一种断路器储能电机保护及控制系统和方法与流程

1.本发明涉及储能电机控制领域，尤其是一种断路器储能电机保护及控制系统和方法。


背景技术：

2.弹簧操作机构在高压断路器中的应用最为常见，其组成部分包括弹簧、储能系统、棘轮、操动机构和连杆等，主要原理是在断路器合闸动作完成后，通过启动储能电机来带动并拉伸弹簧，为下一次分合闸动作存储能量。现阶段，储能电机的控制一般由一次操作机构直接完成，控制策略单一，电机瞬时负载压力大，且电机启动期间缺乏必要的状态监视、故障判断和保护控制机制，严重的将直接影响储能电机和操作机构的使用寿命和安全性能。
3.随着变电站一二次融合概念的提出，采用智能数字化设备来实现断路器的参数监测和保护控制，为优化储能电机的保护和控制策略提供了可行条件。在储能电机运行过程中，电机电流不仅可以反映电机线圈以及控制电源的状态，而且还可以间接反映转动轴以及储能弹簧的部分状态。因此，通过监测储能电机电流状态来优化调整电机控制策略，可以最大限度保障储能电机运行的可靠性、安全性，提升使用寿命。


技术实现要素：

4.为解决目前断路器操作机构内储能电机运行控制存在的风险和问题，本发明提供一种断路器储能电机保护及控制系统和方法，其通过对储能电机电流的采集分析，对电机运行过程进行实时故障监测，若判断存在过流或电机超时故障，则通过接点控制实现储能电机的急停和闭锁，并将监测信息上送至变电站监控后台，从而保障储能电机的运行安全，提高储能电机的使用寿命。
5.本发明采用的一种技术方案为：一种断路器储能电机保护及控制系统，其包括储能电机电流采集模块、两段过流保护模块、电机超时保护模块、电机启停控制模块和监测数据汇集上送模块；
6.所述的储能电机电流采集模块用于采集和计算三相储能电机电流，并将三相储能电机电流数据发送给两段过流保护模块；
7.所述的两段过流保护模块包括瞬时速动i段和延时动作ii段，设置两段过流保护的电流和时间定值，当储能电机电流满足瞬时速动i段或延时动作ii段保护逻辑时，将送出告警信号和急停指令，从而停止储能电机供电，实现储能电机的过流保护功能；
8.所述的电机超时保护模块用于监视电机运转时间，设置电机超时保护的时间定值，当电机启动后开始计算，如电机运行时间超过定值设定的时长，则触发“电机超时告警”，并闭锁储能电机运转，需进行检修并复归确认后储能电机方可继续投入使用；
9.所述的电机启停控制模块使用3付常开接点实现对储能电机启停的控制，该3付常开接点闭合后可分别驱动交流电源接触器的三相合闸线圈，交流电源接触器三相合闸后为储能电机进行供电，实现电机的启动；反之，若该3付常开接点断开，则交流电源接触器断
开,储能电机停止转动；
10.所述的监测数据汇集上送模块通过光纤网络将采集到的储能电机状态信息和电流信息上送至变电站监控后台，作为评估储能电机设备的工作状态和健康趋势重要历史数据。
11.所述的电机启停控制模块的3付常开接点可以通过所述的两段过流保护模块、电机超时保护模块进行急停和闭锁控制，实现在异常状态下对储能电机的可靠保护。
12.进一步地，所述的储能电机电流采集模块包括霍尔电流传感器、采样处理板卡和软件计算处理单元，霍尔电流传感器串接在储能电机控制回路的电缆上，通过串口线将采集到的三相储能电机电流输送至采样处理板卡，进行模拟信号调理滤波和ad转换，软件计算处理单元将获取到的电流数据进行计算和存储，供后级模块调用。
13.进一步地，所述的电机超时保护模块通过硬开入接收储能电机控制指令，当开入启动后触发模块计时，若在设定的“电机超时保护时间”定值范围内控制指令仍未返回，则闭锁电机运转出口，待问题排查清楚后，通过复归按钮进行确认，方可继续控制储能电机的启停。
14.更进一步地，当三相储能电机控制指令同时启动时，为防止电机瞬时启动功率过大，将会根据指令先后顺序间隔t1时间(如1秒)依次驱动三相储能电机控制回路。
15.进一步地，所述的电机启停控制模块正常情况下由三相电机控制开入驱动，当三相控制开入同时接通电压时，为防止电机瞬时启动功率过大，将会根据指令先后顺序间隔t1时间(如1秒)依次驱动三相储能电机控制回路。
16.进一步地，所述的电机启停控制模块同样通过硬开入接收储能电机控制指令，当接收到控制指令后，将驱动3付常开接点闭合，3付常开接点分别串接在汇控柜内kma、kmb、kmc三个外扩继电器回路中，当常开接点闭合时将会驱动3个外扩继电器动作，而外扩继电器的常开接点则串接在三相储能电机的供电回路，用以控制储能电机的启停。
17.本发明采用的另一种技术方案为：一种断路器储能电机保护及控制方法，其采集三相储能电机电流，同时配置3付常开接点实现对储能电机的启停控制，通过两段过流保护和电机超时保护对电机运行过程进行实时监视和调节控制，一旦发现异常则断开电机供电回路，保护储能电机运行安全，同时通过光纤网络将采集到的储能电机电流信息上送至变电站监控后台，作为评估储能电机设备的工作状态和健康趋势重要历史数据。
18.进一步地，所述的3付常开接点闭合后可分别驱动交流电源接触器的三相合闸线圈，交流电源接触器三相合闸后为储能电机进行供电，实现电机的启动；反之，若该3付常开接点断开，则交流电源接触器断开，储能电机停止转动。
19.更进一步地，所述两段过流保护的具体内容如下：根据测量电流的幅值和持续时间，配置两段过流保护，包括瞬时速动的i段和延时动作的ii段，过流保护动作后，将断开开入至储能电机交流电源接触器的3付接点，从而停止储能电机供电，实现储能电机的过流保护功能。
20.进一步地，所述电机超时保护的具体内容如下：在启动储能电机后开始计时，若电机运行的时间超过预设的定值，则输出“电机超时报警”信号，并断开开入至储能电机交流电源接触器的3付接点，从而停止储能电机供电，实现储能电机的超时保护功能。
21.进一步地，当三相储能电机控制指令同时启动时，为防止电机瞬时启动功率过大，
将会根据指令先后顺序间隔t1时间(如1秒)依次驱动三相储能电机控制回路。
22.本发明具有以下有益效果：本发明通过对储能电机电流的采集分析，对电机运行过程进行实时故障监测，若判断存在过流或电机超时故障，则通过接点控制实现储能电机的急停和闭锁，并将监测信息上送至变电站监控后台，从而保障储能电机的运行安全，提高了储能电机的使用寿命。
附图说明
23.图1是本发明实施例中储能电机保护及控制系统的结构示意图；
24.图2是本发明实施例中储能电机控制逻辑示意图；
25.图3是本发明实施例中储能电机控制回路示意图。
具体实施方式
26.以下结合说明书附图对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
27.实施例1
28.如附图1所示的一种断路器储能电机保护及控制系统，其包括储能电机电流采集模块、两段过流保护模块、电机超时保护模块、电机启停控制模块及监测数据汇集上送模块共5个组成部分。
29.储能电机电流采集模块用于采集和计算三相储能电机电流，以供后级模块调用。所述的储能电机电流采集模块包括霍尔电流传感器、采样处理板卡和软件计算处理单元，霍尔电流传感器穿心接入储能电机控制回路的电缆，并由汇控柜内24v直流电源供电；当储能电机运转时，传感器依据霍尔效应通过串口线将采集到的三相储能电机电流输送至采样处理板卡，采样处理板卡进行模拟信号调理滤波和ad转换，还原实测电流数值，软件计算处理单元将获取到的电流数据进行计算和存储。
30.所述的两段过流保护模块包括瞬时速动i段和延时动作ii段，设置两段过流保护的电流和时间定值，当储能电机电流满足瞬时速动i段或延时动作ii段保护逻辑时，将送出告警信号和急停指令，从而停止储能电机供电，实现储能电机的过流保护功能。
31.所述的电机超时保护模块用于监视电机运转时间，设置电机超时保护的时间定值，当电机启动后开始计算，如电机运行时间超过定值设定的时长，则触发“电机超时告警”，并闭锁储能电机运转，需进行检修并复归确认后储能电机方可继续投入使用。
32.所述的电机启停控制模块使用3付常开接点实现对储能电机启停的控制，该3付常开接点闭合后可分别驱动交流电源接触器的三相合闸线圈，交流电源接触器三相合闸后为储能电机进行供电，实现电机的启动；反之，若该3付常开接点断开，则交流电源接触器断开,储能电机停止转动。
33.所述的电机超时保护模块通过硬开入接收储能电机控制指令，当开入启动后触发模块计时，若在设定的“电机超时保护时间”定值范围内控制指令仍未返回，则闭锁电机运转出口，待问题排查清楚后，通过复归按钮进行确认，方可继续控制储能电机的启停。附图2中延时t即为“电机超时保护时间”，默认值为10秒。
34.附图2中t1为“储能电机启动间隔时间”定值，默认值为1秒。所述的电机启停控制
模块正常情况下由三相电机控制开入驱动，当三相控制开入同时接通电压时，为防止电机瞬时启动功率过大，将会根据指令先后顺序间隔t1时间依次驱动三相储能电机控制回路。
35.所述的电机启停控制模块同样通过硬开入接收储能电机控制指令，当接收到控制指令后，将驱动3付常开接点闭合，如附图3所示，3付常开接点分别串接在汇控柜内kma、kmb、kmc三个外扩继电器回路中，当常开接点闭合时将会驱动3个外扩继电器动作，而外扩继电器的常开接点则串接在三相储能电机的供电回路，用以控制储能电机的启停。
36.结合附图1，在储能电机运转过程中，如电机启停控制模块接收到两段过流保护模块的急停信号，或电机超时保护模块的闭锁信号，都会立刻断开3付接点，从而断开储能电机的供电回路，停止电机运转直至故障排除。
37.监测数据汇集上送模块用于将储能电机采样和监视过程的模拟量数据、告警信号、录波文件上送至变电站监控后台，通过lc型光网口发送基于iec61850规约的mms格式报文，报文内包含上述监测数据，汇集后经由光缆接入站内交换机网络，最终实现与后台的数字链路通信。
38.实施例2
39.本实施例提供一种断路器储能电机保护及控制方法，其采集三相储能电机电流，同时配置3付常开接点实现对储能电机的启停控制，通过两段过流保护和电机超时保护对电机运行过程进行实时监视和调节控制，一旦发现异常则断开电机供电回路，保护储能电机运行安全，同时通过光纤网络将采集到的储能电机电流信息上送至变电站监控后台。
40.所述的3付常开接点分别串接在汇控柜内kma、kmb、kmc三个外扩继电器回路中，当常开接点闭合时将会驱动3个外扩继电器动作，而外扩继电器的常开接点则串接在三相储能电机的供电回路，用以控制储能电机的启停。
41.所述的3付常开接点闭合后可分别驱动交流电源接触器的三相合闸线圈，交流电源接触器三相合闸后为储能电机进行供电，实现电机的启动；反之，若该3付常开接点断开，则交流电源接触器断开，储能电机停止转动。
42.所述两段过流保护的具体内容如下：根据测量电流的幅值和持续时间，配置两段过流保护，包括瞬时速动的i段和延时动作的ii段，过流保护动作后，将断开开入至储能电机交流电源接触器的3付接点，从而停止储能电机供电，实现储能电机的过流保护功能。
43.所述电机超时保护的具体内容如下：在启动储能电机后开始计时，若电机运行的时间超过预设的定值，则输出“电机超时报警”信号，并断开开入至储能电机交流电源接触器的3付接点，从而停止储能电机供电，实现储能电机的超时保护功能。
44.当三相储能电机控制指令同时启动时，为防止电机瞬时启动功率过大，将会根据指令先后顺序间隔t1时间(默认值为1秒)依次驱动三相储能电机控制回路。
45.本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。