一种应用于电动闸阀的电流自适应的过电流保护器及方法与流程

1.本发明涉及电气领域，具体涉及一种应用于电动闸阀的电流自适应的过电流保护器及方法。


背景技术：

2.对于电机类的电气设备在通电工作时，按照国家规范，都应当设置过电流的保护装置，用来保护用电设备。交流过电流继电器的工作原理是在电路工作正常时不动作，而当电流超过一定值时才产生吸合动作，带动触点动作。根据电气设计规范，过电流继电器保护值一般设置在额定电流的1.05-1.1倍。大部分继电器在使用之前，对于一个过电流继电器只能手动设置一个电流保护限值，固定使用，如果需要调整电流保护限值，就必须再次手动设置。
3.某些特殊的电动闸阀在工作时，由于采用的开启阀门和关闭阀门动作电压不同，导致工作的额定电流不同，同时在进行一些特殊试验，需要改变电动闸阀的工作电压，也会导致电动闸阀在不同的工作电压下，额定电流的不同。目前在使用过程中，均采用普通过电流继电器来进行电动闸阀动作过程中电流保护。如中国实用新型专利cn201821110310，cn201820926470等专利，在使用普通过流保护器进行电气设备保护时，都是预先设置一个电流保护限值，然后通过流保护器内部的电流采集单元模块，采集线路电流，通过一定的比较实际电流和预先设置的保护电流，让继电器输出相应触点信号。这些专利在需要频繁改变电流保护限值，并且需要精细化设置电流保护限值的电气设备的继电保护，具备一定的局限性。
4.然而，额定电流的不同，造成了过流继电器上面的电流调整会根据阀门的额定工作电压的不同而改变，采取普通的过流继电器进行电动闸阀电流保护带来了如下的弊端：
5.(1)普通过电流继电器上电流保护值固定设置为某一个值，每次都需要手动设置，带来操作的不便；(2)普通电流继电器设置的电流保护值不能跟随不同的工作电压变化而变化，尤其是在工作电压较大变化引起电动阀门工作电流出现较大变化，从而造成误判断。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是现有普通过流保护器在对电气设备(比如电动闸阀)保护时，电动闸阀在不同工作电压下，存在需要频繁手动设置过电流保护限值和需要精细化设置电流保护限值，不能根据电动闸阀不同工作电压的变化而自适应调整电流保护限值的问题。本发明目的在于提供一种应用于电动闸阀的电流自适应的过电流保护器及方法，在不同的工作电压下，通过实时提取电动闸阀在动作过程中的电流瞬时值，经过自适应过电流保护计算法，自动获取自适应的电流保护限值(即过电流保护值)，达到对电动闸阀工作过程的过电流保护作用，从而达到保护电动闸阀动作过程。
7.本发明应用于需要经常根据电气设备工作电压不同，而频繁设置电流保护限值的电气设备保护，如某些特殊的电动闸阀。
8.本发明通过下述技术方案实现：
9.第一方面，本发明提供了一种应用于电动闸阀的电流自适应的过电流保护器，该过流保护器包括：
10.采集单元，用于对电动闸阀动作过程中的电流瞬时波形进行采集，并将采集得到的电流瞬时波形模拟量信号传输至转换单元；
11.转换单元，用于接收电流瞬时波形模拟量信号，将电流瞬时波形模拟量信号转换成电压数字信号，并将电压数字信号传输至过电流自适应计算单元；
12.自适应过电流保护计算单元，用于对电压数字信号进行电流转换，得到电流数字信号；根据电流数字信号，采用自适应过电流保护计算法提取过电流保护值，得到过电流保护信号；
13.输出单元，用于根据过电流保护信号，通过继电器对外输出过电流保护信号至电动闸阀，实现对电动闸阀动作过程的保护。
14.进一步地，该过流保护器还包括：
15.输入单元，用于将电动闸阀的额定电流值输入至自适应过电流保护计算单元。
16.进一步地，输入单元采用高精度采样电阻实现输入。
17.进一步地，自适应过电流保护计算单元包括：
18.电压转换子单元，用于对电压数字信号进行电流转换，得到电流数字信号；
19.电流包络曲线提取子单元，用于根据电流数字信号，保留电流正弦波形的上半周，从电流正弦波形的上半周中提取电流峰值；根据电流峰值，得到电流包络曲线；
20.过电流保护限值自适应提取子单元，用于根据电流包络曲线，对电流包络曲线进行判断，即判断从电动闸阀开始动作时刻t，在n毫秒内是否形成一个波峰曲线；若在n毫秒内能够形成一个波峰曲线，则根据时刻t n到时刻t n m内的电流平均值，计算过电流保护值和实时电流；若在n毫秒内不能够形成一个波峰曲线，则根据实时电流与电动闸阀的额定电流值进行比较；
21.过电流判别子单元，用于判断过电流保护值与实时电流之间的关系，当实时电流大于过电流保护值，则通过输出单元输出过电流保护信号至电动闸阀。
22.进一步地，根据实时电流与电动闸阀的额定电流值进行比较，包括：
23.当实时电流大于电动闸阀的额定电流值，则通过输出单元输出过电流保护信号至电动闸阀；当实时电流小于等于电动闸阀的额定电流值，则通过输出单元输出异常信号至电动闸阀。
24.进一步地，根据时刻t n到时刻t n m内的电流平均值，计算过电流保护值和实时电流，包括：
25.计算电动闸阀正常启动结束时刻第n毫秒到电动闸阀启动成功后电流趋于未定的第n m毫秒之间的电流峰值平均值；
26.根据电流峰值平均值，计算电动闸阀的有效电流；有效电流＝电流峰值平均值/1.414；
27.根据有效电流，计算电动闸阀的过电流保护值；过电流保护值＝有效电流*1.1；
28.根据当前电流峰值，计算电动闸阀的实时电流；实时电流＝当前电流峰值/1.414。
29.进一步地，采集单元采用高响应速度和高精度的霍尔电流互感器，霍尔电流互感
器，用于将大瞬时电流转换小电压瞬时值。
30.进一步地，转换单元采用16位分辨率以上的ad转换芯片。
31.第二方面，本发明又提供了一种应用于电动闸阀的电流自适应的过电流保护控制方法，其特征在于，该方法应用于所述的一种应用于电动闸阀的电流自适应的过电流保护器；该方法包括：
32.对电动闸阀动作过程中的电流瞬时波形进行采集，得到电流瞬时波形模拟量信号；
33.将电流瞬时波形模拟量信号转换成电压数字信号，并对电压数字信号进行电流转换，得到电流数字信号；
34.根据电流数字信号，采用自适应过电流保护计算法提取过电流保护值，得到过电流保护信号；
35.根据过电流保护信号，通过继电器对外输出过电流保护信号至电动闸阀，实现对电动闸阀动作过程的保护。
36.进一步地，采用自适应过电流保护计算法提取过电流保护值，得到过电流保护信号，包括：
37.根据电流数字信号，保留电流正弦波形的上半周，从电流正弦波形的上半周中提取电流峰值；根据电流峰值，得到电流包络曲线；
38.根据电流包络曲线，对电流包络曲线进行判断，即判断从电动闸阀开始动作时刻t，在n毫秒内是否形成一个波峰曲线；若在n毫秒内能够形成一个波峰曲线，则根据时刻t n到时刻t n m内的电流平均值，计算过电流保护值和实时电流；若在n毫秒内不能够形成一个波峰曲线，则根据实时电流与电动闸阀的额定电流值进行比较，包括：当实时电流大于电动闸阀的额定电流值，则通过输出单元输出过电流保护信号至电动闸阀；当实时电流小于等于电动闸阀的额定电流值，则通过输出单元输出异常信号至电动闸阀；
39.判断过电流保护值与实时电流之间的关系，当实时电流大于过电流保护值，则通过输出单元输出过电流保护信号至电动闸阀。
40.进一步地，根据时刻t n到时刻t n m内的电流平均值，计算过电流保护值和实时电流，包括：
41.计算电动闸阀正常启动结束时刻第n毫秒到电动闸阀启动成功后电流趋于未定的第n m毫秒之间的电流峰值平均值；
42.根据电流峰值平均值，计算电动闸阀的有效电流；有效电流＝电流峰值平均值/1.414；
43.根据有效电流，计算电动闸阀的过电流保护值；过电流保护值＝有效电流*1.1；
44.根据当前电流峰值，计算电动闸阀的实时电流；实时电流＝当前电流峰值/1.414。
45.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
46.本发明一种应用于电动闸阀的电流自适应的过电流保护器及方法，在不同的工作电压下，通过实时提取电动闸阀在动作过程中的电流瞬时值，经过自适应过电流保护计算法，自动获取自适应的电流保护限值(即过电流保护值)，达到对电动闸阀工作过程的过电流保护作用，从而达到保护电动闸阀动作过程。具体地：(1)本发明能够实时的对过电流保护器的保护电流值进行自动设定，能够达到保护电动闸阀动作过程；且电流保护值能够自
适应电动闸阀工作电压的变化，而克服普通过电流保护器需要不断的根据外界电压变化，频繁进行保护值设定。(2)本发明自动获取电流保护限值，经过自适应过电流保护计算单元的自动运算，在电动闸阀电流超过一定倍数后(1.1倍)，通过继电器向外输出保护信号。
附图说明
47.此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
48.图1为本发明一种应用于电动闸阀的电流自适应的过电流保护器的结构示意图。
49.图2为本发明一种应用于电动闸阀的电流自适应的过电流保护器的执行过程示意图。
50.图3为本发明实施例的电流包络曲线示意图。
51.图4为本发明一种应用于电动闸阀的电流自适应的过电流保护控制方法的流程图。
具体实施方式
52.在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所发明的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
53.在本发明的各种实施例中，表述“或”或“a或/和b中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“a或b”或“a或/和b中的至少一个”可包括a、可包括b或可包括a和b二者。
54.在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。
55.应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。
56.在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义
相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
57.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
58.基于现有普通过流保护器在对电气设备(比如电动闸阀)保护时，电动闸阀在不同工作电压下，存在需要频繁手动设置过电流保护限值和需要精细化设置电流保护限值，不能根据电动闸阀不同工作电压的变化而自适应调整电流保护限值的问题。本发明设计了一种应用于电动闸阀的电流自适应的过电流保护器及方法，在不同的工作电压下，通过实时提取电动闸阀在动作过程中的电流瞬时值，经过自适应过电流保护计算法，自动获取自适应的电流保护限值(即过电流保护值)，达到对电动闸阀工作过程的过电流保护作用，从而达到保护电动闸阀动作过程。本发明过电流保护器可推广于各种需要继电保护的电气设备。
59.本发明过电流保护器包括采集单元、转换单元、自适应过电流保护计算单元、输出单元和输入单元，其中采集单元完成电动闸阀动作过程电流瞬时波形采集，将信号传输至转换单元；转换单元完成将采集单元输出的信号转换程数字信号，传输至自适应过电流保护计算单元进行算法处理；自适应过电流保护计算单元是实现电流转换、电流保护值自适应的提取、电流保护等处理；输出单元实现过电流保护器保护信号通过继电器对外进行输出；输入单元接收电动闸阀额定电流值并输入。
60.本发明首先通过电流采集单元，实时获取电动闸阀工作过程瞬时电流波形，通过ad转换传入自适应过电流保护计算单元，获取电动阀门的启动曲线，从而从启动曲线上获取到本次电动闸阀保护的电流设定值，起到保护电动闸阀动作过程的作用。解决了现有技术中需要频繁手动设置过电流保护限值和需要精细化设置电流保护限值，不能根据电动闸阀不同工作电压的变化而自适应调整电流保护限值的问题。
61.实施例1
62.如图1所示，本发明一种应用于电动闸阀的电流自适应的过电流保护器，该过流保护器包括：
63.采集单元，用于对电动闸阀动作过程中的电流瞬时波形进行采集，并将采集得到的电流瞬时波形模拟量信号传输至转换单元；采集单元采用高响应速度和高精度的霍尔电流互感器，霍尔电流互感器，用于将大瞬时电流转换小电压瞬时值。
64.转换单元，用于接收电流瞬时波形模拟量信号，将电流瞬时波形模拟量信号转换成电压数字信号，并将电压数字信号传输至过电流自适应计算单元；转换单元采用16位分辨率以上的ad转换芯片。
65.自适应过电流保护计算单元，用于对电压数字信号进行电流转换，得到电流数字信号；根据电流数字信号，采用自适应过电流保护计算法提取过电流保护值，得到过电流保护信号；
66.具体地，自适应过电流保护计算单元的执行过程如图2所示，自适应过电流保护计算单元包括：
67.电压转换子单元，用于对电压数字信号进行电流转换，得到电流数字信号；
68.电流包络曲线提取子单元，用于根据电流数字信号，保留电流正弦波形的上半周，从电流正弦波形的上半周中提取电流峰值；根据电流峰值，得到电流包络曲线，如图3所示，根据电流包络曲线，图3中t代表电动闸阀开始动作时刻，t n代表用于正常启动结束的时刻(n对于不同的电动闸阀一般在300毫秒以内)，t n m代表电动闸阀启动成功后电流趋于未定的区间(m一般取100毫米-200毫米)。
69.过电流保护限值自适应提取子单元，用于根据电流包络曲线，对电流包络曲线进行判断，即判断从电动闸阀开始动作时刻t，在n毫秒内是否形成一个波峰曲线；若在n毫秒内能够形成一个波峰曲线，则根据时刻t n到时刻t n m内的电流平均值，计算过电流保护值和实时电流；若在n毫秒内不能够形成一个波峰曲线，则根据实时电流与电动闸阀的额定电流值进行比较，包括：当实时电流大于电动闸阀的额定电流值，则通过输出单元输出过电流保护信号至电动闸阀；当实时电流小于等于电动闸阀的额定电流值，则通过输出单元输出异常信号至电动闸阀。
70.具体地，根据时刻t n到时刻t n m内的电流平均值，计算过电流保护值和实时电流，包括：
71.计算电动闸阀正常启动结束时刻第n毫秒到电动闸阀启动成功后电流趋于未定的第n m毫秒之间的电流峰值平均值；
72.根据电流峰值平均值，计算电动闸阀的有效电流；有效电流＝电流峰值平均值/1.414；
73.根据有效电流，计算电动闸阀的过电流保护值；过电流保护值＝有效电流*1.1；
74.根据当前电流峰值，计算电动闸阀的实时电流；实时电流＝当前电流峰值/1.414。
75.过电流判别子单元，用于判断过电流保护值与实时电流之间的关系，当实时电流大于过电流保护值，则通过输出单元输出过电流保护信号至电动闸阀。
76.输出单元，用于根据过电流保护信号，通过继电器对外输出过电流保护信号至电动闸阀，且控制继电器输出无源信号，实现对电动闸阀动作过程的保护。
77.作为进一步地实施，该过流保护器还包括：
78.输入单元，用于将电动闸阀的额定电流值输入至自适应过电流保护计算单元，输入单元采用高精度采样电阻，实现额定工作电压380v下，对应的电流保护限值的设定。
79.本发明具有如下优势：
80.1、本发明能够实时的对过电流保护器的保护电流值进行自动设定，能够达到保护电动闸阀动作过程；且电流保护值能够自适应电动闸阀工作电压的变化，而克服普通过电流保护器需要不断的根据外界电压变化，频繁进行保护值设定。
81.2、本发明自动获取电流保护限值，经过自适应过电流保护计算单元的自动运算，在电动闸阀电流超过一定倍数后(1.1倍)，通过继电器向外输出保护信号。
82.实施例2
83.如图4和图2所示，本实施例与实施例1的区别在于，本实施例提供了一种应用于电动闸阀的电流自适应的过电流保护控制方法，该方法应用于实施例1所述的一种应用于电动闸阀的电流自适应的过电流保护器；
84.如图4所示，该方法包括：
85.对电动闸阀动作过程中的电流瞬时波形进行采集，得到电流瞬时波形模拟量信
号；
86.将电流瞬时波形模拟量信号转换成电压数字信号，并对电压数字信号进行电流转换，得到电流数字信号；
87.根据电流数字信号，采用自适应过电流保护计算法提取过电流保护值，得到过电流保护信号；
88.根据过电流保护信号，通过继电器对外输出过电流保护信号至电动闸阀，实现对电动闸阀动作过程的保护。
89.作为进一步地实施，如图2所示，采用自适应过电流保护计算法提取过电流保护值，得到过电流保护信号，包括：
90.根据电流数字信号，保留电流正弦波形的上半周，从电流正弦波形的上半周中提取电流峰值；根据电流峰值，得到电流包络曲线；
91.根据电流包络曲线，对电流包络曲线进行判断，即判断从电动闸阀开始动作时刻t，在n毫秒内是否形成一个波峰曲线；若在n毫秒内能够形成一个波峰曲线，则根据时刻t n到时刻t n m内的电流平均值，计算过电流保护值和实时电流；若在n毫秒内不能够形成一个波峰曲线，则根据实时电流与电动闸阀的额定电流值进行比较，包括：当实时电流大于电动闸阀的额定电流值，则通过输出单元输出过电流保护信号至电动闸阀；当实时电流小于等于电动闸阀的额定电流值，则通过输出单元输出异常信号至电动闸阀；
92.判断过电流保护值与实时电流之间的关系，当实时电流大于过电流保护值，则通过输出单元输出过电流保护信号至电动闸阀。
93.作为进一步地实施，根据时刻t n到时刻t n m内的电流平均值，计算过电流保护值和实时电流，包括：
94.计算电动闸阀正常启动结束时刻第n毫秒到电动闸阀启动成功后电流趋于未定的第n m毫秒之间的电流峰值平均值；
95.根据电流峰值平均值，计算电动闸阀的有效电流；有效电流＝电流峰值平均值/1.414；
96.根据有效电流，计算电动闸阀的过电流保护值；过电流保护值＝有效电流*1.1；
97.根据当前电流峰值，计算电动闸阀的实时电流；实时电流＝当前电流峰值/1.414。
98.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。