專利名稱：大型異步電動(dòng)機(jī)的健康預(yù)警和繼電保護(hù)融合系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種關(guān)于大型異步電動(dòng)機(jī)健康預(yù)警和大型異步電動(dòng)機(jī) 繼電保護(hù)融合系統(tǒng)，屬于電氣自動(dòng)化工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，異步電動(dòng)機(jī)(以下簡(jiǎn)稱電動(dòng)機(jī))在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和 從們?nèi)粘Ｉ钪械玫椒浅V泛的應(yīng)用。由電動(dòng)機(jī)運(yùn)行環(huán)境各異，運(yùn)行工況復(fù) 雜，故障發(fā)生率較高。電動(dòng)機(jī)故障一方面對(duì)電動(dòng)機(jī)可能引起電動(dòng)機(jī)本身受損， 另一方面，也影響電動(dòng)機(jī)所拖動(dòng)的負(fù)載，特別是在各種流水生產(chǎn)線上，某一 臺(tái)電動(dòng)機(jī)的故障可能導(dǎo)致整條生產(chǎn)線的停產(chǎn)，造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。所以電 動(dòng)機(jī)的保護(hù)越來越受到重視。及時(shí)有效的保護(hù)可極大地節(jié)省修理所需要的時(shí) 間和資金，并且及早發(fā)出報(bào)警信號(hào)可使操作人員采取對(duì)策，減少損失。所有 的電動(dòng)機(jī)的保護(hù)都是被動(dòng)式的，即有了故障或明顯的故障前兆，才發(fā)出報(bào)警 信號(hào)或保護(hù)動(dòng)作。電動(dòng)機(jī)故障按類型可分為對(duì)稱性故障(過載、堵轉(zhuǎn)、三 相短路等)，不對(duì)稱性故障(斷相、不平衡運(yùn)行、兩相短路等)，接地故障(接 地、漏電等)。目前，電動(dòng)機(jī)保護(hù)的基本原理是基于檢測(cè)故障信號(hào)的明顯變 化(溫度、電流電壓幅值、序分量等)。這類保護(hù)從機(jī)理上主要針對(duì)較嚴(yán)重 的外部故障(特點(diǎn)是"寬而范")。而當(dāng)電動(dòng)機(jī)發(fā)生繞組短路、轉(zhuǎn)子斷條等內(nèi) 部故障時(shí)，由于故障初期并不出現(xiàn)明顯的物理量變化，目前的保護(hù)很難起作 用，待故障發(fā)展到使保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)，電動(dòng)機(jī)已受損。就電動(dòng)機(jī)的安全運(yùn)行而言，這類保護(hù)作用有很在的局限性。故障診斷是近年來人們研究的熱點(diǎn)問 題，目前電動(dòng)機(jī)故障診斷技術(shù)主要是針對(duì)電動(dòng)機(jī)故障進(jìn)行故障特征研究，為 故障診斷服務(wù)。目前電動(dòng)機(jī)故障診斷裝置很少，主要為某種特定故障的診斷 進(jìn)行研究(特點(diǎn)是"專而窄")，不能全面對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行保護(hù)，且價(jià)格昂貴， 推廣普及有難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)異步電動(dòng)機(jī)保護(hù)存在的上述問題，根據(jù)異步電動(dòng) 機(jī)保護(hù)的特點(diǎn)，并結(jié)合日漸成熟的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)，提出了異步電 動(dòng)機(jī)健康預(yù)警與繼電保護(hù)融合系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過對(duì)電動(dòng)機(jī)相關(guān)參量的監(jiān)測(cè)、 分析，根據(jù)電動(dòng)機(jī)有關(guān)特征量的變化趨勢(shì)，作出電動(dòng)機(jī)健康狀況報(bào)告，實(shí)現(xiàn) 健康預(yù)警。這有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)初期故障(或異常)，防止電動(dòng)機(jī)故障 的進(jìn)一步發(fā)展。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案其結(jié)構(gòu)是反映電機(jī)電流、電壓與振動(dòng)的輸入模
擬量經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路、采樣保持與A/D轉(zhuǎn)換電路串接，采樣保持與A/D轉(zhuǎn) 換電路的輸出端與中央處理單元的第一輸入端相接，鍵盤的輸出端與中央處 理單元的第二輸入端相接，來自其它系統(tǒng)的輸入連鎖信號(hào)與中央處理單元的 第三輸入端相接，中央處理單元的第一輸入/輸出端與存儲(chǔ)器的輸出/輸入端 對(duì)應(yīng)相接，中央處理單元的第二輸入/輸出端與通信接口電路的輸出/輸入端 對(duì)應(yīng)相接，中央處理單元的第一輸出端與顯示模塊的輸入端相接，中央處理 單元的第二輸出端與開關(guān)輸出量隔離、驅(qū)動(dòng)電路的輸入端相接，開關(guān)輸出量 隔離、驅(qū)動(dòng)電路的第一輸出端與報(bào)警電路的輸入端相接，隔離、驅(qū)動(dòng)電路的 第二輸出端與繼電器信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路的輸入端相接，隔離、驅(qū)動(dòng)電路的第三輸
出端輸出的連鎖信號(hào)給其它控制系統(tǒng)，電源與中央處理單元的電源輸入端相 接。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)克服了異步電動(dòng)機(jī)繼電保護(hù)的被動(dòng)保護(hù)的缺點(diǎn)，主動(dòng)地 對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、并根據(jù)監(jiān)測(cè)參量進(jìn)行分析，給出電動(dòng)機(jī)當(dāng)前健康狀態(tài)的 健康預(yù)警報(bào)告；結(jié)合繼電保護(hù)全面保護(hù)的特點(diǎn)，給出電動(dòng)機(jī)全面、可靠、準(zhǔn) 確的保護(hù)、診斷與預(yù)警；充分利用原有的繼電保護(hù)硬件，使整個(gè)系統(tǒng)成本低， 安裝、使用方便，宜于推廣普及；所以本發(fā)明集成、提煉并發(fā)展了繼電保護(hù) 與故障診斷的各自優(yōu)點(diǎn)，并集成健康預(yù)警功能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)異常，降低 電動(dòng)機(jī)的故障率和損毀率，使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行更可靠，提高生產(chǎn)效率。


附圖1是大中型異步電動(dòng)機(jī)的健康預(yù)警與繼電保護(hù)融合技術(shù)硬件方案示意圖 附圖2.是大中型異步電動(dòng)機(jī)的健康預(yù)警與繼電保護(hù)融合技術(shù)實(shí)施例示意圖
附圖1中的1是輸入模擬量、2是信號(hào)調(diào)理電路、3是采樣保持與A/D 轉(zhuǎn)換電路、4是中央處理單元、5是鍵盤、6是存儲(chǔ)器、7是顯示模塊、8是 通信接口電路、9是開關(guān)輸出量隔離、驅(qū)動(dòng)電路、IO是報(bào)警電路、ll是繼電 器信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路、12是電源。
具體實(shí)施例方式
對(duì)照附圖1，其結(jié)構(gòu)是輸入模擬量1、信號(hào)調(diào)理電路2、采樣保持與A/D 轉(zhuǎn)換電路3串接，采樣保持與A/D轉(zhuǎn)換電路3的輸出端與中央處理單元4 的第一輸入端相接，中央處理單元4的第二輸入端接鍵盤5，來自其它控制 系統(tǒng)的輸入連鎖信號(hào)與中央處理單元4的第三輸入端相接，中央處理單元4 的第一輸入/輸出端與存儲(chǔ)器6的輸出/輸入端對(duì)應(yīng)相接，中央處理單元4的
第二輸入/輸出端與通信接口電路8的輸出/輸入端對(duì)應(yīng)相接，中央處理單元 4的第一輸出端與顯示模塊7的輸入端相接，中央處理單元4的第二輸出端 與開關(guān)輸出量隔離、驅(qū)動(dòng)電路9的輸入端相接，開關(guān)輸出量隔離、驅(qū)動(dòng)電路 9的第一輸出端與報(bào)警電路10的輸入端相接，隔離、驅(qū)動(dòng)電路9的第二輸出 端與繼電器信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路11的輸入端相接，隔離、驅(qū)動(dòng)電路9的第三輸出 端輸出的連鎖信號(hào)給其它控制系統(tǒng)，電源12與中央處理單元4的電源輸入 端相接。
本系統(tǒng)可以用于獨(dú)立控制系統(tǒng)，也可以用于大的復(fù)雜系統(tǒng)，如果用于大 的復(fù)雜控制系統(tǒng)，則與其它系統(tǒng)有相互控制的連鎖信號(hào)，如果沒有其它設(shè)備， 或其它設(shè)備不需要與本電機(jī)連鎖控制，則沒有連鎖信號(hào)。
所述的輸入模擬量1反映電動(dòng)機(jī)三相電流的信號(hào)、反映電動(dòng)機(jī)電壓的信 號(hào)、直接反映電動(dòng)機(jī)振動(dòng)的信號(hào)(可選)、直接反映電動(dòng)機(jī)溫度的信號(hào)(可 選)、反映漏電流的信號(hào)(可選)等；這些被監(jiān)測(cè)信號(hào)一般為模擬量。
所述的信號(hào)調(diào)理電路2，將被監(jiān)測(cè)的模擬量進(jìn)行隔離、放大，并按不同 要求進(jìn)行濾波。
所述的采樣保持及A/D轉(zhuǎn)換器3，完成上述信號(hào)的采樣保持與A/D轉(zhuǎn)換 功能(現(xiàn)在一些A/D芯片已自帶采樣保持功能，如AD7656); A/D轉(zhuǎn)換應(yīng) 不低于14位，本系統(tǒng)采用16位A/D (AD7656)， AD7656有6個(gè)輸入通道， 自帶低噪聲、寬帶采樣保持放大器。
所述的中央處理單元4由DSP與ARM構(gòu)成。上述信號(hào)中央處理單元4 經(jīng)分析計(jì)算，分別送存儲(chǔ)器(IS61LV51216) 6、顯示模塊(LCM320240) 7、 通信接口電路(RS485， CAN) 8，數(shù)字輸出量(報(bào)警信號(hào)、繼電器動(dòng)作信
號(hào)以及連鎖信號(hào)等)通過開關(guān)量隔離、驅(qū)動(dòng)接口電路9分別送到相應(yīng)電路。 所述的開關(guān)輸出量隔離、驅(qū)動(dòng)電路9主要對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行隔離與放大， 選用芯片74LVC14245。
報(bào)警電路10在控制室中，采用普通的電磁式蜂鳴器(SH12C01YB)。 繼電器信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路11主要用于信號(hào)進(jìn)一步放大輸出，去控制主電路 的接觸器，該繼電器可選用通用型小型繼電器。
輸出連鎖二f言號(hào)是用于給其它系統(tǒng)的控制提供相關(guān)的連鎖控制信號(hào)(對(duì) 獨(dú)立的電機(jī)控制系統(tǒng)，不需要該連鎖信號(hào)輸出)。
輸入連鎖信號(hào)是指來自其它控制系統(tǒng)的連鎖控制信號(hào)(對(duì)獨(dú)立的電機(jī)控 制系統(tǒng)，沒有該連鎖信號(hào)輸入)。
根據(jù)電動(dòng)機(jī)繼電保護(hù)要求采集的電動(dòng)機(jī)電流、電壓等常規(guī)信號(hào)，根據(jù)這 些量進(jìn)行繼電保護(hù)的運(yùn)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果如果電動(dòng)機(jī)故障或明顯異常，則進(jìn) 行相應(yīng)處理(如信號(hào)、脫扣等)。如果電動(dòng)機(jī)沒有明顯故障或異常，則進(jìn)行 故障診斷與健康預(yù)警模塊(故障診斷盡量利用繼電保護(hù)的采集數(shù)據(jù)，也可根 據(jù)故障診斷要求重新設(shè)定采樣格式(釆樣頻率、采樣信號(hào)長(zhǎng)度等)對(duì)這些信 號(hào)進(jìn)行重新采樣，如有必要可以根據(jù)故障診斷的特殊要求增加采樣量)。電 動(dòng)機(jī)故障診斷與健康預(yù)警首先對(duì)電動(dòng)機(jī)的采集信息進(jìn)行計(jì)算，分析故障特 征，根據(jù)故障特征進(jìn)行故障分析與電動(dòng)機(jī)性能分析，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行電動(dòng) 機(jī)性能變化趨勢(shì)分析，從而確定電動(dòng)機(jī)當(dāng)前健康狀態(tài)及今后趨勢(shì)，給出反映 電動(dòng)機(jī)健康狀況的健康預(yù)警報(bào)告，并提出相應(yīng)的建議，指導(dǎo)電動(dòng)機(jī)今后的運(yùn) 行與維護(hù)。
電動(dòng)機(jī)的繼電保護(hù)與以故障診斷為基礎(chǔ)的健康預(yù)警相互補(bǔ)充，它們各自
發(fā)揮相應(yīng)的作用。繼電保護(hù)主要是針對(duì)電動(dòng)機(jī)外部故障或已發(fā)生的明顯內(nèi)部 故障作出保護(hù)，而健康預(yù)警主要是針對(duì)電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的輕微故障或還沒有發(fā)生 的故障或異常狀態(tài)，根據(jù)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)分析電動(dòng)機(jī)某些特征參量的有無(wú)、 大小或變化趨勢(shì)，對(duì)電動(dòng)機(jī)健康狀態(tài)給出早期判斷。舉個(gè)通俗的例子，繼電
保護(hù)類似于人發(fā)現(xiàn)身體不舒服到醫(yī)院去看??；而健康預(yù)警類似于人定期體 檢，根據(jù)檢查的各參數(shù)分析身體狀況(不一定有病)。繼電保護(hù)與基于故障 診斷的健康預(yù)警均是必須的，不能說哪個(gè)不重要，也不能用一個(gè)代替另一個(gè)， 如果將兩者有機(jī)結(jié)合，將可理更有效地對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行保護(hù)。
因此，本發(fā)明將電動(dòng)機(jī)繼電保護(hù)技術(shù)、故障診斷技術(shù)、健康預(yù)警相結(jié)合， 并進(jìn)一步發(fā)展，形成大中型電動(dòng)機(jī)健康預(yù)警與繼電保護(hù)技術(shù)融合系統(tǒng)。
實(shí)施例
繼電保護(hù)與健康預(yù)警的融合實(shí)現(xiàn)如圖2。
1. 系統(tǒng)對(duì)電機(jī)電流、電壓等信號(hào)進(jìn)行采樣并轉(zhuǎn)換；
2. 進(jìn)入繼電保護(hù)模塊，繼電保護(hù)模塊設(shè)置起動(dòng)超時(shí)保護(hù)、短路保護(hù)、堵 轉(zhuǎn)保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、欠負(fù)荷保護(hù)、熱過載保護(hù)、溫度過熱保護(hù)、過 壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、過電流保護(hù)、漏電保護(hù)、三相不平衡保護(hù)等；
3. 根據(jù)保護(hù)模塊的作用結(jié)果進(jìn)行分析，如有明顯故障，則進(jìn)行故障處理 模塊。故障處理模塊完成的功能可選擇不保護(hù)(不處理)、報(bào)警、跳閘
(脫扣)、報(bào)警+跳閘(脫扣)；
4. 如果沒有明顯故障，則進(jìn)進(jìn)入故障診斷模塊，選擇進(jìn)行絕緣劣化診斷、 定子繞組匝間短路診斷、轉(zhuǎn)子斷條診斷、絕緣劣化診斷等早期輕微故 障診斷；
5. 根據(jù)故障診斷情況進(jìn)入健康預(yù)警模塊，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行故障分析與健康 預(yù)警。分析與電動(dòng)機(jī)的定子繞組匝間短路、轉(zhuǎn)子斷條、氣隙偏心、絕緣劣化 故障相關(guān)的量，從而判定電動(dòng)機(jī)是否有這些輕微故障或是否有故障發(fā)生的趨 勢(shì)(可能性)，并進(jìn)行健康趨勢(shì)預(yù)測(cè)(壽命預(yù)測(cè))；
6. 最后給出診斷結(jié)論、健康預(yù)警及建議報(bào)告。
權(quán)利要求
1、大型異步電動(dòng)機(jī)的健康預(yù)警和繼電保護(hù)融合系統(tǒng)，其特征是信號(hào)調(diào)理電路與采樣保持與A/D轉(zhuǎn)換電路串接，采樣保持與A/D轉(zhuǎn)換電路的輸出端與中央處理單元的第一輸入端相接，中央處理單元的第二輸入端接鍵盤，中央處理單元的第一輸入/輸出端與存儲(chǔ)器的輸出/輸入端對(duì)應(yīng)相接，中央處理單元的第二輸入/輸出端與通信接口電路的輸出/輸入端對(duì)應(yīng)相接，中央處理單元的第一輸出端與顯示模塊的輸入端相接，中央處理單元的第二輸出端與開關(guān)輸出量隔離、驅(qū)動(dòng)電路的輸入端相接，開關(guān)輸出量隔離、驅(qū)動(dòng)電路的第一輸出端與報(bào)警電路的輸入端相接，隔離、驅(qū)動(dòng)電路的第二輸出端與繼電器信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路的輸入端相接，電源與中央處理單元的電源輸入端相接。
全文摘要
本發(fā)明是大型異步電動(dòng)機(jī)的健康預(yù)警和繼電保護(hù)融合系統(tǒng)，包括輸入模擬量、信號(hào)調(diào)理電路、采樣保持與A/D轉(zhuǎn)換電路、中央處理單元、鍵盤、存儲(chǔ)器、顯示模塊、通信接口電路、開關(guān)輸出量隔離、驅(qū)動(dòng)電路、報(bào)警電路、繼電器信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路、輸出連鎖電路、電源、輸入連鎖電路。優(yōu)點(diǎn)對(duì)電動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)并根據(jù)監(jiān)測(cè)參量進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)電機(jī)繼電保護(hù)的同時(shí)，對(duì)電機(jī)進(jìn)行故障診斷與健康預(yù)警；給出電動(dòng)機(jī)全面可靠準(zhǔn)確的保護(hù)、診斷與當(dāng)前健康狀態(tài)的健康預(yù)警報(bào)告；成本低，安裝使用方便，宜于推廣普及；集成、提煉并發(fā)展了繼電保護(hù)與故障診斷的優(yōu)點(diǎn)，并集成健康預(yù)警功能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)異常，降低電動(dòng)機(jī)的故障率和損毀率，使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行可靠，提高生產(chǎn)效率。
文檔編號(hào)G01R31/34GK101350515SQ200810196388
公開日2009年1月21日 申請(qǐng)日期2008年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月8日
發(fā)明者張利民, 平 鞠, 韓敬東, 馬宏忠 申請(qǐng)人:河海大學(xué)