Pt断线诊断系统及方法
【专利摘要】本发明涉及一种PT断线诊断系统及方法，属于电器部件诊断领域，该系统包括控制器、整流装置和连接采集主电机信号的多功能表，多功能表输出参数信号到控制器，控制器计算出电机系统所需电流给定值发送到整流装置，整流装置的输出端和控制器形成闭环回路，整流装置输出主电机所需的精确励磁电流。该系统及方法能够在同步机运行中对系统进行PT断线实时监测，解决了在PT断线情况下，由于无PT断线自诊断程序使得同步机处于异步运行状态，从而造成对电机和设备的伤害的问题。
【专利说明】PT断线诊断系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于新技术的应用，涉及大型制氧同步电动机的励磁控制系统及其运行状态分析和安全保护【技术领域】。
【背景技术】
[0002]对于制氧机组来说，空压机是其中重中之重的控制设备，而大型制氧机组的空压机都采用同步机来进行拖动。同步机控制系统的控制优劣将直接影响其生产和设备的安全，特别是同步机励磁系统的功率因数闭环控制，其三相电压的有无将直接影响励磁系统中有关参数的计算，特别是功率因数，可导致励磁电流的变化，从而使同步机处于欠励和失步状态，最终使同步机的运行电流过大而跳机。实际上，三相电压是通过PT检测后经过保险送出的，当有保险断开或信号线端子松动接触不良，实际送出的信号为不真实的虚假信号时，为了避免类似故障现象的发生，将PT断线后同步机励磁控制切换到恒定无功或恒定励磁电流情况下运行，使得同步机不至于在恒功率因数闭环时因其它参数的改变而造成同步机在异步状态下运行，异步运行电流最大将是正常额定电流的3?4倍，从而影响同步机的性能和使用寿命等。目前，各种大型同步机的励磁均采用恒功率因数控制，其PT断线是经常发生的，由此造成的故障停机在国内外也是屡见不鲜。
【发明内容】
[0003]本发明提供一种PT断线诊断系统及方法，该系统及方法能够在同步机运行中对系统进行PT断线实时监测，克服了在PT断线情况下，由于无PT断线自诊断程序使得同步机处于异步运行状态，从而造成对电机和设备的伤害的不足。
[0004]本发明的技术方案是:一种PT断线诊断系统，该系统包括:连接采集主电机信号的多功能表、控制器和整流装置，多功能表输出参数信号到控制器，控制器计算出电机系统所需电流给定值发送到整流装置，整流装置的输出端和控制器形成闭环回路，整流装置输出主电机所需的精确励磁电流。所述主电机的信号采集端和多功能表之间设有三个模拟开关进行断线情况模拟。所述多功能表到控制器的信号传输和控制器到整流装置的信号传输是由过程现场总线传递完成的。所述多功能表主要采集主电机的电压、电流信号，并计算出主电机的有功功率、无功功率、视在功率及功率因数参数。所述多功能表采集主电机的电压信号为三相电压电压值。
[0005]一种PT断线诊断方法，该方法包括如下步骤:步骤一、同步机启动，主电机处于运行状态；步骤二、根据检测到的同步机的三相电压判断PT是否断线；步骤三、如果没有诊断出PT断线，继续进行PT断线诊断；如果诊断出PT断线，系统切换至恒无功控制方式，同时诊断PT断线是否恢复；步骤四、如果没有诊断到PT断线恢复，则系统继续处于恒无功控制方式；如果诊断到PT断线已经恢复，系统恢复到恒功率因数方式。所述PT断线诊断方法是在系统能够调试PT诊断的基础上实施的，系统调试PT诊断的检测方法为:步骤A.分别开启连接在多功能表和同步机之间的开关，进行PT断线情况模拟；步骤B.在PT断线时，系统检测能否自动切换到恒无功控制方式；步骤C.同步机运行，PT断线调试；步骤D.加入额定负载的10?80%进行试生产调试，PT断线检测正常后进行正常生产。
[0006]所述PT断线的诊断结果分为单相断线、双相断线、三相断线、三相失压和单相接地。所述PT断线的判定依据为:(1)当三相线电压总和小于3KV且电机运行电流大于200A，三相线电压分别小于IKV时，输出PT三相失压；(2)当三相间的线电压总和大于3KV且小于等于9KV，电机运行电流大于400A，三相线电压分别小于3KV时，输出PT三相断线；(3)当三相线电压总和大于9KV且小于15KV时,三相中的一个线电压小于3KV时,输出小于3KV的线电压的双相断线；(4)当三相间的线电压总和大于等于15KV且小于25KV时，三相中的一个线电压值大于9KV时，与此相相邻的单相断线。
[0007]所述PT断线中的三相电压中任一相接地判定依据为:三相中同时两相相电压大于9KV，当第三相的相电压小于3KV时，小于3KV的相电压对应的相接地。
[0008]本发明有如下积极效果:本发明中提供的PT断线自诊断系统能够在同步机运行状态下进行实时监测，避免了 PT断线对电机和设备造成的伤害，而且本发明中还包括进行PT断线情况的预调试部分，避免了自诊断系统及方法的故障问题，先对同步机进行试生产调试，也避免了设备的潜在问题，保证了正常生产。本发明系统可维护性加强，特别是同步机启动成功率达100%，制氧同步机励磁上的应用表现为稳定性、可靠性和抗扰动能力明显提高，为高炉风机同步机、石油化工类大型同步机等系统的改造提供了宝贵的经验。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1是本发明中的PT断线诊断系统的结构框图；
[0010]图2是本发明中的PT断线诊断的流程图；
[0011]图3是本发明中的三相电压正常时电压向量的矢量图；
[0012]图4是本发明中的A相电压断线的矢量图；
[0013]图5是本发明中的B相电压断线的矢量图；
[0014]图6是本发明中的C相电压断线的矢量图；
[0015]图7是本发明中的AB相电压断线的矢量图；
[0016]图8是本发明中的BC相电压断线的矢量图；
[0017]图9是本发明中的CA相电压断线的矢量图；
[0018]图10是本发明中的调试PT诊断的方法示意图。
【具体实施方式】
[0019]下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的【具体实施方式】如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
[0020]一种PT断线诊断系统，如图1所示，该系统包括:多功能表、控制器和整流装置，多功能表采集同步机电机的信号，多功能和主电机之间设有三个开关控制三相电压，多功能表采集的信号通过Profibus网络(过程现场总线)传递发送到控制器，控制器计算出电机系统所需电流给定值再通过Profibus网络发送到整流装置，整流装置的输出端和控制器形成闭环回路，最后整流装置输出主电机所需的精确励磁电流值，励磁电流值为同步机中励磁系统的电流值。
[0021 ] 系统中的多功能表主要采集主电机的电压、电流信号，并计算出主电机的有功功率、无功功率、视在功率及功率因数参数，其中多功能表采集主电机的电压信号为三相电压电压值。多功能表将数据传递到控制器中后，本发明中的控制器采用的是PLC控制器(可编程逻辑控制器ProgrammabIe Logic Control ler,简称PLC,可以将控制指令随时加载内存内储存与执行)，控制器通过Profibus网络将多功能表得到的功率因数等各种参数读入PLC中，经过复杂的向量计算，计算出运行中电机所需的励磁电流给定值，再通过Profibus网络将计算出的给定值送给整流装置，整流装置通过闭环控制输出电机所需要的精确的励磁电流。
[0022]本发明涉及到的一种PT断线诊断方法，该方法流程图如图2所示，方法步骤如图10所示,包括如下步骤:
[0023]步骤一、同步机启动，主电机处于运行状态。
[0024]步骤二、根据检测到的同步机的三相电压判断PT是否断线。PT断线的诊断结果分为单相断线、双相断线、三相断线、三相失压和单相接地。
[0025]根据三相电压的矢量图3作出PT断线的判定依据:系统正常的线电压值=10.5KV，相电压值=6.06KV，电压的最大值取1.06倍，最小值取0.9倍，电机额定电流=981A，如图3所示，Ua,Ub和Uc表示三相电压中A、B、C三相的相电压，Uab、Ubc和Uca表示A、B、C三相间的线电压，此时:
[0026](I)当三相线电压总和小于3KV且电机运行电流大于200A，三相线电压分别小于IKV 时，输出 PT 三相失压；即当 Uab+Ubc+Uca< = 3kV 且 Uab〈 = IkV, Ubc〈 = IkV, Uca< =IkV电机运行电流Im>200A时，报PT三相失压。
[0027](2)当三相间的线电压总和大于3KV且小于等于9KV，电机运行电流大于400A，三相线电压分别小于3KV时，输出PT三相断线；即当3kV〈Uab+Ubc+Uca〈 = 9kV且Uab〈 = 3kV,Ubc< = 3kV，Uca〈 = 3kV电机运行电流ImMOOA时，报PT三相断线。
[0028](3)当三相线电压总和大于9KV且小于15KV时，三相中的一个线电压小于3KV时，输出小于3KV的线电压的双相断线。
[0029]即当9KV〈Uab+Uba+Uca〈15kV 时，且 Ubc〈3kV，Uab>5kV, Uca>5kV 时，报 BC 相断线，其矢量图如图8所示；
[0030]当9KV〈Uab+Uba+Uca〈15kV 时，且 Uca〈3kV，Uab>5kV, Ubc>5kV 时，报 CA 相断线，其矢量图如图9所示；
[0031]当9KV〈Uab+Uba+Uca〈15kV 时，且 Uab〈3kV，Ubc>5kV, Uca>5kV 时，报 AB 相断线，其矢量图如图7所示。
[0032](4)当三相间的线电压总和大于等于15KV小于25KV时，且三相中的一个线电压值大于9KV时，与此相相邻的单相断线。
[0033]既当15KV〈 = Uab+Uba+Uca〈25kV 时，且 Ubc>9kV，Uab>5kV, Uca>5kV 时，报 A 相断线，其矢量图如图4所示；
[0034]当15KV〈 = Uab+Uba+Uca〈25kV 时，且 Uca>9kV，Uab>5kV，Ubc>5kV 时，报 B 相断线，其矢量图如图5所示；
[0035]当15KV〈 = Uab+Uba+Uca〈25kV 时，且 Uab>9KV，Ubc>5kV，Uca>5kV 时，报 C 相断线，其矢量图如图6所示。
[0036](5)当三相中同时两相相电压大于9KV，且第三相的相电压小于3KV时，小于3KV的相电压对应的相接地。
[0037]即当Ua〈3kV，且 Ub>9kV，Uc>9kV 时，报 A 相接地；
[0038]当Ua>9kV，且 Ub〈3kV，Uc>9kV 时，报 B 相接地；
[0039]当Ua>9kV，且 Ub>9kV，Uc〈3kV 时，报 C 相接地。
[0040]步骤三、如果没有诊断出PT断线，继续进行PT断线诊断；如果诊断出PT断线，系统切换至恒无功控制方式，同时诊断PT断线是否恢复；
[0041]步骤四、如果没有诊断到PT断线恢复，则系统继续处于恒无功控制方式；如果诊断到PT断线已经恢复，系统恢复到恒功率因数方式。
[0042]PT断线诊断方法是在系统能够调试PT诊断的基础上实施的，为了避免系统PT断线自诊断有故障不能正常运行，本系统中增设了调试PT诊断方法，能够进行PT断线情况模拟，PT诊断调试，保证了设备的正常生产。系统调试PT诊断的检测方法如图4所示，方法步骤包括:
[0043]步骤A.分别开启连接在多功能表和同步机之间的开关，进行PT断线情况模拟，三个开关分别断开，保证模拟情景的真实性和全面性。
[0044]步骤B.在PT断线时，系统检测能否自动切换到恒无功控制方式。根据PT断线判断依据，检查程序的运行，在PT断线或接地时，控制系统能否自动切换到恒无功控制方式。
[0045]步骤C.同步机正式运行后，PT断线调试；
[0046]步骤D.加入额定负载的10?80%进行试生产调试，PT断线检测正常后进行正常生产。PT断线自诊断和PT断线情况模拟能够保证系统运行性能良好，稳定性、可靠性都得到很大提高，系统启动成功率和断线切换率可达100%，完全满足生产和工艺的要求。
[0047]上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种PT断线诊断系统，其特征在于，该系统包括控制器、整流装置和连接采集主电机信号的多功能表，多功能表输出参数信号到控制器，控制器计算出电机系统所需电流给定值发送到整流装置，整流装置的输出端和控制器形成闭环回路，整流装置输出主电机所需的精确励磁电流。
2.根据权利要求1所述的PT断线诊断系统，其特征在于，所述多功能表连接到主电机信号的信号采集端，主电机信号采集端和多功能表之间设有进行断线情况模拟的三个模拟开关。
3.根据权利要求1所述的PT断线诊断系统，其特征在于，所述多功能表到控制器的信号传输和控制器到整流装置的信号传输由过程现场总线传递完成。
4.根据权利要求1所述的PT断线诊断系统，其特征在于，所述多功能表采集主电机的电压、电流信号，并计算出主电机的有功功率、无功功率、视在功率及功率因数参数。
5.根据权利要求4所述的PT断线诊断系统，其特征在于，所述多功能表采集主电机的电压信号为三相电压的电压值。
6.一种PT断线诊断方法，其特征在于，该方法包括如下步骤: 步骤一、同步机启动，主电机处于运行状态； 步骤二、根据检测到的同步机的三相电压判断PT是否断线； 步骤三、如果没有诊断出PT断线，继续进行PT断线诊断；如果诊断出PT断线，系统切换至恒无功控制方式，同时诊断PT断线是否恢复； 步骤四、如果没有诊断到PT断线恢复，则系统继续处于恒无功控制方式；如果诊断到PT断线已经恢复，系统恢复到恒功率因数方式。
7.根据权利要求6所述的PT断线诊断方法，其特征在于，所述PT断线诊断方法是在系统能够调试PT诊断的基础上实施的，系统调试PT诊断的检测方法为: 步骤A.分别开启连接在多功能表和同步机之间的开关，进行PT断线情况模拟； 步骤B.在PT断线时，系统检测能否自动切换到恒无功控制方式； 步骤C.同步机运行，PT断线调试； 步骤D.加入额定负载的10?80%进行试生产调试，PT断线检测正常后进行正常生产。
8.根据权利要求6所述的PT断线诊断方法，其特征在于，所述PT断线的诊断结果分为单相断线、双相断线、三相断线、三相失压和单相接地。
9.根据权利要求6所述的PT断线诊断方法，其特征在于，所述PT断线的判定依据为: (1)当三相线电压总和小于3KV且电机运行电流大于200A，三相线电压分别小于IKV时，输出PT三相失压； (2)当三相间的线电压总和大于3KV且小于等于9KV，电机运行电流大于400A，三相线电压分别小于3KV时，输出PT三相断线； (3)当三相线电压总和大于9KV且小于15KV时，三相中的一个线电压小于3KV时，输出小于3KV的线电压的双相断线； (4)当三相间的线电压总和大于等于15KV且小于25KV时,三相中的一个线电压值大于9KV时，与此相相邻的单相断线。
10.根据权利要求6所述的PT断线诊断方法，其特征在于，所述PT断线中的三相电压中任一相接地判定依据为:三相中同时两相相电压大于9KV,当第三相的相电压小于3KV时，小于3KV的相电压对应的相接地。
【文档编号】G01R31/02GK104297625SQ201410623716
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年11月7日 优先权日:2014年11月7日
【发明者】王光友, 苏国友, 张然, 罗宁 申请人:安徽马钢自动化信息技术有限公司, 马钢(集团)控股有限公司