專利名稱：電氣系統(tǒng)振蕩檢測方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電氣系統(tǒng)的振蕩檢測和保護(hù)技術(shù)，尤其涉及一種電氣系統(tǒng)振蕩檢測方法及其裝置。
背景技術(shù)：
對電氣系統(tǒng)，目前一般都設(shè)置了過流、過載、過壓、欠壓等保護(hù)措施。但是目前沒有專門針對電氣系統(tǒng)振蕩進(jìn)行保護(hù)的器件及措施。
由于電氣系統(tǒng)發(fā)生振蕩時(shí)盡管瞬時(shí)電流有可能較大，但其大小又往往正好不能使過流繼電器動作。由于大電流是間歇性的，也往往不能使過載繼電器動作。但巨大的、反復(fù)的沖擊電流及浪涌電壓可引發(fā)燒毀電氣設(shè)備、沖擊供電系統(tǒng)、沖擊相鄰用電設(shè)備等電氣事故，沖擊電流產(chǎn)生的沖擊力矩又可引發(fā)諸如馬達(dá)斷軸、變速箱齒輪斷齒、行車吊鉤墜落、大梁變形斷裂等一系列機(jī)械事故。沖擊電流產(chǎn)生的強(qiáng)大的高次諧波又可嚴(yán)重干擾周邊的控制設(shè)備，使其發(fā)生誤動作、跳電等故障。
由于電氣系統(tǒng)發(fā)生振蕩時(shí)，上述過流、過載、過壓、欠壓等方法并無法對設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。因此只能依賴維護(hù)人員巡視時(shí)發(fā)現(xiàn)問題后，再采取措施，這往往會導(dǎo)致解決問題不及時(shí)而造成嚴(yán)重后果。
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電氣傳動可調(diào)速自動控制系統(tǒng)，廣泛被應(yīng)用在冶金、機(jī)械、石油、化工、運(yùn)輸、國防等部門中的各種生產(chǎn)機(jī)械上，因此，及時(shí)開發(fā)振蕩保護(hù)裝置支持促進(jìn)新技術(shù)應(yīng)用有特別重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種電氣系統(tǒng)振蕩檢測方法和裝置。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題而采用的技術(shù)方案是提供一種電氣系統(tǒng)振蕩檢測方法，用于三相電電氣系統(tǒng)的振蕩檢測，該方法包括以下步驟從三相電中檢出三相電流信號；將所述三相電流信號分別轉(zhuǎn)換為電壓信號并進(jìn)行半波整流；疊加整流后的三相電壓信號；以及依據(jù)疊加后的信號的頻率和幅值判斷電氣系統(tǒng)是否出現(xiàn)振蕩，其中當(dāng)疊加后的信號具有不同的第一幅值及第二幅值且第二幅值與第一幅值之比低于一預(yù)設(shè)比例，并且疊加后的信號頻率介于一預(yù)設(shè)頻率范圍時(shí)，判定電氣系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述預(yù)設(shè)比例介于30%-60%之間。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，，所述預(yù)設(shè)頻率范圍介于15-25Hz之間。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，判斷所述第二幅值與第一幅值之比低于一預(yù)設(shè)比例的方法是使疊加后的信號與一基準(zhǔn)電壓比較，分別產(chǎn)生幅值為正的第一信號和幅值為負(fù)的第二信號；以及比較第一信號的平均值與第二信號的平均值，并判斷二者之比是否低于該預(yù)設(shè)比例。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，判斷所述疊加后的信號頻率介于一預(yù)設(shè)頻率范圍的方法是依據(jù)疊加后的信號獲得一選頻信號，其中該疊加后的信號越接近一基準(zhǔn)頻率，該選頻信號越強(qiáng)；以及比較該選頻信號的平均值與一設(shè)定值，若該平均值大于該設(shè)定值，則所述疊加后的信號頻率介于該預(yù)設(shè)頻率范圍。
本發(fā)明另提供一種電氣系統(tǒng)振蕩檢測裝置，用于三相電電氣系統(tǒng)的振蕩檢測，該裝置包括檢測元件，從三相電中檢出三相電流信號；信號轉(zhuǎn)換電路，將所述三相電流信號分別轉(zhuǎn)換為電壓信號；整流電流，對所述各電壓信號進(jìn)行半波整流；疊加電路，疊加整流后的三相電壓信號；以及檢測電路，依據(jù)疊加后的信號的頻率和幅值判斷電氣系統(tǒng)是否出現(xiàn)振蕩，其中當(dāng)疊加后的信號具有不同的第一幅值
及第二幅值且第二幅值與第一幅值之比低于一預(yù)設(shè)比例，并且疊加后的信號頻率介于一預(yù)設(shè)頻率范圍時(shí)，判定電氣系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述預(yù)設(shè)比例介于30%-60%之間。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述預(yù)設(shè)頻率范圍介于15-25Hz之間。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述檢測電路包括用以判斷所述第二幅值與第一幅值之比低于一預(yù)設(shè)比例的幅值檢測單元，其包括比較電路，使疊加后的信號與一基準(zhǔn)電壓比較，分別產(chǎn)生幅值為正的第一信號和幅值為負(fù)的第二信號；積分電路，對第一信號和第二信號進(jìn)行積分，以產(chǎn)生第一信號的平均值與第二信號的平均值；以及運(yùn)算電路，比較第一信號的平均值與第二信號的平均值，并判斷二者之比是否低于該預(yù)設(shè)比例。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述檢測電路包括用以判斷所述疊加后的信號頻率
介于一預(yù)設(shè)頻率范圍的頻率檢測單元，其包括選頻電路，依據(jù)疊加后的信號獲
得一選頻信號，其中該疊加后的信號越接近一基準(zhǔn)頻率，該選頻信號越強(qiáng)；積
分電路，對選頻信號進(jìn)行積分，以產(chǎn)生選頻信號的平均值；以及運(yùn)算電路，比
較該選頻信號的平均值與一設(shè)定值，若該平均值大于該設(shè)定值，則所述疊加后的信號頻率介于該預(yù)設(shè)頻率范圍。
采用本發(fā)明的振蕩保護(hù)方法和裝置，可判別電氣系統(tǒng)是否發(fā)生振蕩。由此可以及時(shí)處理、消除故障，避免只靠維護(hù)人員巡視不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，事故進(jìn)一步擴(kuò)大，造成嚴(yán)重的損失。


為讓本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作詳細(xì)說明，其中
圖1是設(shè)備發(fā)生振蕩時(shí)的電流波形。
圖2是設(shè)備發(fā)生振蕩時(shí)的各相電流波形。
圖3是設(shè)備系統(tǒng)消除振蕩故障后的電流波形。
圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的振蕩檢測裝置示意圖。
圖5是三相電流平衡時(shí)信號疊加電路輸出U信號波形。
圖6是三相電流不平衡時(shí)信號疊加電路輸出U信號波形。
圖7是三相電流存在振蕩時(shí)信號疊加電路輸出U信號波形。
圖8是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的檢測電路示意圖。
圖9是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的振蕩檢測方法流程圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明所涉及的電氣系統(tǒng)包含但不限于各種可調(diào)速的電氣系統(tǒng)，如可控硅調(diào)壓系統(tǒng)、VVVF系統(tǒng)、VS調(diào)速系統(tǒng)等。此外，繞線式電動機(jī)在很多情況下也使用了測速發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)速度反饋控制系統(tǒng)。以上系統(tǒng)在某些情況下，有可能發(fā)生振蕩。
6圖1是設(shè)備發(fā)生振蕩時(shí)的電流波形。圖2是設(shè)備發(fā)生振蕩時(shí)的各相電流波 形。用錄波儀記錄某可調(diào)速系統(tǒng)發(fā)生振蕩時(shí)的三相工作電流，如圖1和圖2所 示，可發(fā)現(xiàn)電流在兩個(gè)不同的幅值間發(fā)生高頻率大幅度跳動，其低幅值約為高 幅值的30%，其振蕩頻率約為20Hz。
圖3是設(shè)備系統(tǒng)消除振蕩故障后的電流波形。在振蕩消除后，電流波形恢 復(fù)平穩(wěn)的單一幅值。
經(jīng)過更多的系統(tǒng)振蕩分析發(fā)現(xiàn)不同的電氣系統(tǒng)，盡管其振蕩時(shí)的頻率以 及兩個(gè)幅值之間的比例稍有不同，但是這些系統(tǒng)發(fā)生振蕩時(shí)電流兩個(gè)幅值間發(fā) 生高頻率大幅度跳動，其低幅值一般為高幅值的30% 60%，其振蕩頻率在一 般15-25Hz左右。
根據(jù)電氣系統(tǒng)的振蕩特性，本發(fā)明提出一種利用了幅值與頻率變動判別方 法的振蕩檢測方法和裝置如下。
首先參照圖4所示，本發(fā)明的振蕩檢測裝置的一實(shí)施例包括一組檢測元件 CT1-CT3， 一組信號轉(zhuǎn)換電路101-103， 一組整流電路111-113，信號疊加電路 120、檢測電路130。振蕩檢測裝置可選地包括作為檢測結(jié)果輸出驅(qū)動的放大電 路140。另外的整流電路104和穩(wěn)壓電路105為上述電路提供電力。
各檢測元件CT1-CT3例如是變流器，用以從三相電中檢出三相電流信號。 變流器三相穿心式，其一次側(cè)電流即為電機(jī)主回路側(cè)電流互感器的二次電流。
變流器CT1-CT3檢測出三相電流信號后，由信號轉(zhuǎn)換電路101-103分別將 其變換成電壓信號，并在整流電路111-113進(jìn)行半波整流，然后由信號疊加電 路120將整流過的電壓信號疊加，疊加后的信號送往檢測電路140，進(jìn)行幅值 檢測和頻率檢測。
圖5-7示出整流且疊加后的信號波形。
圖5是三相電流平衡時(shí)信號疊加電路輸出U信號波形。如圖5所示，當(dāng)設(shè) 備一次回路三相電流平衡時(shí)，每相電流的幅值相等，U信號將近似為條直線。
圖6是三相電流不平衡時(shí)信號疊加電路輸出U信號波形。如圖6所示，當(dāng) 設(shè)備一次回路三相電流不平衡時(shí)，每相電流的幅值不相等，振蕩保護(hù)裝置的信 號疊加電路輸出U信號每周期將產(chǎn)生一個(gè)缺口，如缺口較深，即可作為缺相的 判斷依據(jù)。該信號的頻率與工頻相同，為50Hz。
7另外，當(dāng)設(shè)備一次回路三相電流發(fā)生波動，振蕩保護(hù)裝置的信號疊加電路 輸出U信號也將發(fā)生波動。這種波動一般與缺相可明顯區(qū)分頻率低、不規(guī)則， 輸出繼電器不動作。
圖7是三相電流存在振蕩時(shí)整流回路輸出U信號波形。如圖7所示，當(dāng)設(shè) 備一次回路三相電流存在振蕩現(xiàn)象時(shí)，情況有所不同振蕩保護(hù)裝置的信號疊 加電路輸出U信號變得規(guī)則起來，且頻率有可能比較高。該信號也類似于一個(gè) 方波，其頻率與振蕩頻率相同。振蕩電流兩個(gè)幅值間發(fā)生高頻率大幅度跳動，
其低幅值可為高幅值的30% 60%，其振蕩頻率約為15-25Hz。
檢測電路130，依據(jù)疊加后的信號的頻率和幅值判斷電氣系統(tǒng)是否出現(xiàn)振 蕩。參照圖4所示，檢測電路130進(jìn)一步包括幅值檢測單元130a及頻率檢測單 元130b。幅值檢測單元130a用以檢測疊加后的信號所具有的不同的第一幅值 (即低幅值)及第二幅值(即高幅值)之比是否低于一預(yù)設(shè)比例。而頻率檢測 單元130b用以檢測疊加后的信號頻率是否介于一預(yù)設(shè)頻率范圍。檢測電路根 據(jù)這2個(gè)條件來判斷系統(tǒng)是否出現(xiàn)振蕩。在本發(fā)明的實(shí)施例中，預(yù)設(shè)比例一般 地根據(jù)個(gè)別電氣系統(tǒng)的特性而在30%-60%之間進(jìn)行調(diào)整，而預(yù)設(shè)頻率范圍一 般地在15-25Hz內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。但是本領(lǐng)域技術(shù)人員大可根據(jù)實(shí)踐而在上述范圍
之外選擇預(yù)設(shè)比例和預(yù)設(shè)頻率范圍。
圖8進(jìn)一步示出檢測電路130的一個(gè)實(shí)施例。參照圖8所示，由比較電路 131a、積分電路132a、隔離變送電路133a以及中央處理器134組成幅值檢測 單元130a。由選頻電路131b、積分電路132b、隔離變送電路133b以及中央處 理器B4組成頻率檢測單元130b。
疊加后的信號通過比較電路131a，分成幅值為正和幅值為負(fù)的第一、第二 信號sl,s2。其中比較電路130a的基準(zhǔn)電壓可調(diào)，例如為信號峰值電壓的50%。 然后在積分電路132a對兩個(gè)信號分別進(jìn)行積分，以獲得兩個(gè)信號的平均值，再 經(jīng)隔離變送進(jìn)入中央處理器134。中央處理器134作為幅值檢測單元130a的運(yùn) 算單元對兩個(gè)信號進(jìn)行濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后儲存到內(nèi)部存儲器。對兩個(gè)信號 值進(jìn)行比較，并判斷二者之比是否低于上述的預(yù)設(shè)比例，若超出預(yù)設(shè)比例，證 明系統(tǒng)有可能發(fā)生了震蕩。
疊加后的信號通過選頻電路131b，輸出一個(gè)與疊加后的信號頻率相關(guān)的選頻信號，輸入的信號頻率越接近基準(zhǔn)頻率，該信號越強(qiáng)；反之，輸入的信號頻 率越遠(yuǎn)離基準(zhǔn)頻率，該信號越弱。其中選頻電路131b的基準(zhǔn)頻率可調(diào)，其例 如為20Hz。該信號s3經(jīng)過積分電路132b產(chǎn)生平均值，經(jīng)隔離變送后進(jìn)入中央 處理器134。中央處理器134作為頻率檢測單元130b的運(yùn)算單元，對信號進(jìn)行 濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后儲存到內(nèi)部存儲器。將該選頻信號的平均值與設(shè)定值進(jìn) 行比較，該設(shè)定值反應(yīng)了疊加后信號的頻率與基準(zhǔn)頻率的偏差(如士lHz)， 若選頻信號的平均值超出設(shè)定值，證明系統(tǒng)的頻率接近20Hz (如介于19-21Hz 之間)，有可能發(fā)生了震蕩。
當(dāng)疊加后的信號同時(shí)滿足上述兩個(gè)條件時(shí)，檢測電路130就判斷系統(tǒng)發(fā)生 了震蕩。在一格實(shí)施例中，由中央處理器134輸出信號，繼電器X動作跳閘， 以起到保護(hù)作用。
從一方面看，根據(jù)上述的電氣系統(tǒng)振蕩檢測裝幌子可概括一種電氣系統(tǒng)振 蕩檢測方法，參照圖9所示，該方法包括 步驟201，從三相電中檢出三相電流信號；
步驟202，將三相電流信號分別轉(zhuǎn)換為電壓信號并進(jìn)行半波整流； 步驟203，疊加整流后的三相電壓信號；
步驟204，依據(jù)疊加后的信號的頻率和幅值判斷電氣系統(tǒng)是否出現(xiàn)振蕩，其中 當(dāng)疊加后的信號具有不同的第一幅值(即低幅值)及第二幅值(即高幅值)且第二 幅值與第一幅值之比低于一預(yù)設(shè)比例，并且疊加后的信號頻率介于一預(yù)設(shè)頻率范圍 時(shí)，判定電氣系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩。
舉例來說，預(yù)設(shè)比例取介于30%-60%之間的值。預(yù)設(shè)頻率范圍在15-25Hz之
間選取。
其中判斷第二幅值與第一幅值之比是否低于上述預(yù)設(shè)比例的方法可以是使 疊加后的信號與一基準(zhǔn)電壓比較，分別產(chǎn)生幅值為正的第一信號和幅值為負(fù)的 第二信號，然后比較第一信號的平均值與第二信號的平均值，并判斷二者之比 是否低于上述的預(yù)設(shè)比例。其中基準(zhǔn)電壓可調(diào)，例如為信號峰值電壓的50%。
此外，判斷疊加后的信號頻率是否介于上述預(yù)設(shè)頻率范圍的方法可以是依 據(jù)疊加后的信號獲得一選頻信號，其中該疊加后的信號越接近一基準(zhǔn)頻率，該 選頻信號越強(qiáng)；比較該選頻信號的平均值與一設(shè)定值，若該平均值大于該設(shè)定值，則所述疊加后的信號頻率介于該預(yù)設(shè)頻率范圍。其中基準(zhǔn)頻率例如是20Hz， 該設(shè)定值所對應(yīng)與基準(zhǔn)頻率的偏差例如是士lHz，當(dāng)選頻信號的平均值大于該 設(shè)定值時(shí)，說明疊加后的信號頻率在19-21Hz范圍內(nèi)。
由此可見，電氣傳動可調(diào)速自動控制系統(tǒng)，如采用本發(fā)明的振蕩保護(hù)方法 和裝置，可判別電氣系統(tǒng)是否發(fā)生振蕩。及時(shí)處理、消除故障，避免只靠維護(hù) 人員巡視不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，事故進(jìn)一步擴(kuò)大，造成嚴(yán)重的損失。
雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本 領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的修改和完善， 因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)以權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種電氣系統(tǒng)振蕩檢測方法，用于三相電電氣系統(tǒng)的振蕩檢測，該方法包括從三相電中檢出三相電流信號；將所述三相電流信號分別轉(zhuǎn)換為電壓信號并進(jìn)行半波整流；疊加整流后的三相電壓信號；依據(jù)疊加后的信號的頻率和幅值判斷電氣系統(tǒng)是否出現(xiàn)振蕩，其中當(dāng)疊加后的信號具有不同的第一幅值及第二幅值且第二幅值與第一幅值之比低于一預(yù)設(shè)比例，并且疊加后的信號頻率介于一預(yù)設(shè)頻率范圍時(shí)，判定電氣系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)比例介于30%-60%之間。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)頻率范圍介于15-25Hz之間。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，判斷所述第二幅值與第一幅值之 比低于一預(yù)設(shè)比例的方法是使疊加后的信號與一基準(zhǔn)電壓比較，分別產(chǎn)生幅值為正的第一信號和幅值 為負(fù)的第二信號；比較第一信號的平均值與第二信號的平均值，并判斷二者之比是否低于該 預(yù)設(shè)比例。
5. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，判斷所述疊加后的信號頻率介于 一預(yù)設(shè)頻率范圍的方法是依據(jù)疊加后的信號獲得一選頻信號，其中該疊加后的信號越接近一基準(zhǔn)頻 率，該選頻信號越強(qiáng)；比較該選頻信號的平均值與一設(shè)定值，若該平均值大于該設(shè)定值，則所述 疊加后的信號頻率介于該預(yù)設(shè)頻率范圍。
6. —種電氣系統(tǒng)振蕩檢測裝置，用于三相電電氣系統(tǒng)的振蕩檢測，該裝 置包括檢測元件，從三相電中檢出三相電流信號；信號轉(zhuǎn)換電路，將所述三相電流信號分別轉(zhuǎn)換為電壓信號； 整流電流，對所述各電壓信號進(jìn)行半波整流； 疊加電路，疊加整流后的三相電壓信號；檢測電路，依據(jù)疊加后的信號的頻率和幅值判斷電氣系統(tǒng)是否出現(xiàn)振蕩，其 中當(dāng)疊加后的信號具有不同的第一幅值及第二幅值且第二幅值與第一幅值之比低 于一預(yù)設(shè)比例，并且疊加后的信號頻率介于一預(yù)設(shè)頻率范圍時(shí)，判定電氣系統(tǒng)出現(xiàn) 振蕩。
7. 如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述預(yù)設(shè)比例介于30%-60%之間。
8. 如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述預(yù)設(shè)頻率范圍介于15-25Hz之間。
9. 如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述檢測電路包括用以判斷所述 第二幅值與第一幅值之比低于一預(yù)設(shè)比例的幅值檢測單元，其包括比較電路，使疊加后的信號與一基準(zhǔn)電壓比較，分別產(chǎn)生幅值為正的第一 信號和幅值為負(fù)的第二信號；積分電路，對第一信號和第二信號進(jìn)行積分，以產(chǎn)生第一信號的平均值與第二信號的平均值；以及運(yùn)算電路，比較第一信號的平均值與第二信號的平均值，并判斷二者之比 是否低于該預(yù)設(shè)比例。
10. 如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述檢測電路包括用以判斷所述疊加后的信號頻率介于一預(yù)設(shè)頻率范圍的頻率檢測單元，其包括選頻電路，依據(jù)疊加后的信號獲得一選頻信號，其中該疊加后的信號越接近一基準(zhǔn)頻率，該選頻信號越強(qiáng)；積分電路，對選頻信號進(jìn)行積分，以產(chǎn)生選頻信號的平均值；以及 運(yùn)算電路，比較該選頻信號的平均值與一設(shè)定值，若該平均值大于該設(shè)定值，則所述疊加后的信號頻率介于該預(yù)設(shè)頻率范圍。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電氣系統(tǒng)振蕩檢測方法，用于三相電電氣系統(tǒng)的振蕩檢測，該方法包括以下步驟從三相電中檢出三相電流信號；將所述三相電流信號分別轉(zhuǎn)換為電壓信號并進(jìn)行半波整流；疊加整流后的三相電壓信號；以及依據(jù)疊加后的信號的頻率和幅值判斷電氣系統(tǒng)是否出現(xiàn)振蕩，其中當(dāng)疊加后的信號具有不同的第一幅值及第二幅值且第二幅值與第一幅值之比低于一預(yù)設(shè)比例，并且疊加后的信號頻率介于一預(yù)設(shè)頻率范圍時(shí)，判定電氣系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩。
文檔編號G01R31/00GK101650391SQ200810041658
公開日2010年2月17日 申請日期2008年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月14日
發(fā)明者鋒 楊, 程衛(wèi)鋒, 項(xiàng)明福 申請人:上海申聯(lián)電氣有限公司