基準電壓之間的相位差，來捕捉工作電源電壓相位發生突變的時刻，作為斷電的時刻。
4．根據權利要求1所述的斷電識別方法，其特徵在於，通過電壓互感器採集到的電壓信號，可以通過一個濾序濾波環節，以得到正序基波信號。
5．使用工業供電網斷電識別方法的自動化裝置、繼電保護裝置等設備，其特徵在於，使用本發明提供的斷電識別方法，應用於備用電源自投入裝置、斷電保護裝置、斷電報警裝置等。
全文摘要
本發明涉及工業供電網中工作電源母線上連接有大量電動機時快速識別斷電的方法及其應用,其特徵在於,利用各種可行的動態相位測量方法,捕捉電壓相位角在斷電瞬間發生的滯後性突變量,作為識別斷電的判據。應用這種方法可以使工礦企業變電站普通採用的備用電源自投入裝置響應加速,實現無時限動作,克服現行備用電源自投入裝置的弊病,使其既能在更高的標準上最大限度地滿足生產工藝關於連續運轉的要求,又對各種隨時可能發生的突然性斷電後又突然性上電可能給用戶電動機帶來的危險具有保護作用。本發明在鋼鐵、化工、石化、供水等大中型廠礦企業具有廣闊的應用前景。
文檔編號H02J9/06GK1214562SQ9811530
公開日1999年4月21日 申請日期1998年6月15日 優先權日1998年6月15日
發明者王如堂, 王唯真 申請人:王如堂