专利名称：工业供电网断电识别方法及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及工业供电网中工作电源母线上连接有大量电动机时快速识别断电的方法及其应用。
现行的断电识别都沿用低电压的方法，例如工厂变电站普遍采用的备用电源自投入装置就是按照低电压加时延的原理动作的。在工作电源母线上连接有大量电动机时，特别是连接有高压同步电动机时，由于在断电瞬间电动机转动系统所贮存的能量不可能立即耗净，母线电压不可能迅速下降，此后，随着转动系统所贮存能量的耗散，转子惰走，等到母线电压下降到低电压继电器的整定值再经一定的时延后，投入备用电源时，由于母线上所连接的同步电动机早已失步，势必造成非同期合闸。对于某些由于负载力矩的性质必须降压起动的异步电动机来说，也必将引起大电流冲击。所以，现行的备用电源自投入装置对母线上所连接的电动机的安全构成了潜在的威胁。因此，很多厂矿的这种装置被迫停用。问题是，用户动机在停用这种装置之后并未能避免类似情况的出现。原因是由于众多的原因，这种短时间的断电之后突然上电的情况随时都有可能发生，特别是，从用户到发电厂之间的为数众多的开关普遍地采用了自动重合闸，重合时限都在1秒以上，所以自动重合闸动作时，同步电动机早已失步。因此，自动重闸也对用户电动机的安全构成了潜在的威胁。由此可见，现行的断电识别方法应用到工业供电领域时弊病很大。统计表明，由此造成的直接经济损失每年近千万元人民币。
本发明的目的，为了揭示工业供电网中断电瞬间电气参量的行为，寻找快速响应的断电识别方法，应用到备用电源自投入装置以实现无时限动作，从而既保证供电的连续性，又对用户电动机的安全没有任何威胁。
本发明方案如下，下面结合
如下图1为同步电动机电压电势相量图；图2为以备用电源电压为基准电压的断电识别方法原理框图；图3为用人工方法实现基准电压的断电识别方法原理框图。
附图编号说明工作电源电压互感器(1)、备用电源电压互感器(2)、工作电源电压滤序滤波环节(3)、备用电源电压滤序滤波环节(4)、工作电源电压波形变换环节(5)、备用电源电压波形变换环节(6)、电压动态相位突变量测量捕捉环节(7)、人工基准电压形成环节(8)。
结合
工作原理如下本发明测量工作电源电压的动态相位角，捕捉电压相位角在断电瞬间发生的滞后性突变量，作为识别断电的判据。其原理如下所述假设在时刻t发生断电，那么在t之前直到t-，母线所连接的同步电动机一直工作在电动机状态，其端电压V1、感应电势E的相量图如图1所示。在断电后瞬间t+，同步电动机转入发电机状态运行，此时其端电压V2要落后于其感应电势一定角度，由于同步电机转速在时刻t+还来不及变化，感应电势E(t+)=E(t-)=E。由图1可知，同步电动机端电压相位在时刻t发生滞后性突变。如果断电前同步电机处于额定运行状态，这一突变量约为30°。异步电动机在断电瞬间的行为与同步电动机相似，从略。
图2、图3为两个实施例的原理框图。工作电源电压信号及备用电源电压信号从各自电压互感器采得，经各自的滤序滤波环节之后，获得各自正序基波信号。波形变换环节用来将信号转变为只含有动态相位信息的方波，送入电压动态相位突变量测量环节，以捕捉工作电源断电瞬间电压相位发生的滞后性突变量，这种相位突变量出现的时刻就是断电的时刻。
对本发明所提供的实施例叙述如下一般情况下，断电前工作电源电压和备用电源电压相位相差不大，因此，实施例1中将备用电源电压作为基准电压，利用各种可行的动态相位测量方法测量工作电源电压和备用电源电压间的相位差，来捕捉工作电源电压相位发生突变的时刻，作为断电的时刻。其原理框图如图2所示。
实施例2中，用人工方法设立一基准电压，其频率和相位与断电前工作电源电压频率和相位完全相同，利用各种动态相位测量方法测量工作电源电压相位发生突变的时刻，作为断电的时刻。其原理框图如图3所示。
通过电压互感器采集到的电压信号，在输入到波形变换环节之前，可以通过一个滤序滤波环节，以得到正序基波信号。这样作的目的，是为了防止在断电瞬间电压信号中存在的高次谐波以及负序、零序分量使得动态相位测量结果出现误差，影响发生相位突变时刻的正确捕捉。
本发明的一个实际应用是快速响应备用电源自投入装置，这可以通过本发明的任一个实施例，在电压动态相位突变量测量捕捉环节(7)捕捉到断电时刻后立即发信号断开工作电源进线开关并合上备用电源开关来完成。这种快速响应备用电源自投入装置的优点是，在断电瞬间，备用电源自投入装置立即动作，同步电动机转子还来不及惰走，因而不会失步；异步机转速也不可能大幅下降，因而不会有大电流冲击。而且可以避免由于备用电源自投入装置动作后由于电动机群的自起动而造成的母线电压大幅度下降。同时，由于供电网络的自动重合闸远远慢于这种快速响应备用电源自投入装置，因而避免了由于自动重合闸动作造成的对电动机的大电流冲击的可能。由上述可见，这种快速响应备用电源投入装置不仅在更高的标准上实现了对用户供电的连续性，保证了用户生产工艺关于连续运转的要求，而且作为一种保护装置工作，使用户电机在突然断电之后又突然上电时不会遭受大电流冲击。
本发明也可以用来实现快速响应断电保护装置，这可以通过本发明的任一个实施例，在电压动态相位突变量测量捕捉环节(7)捕捉到断电时刻后立即发信号给工作电源母线上所连接的电动机保护装置，作出跳闸或灭磁等相应处理，以避免此后可能发生的突然上电对电动机的安全带来危险。这种断电保护装置对那些暂时还没有备用电源的用户特别有意义。
本发明的优点是，灵敏度高，响应速度快，可以在断电的实时时刻捕捉到断电信号。
本发明在广大的工矿企业，特别是钢铁、化工、石化、供水等众多大中型厂矿具有良好的应用前景。
权利要求
1．工业供电网断电识别方法，其特征在于，利用各种可行的动态相位测量方法，捕捉电压相位角在断电瞬间发生的滞后性突变量，作为识别断电的判据。
2．根据权利要求1所述的断电识别方法，其特征在于，将备用电源电压作为基准电压，利用各种可行的动态相位测量方法测量工作电源电压和备用电源电压间的相位差，来捕捉工作电源电压相位发生突变的时刻，作为断电的时刻。
3．根据权利要求1所述的断电识别方法，其特征在于，用人工方法建立一个基准电压，其频率和相位与断电前工作电源电压的频率和相位完全相同。利用各种可行的动态相位测量方法测量工作电源电压和这一人工基准电压之间的相位差，来捕捉工作电源电压相位发生突变的时刻，作为断电的时刻。
4．根据权利要求1所述的断电识别方法，其特征在于，通过电压互感器采集到的电压信号，可以通过一个滤序滤波环节，以得到正序基波信号。
5．使用工业供电网断电识别方法的自动化装置、继电保护装置等设备，其特征在于，使用本发明提供的断电识别方法，应用于备用电源自投入装置、断电保护装置、断电报警装置等。
全文摘要
本发明涉及工业供电网中工作电源母线上连接有大量电动机时快速识别断电的方法及其应用,其特征在于,利用各种可行的动态相位测量方法,捕捉电压相位角在断电瞬间发生的滞后性突变量,作为识别断电的判据。应用这种方法可以使工矿企业变电站普通采用的备用电源自投入装置响应加速,实现无时限动作,克服现行备用电源自投入装置的弊病,使其既能在更高的标准上最大限度地满足生产工艺关于连续运转的要求,又对各种随时可能发生的突然性断电后又突然性上电可能给用户电动机带来的危险具有保护作用。本发明在钢铁、化工、石化、供水等大中型厂矿企业具有广阔的应用前景。
文档编号H02J9/06GK1214562SQ9811530
公开日1999年4月21日 申请日期1998年6月15日 优先权日1998年6月15日
发明者王如堂, 王唯真 申请人:王如堂