电气自动化系统继电保护的安全技术分析

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  摘要:电气自动化向系统的使用只有短短的40年左右,但是由于整个电力电子技术的发展,以及国家相关政策的大力扶持,使得整个电气自动化系统异军突起,迅速占据了整个工业市场的主导地位,由于电气自动化主要依托高度集成化的电路板来实现,所以在实际的使用时相关继电保护的安全技术十分的重要,也是在全球范围内的电气研究所主要研究的方向。
  关键词:电气自动化;继电保护;安全技术
  引言:
  电气自动化的发展历史不是特别的长,就我国的情况而言,由于战乱以及战争结束后经济疲软,将最主要的精力放在了发展第一产业上,对于电气自动化一类科研领域不是特别的重视。但是随着整个世界工业的革命,高度集成的控制电路板取代了以前成百上千的继电器,我国对于相关领域的研究也逐渐的提上了日程,并且在21世纪初期,取得了不小的成就,在对整个电气自动化系统的继电保护部分,也为世界做出了不小的学术贡献。
  一、电气自动化继电保护的安全技术简介
  (一)电气自动化的简介
  电气自动化,全称是电气工程及其自动化,主要是依托高度集成的电气设备实现整个机器的无人化作业,做主要的优势在于,所有的电气自动化机器,都能够在确保生产效率的同时,保持整个工业生产流水线的生产质量。这主要是由于,电气自动化设备只会根据内部核心电路板所预设好的程序进行动作,所以不会出现在人为操作时出现的误差[1]。
  (三)电气自动化的发展历史
  我国对于相关电气自动化的研究工作开始于上个世纪的60年代左右,主要是由于当时世界格局的转变,以及我国自身意识到了电力电子技术对于未来的重要性,所以才由国家牵头,并选择了许多国内当时最有名气的大学联合来进行相关领域的探究工作,就目前的技术水平而言,排在我国前列的由陕西西安的西安交通大学以及中国科学研究院电气工程分院。
  (四)电气自动化继电保护的简介
  电气自动化设备由于贴合实际,需要在实际的工业范畴的使用中保持稳定可靠的工作状态,才能够确保整个工业生产线对于效率以及质量的要求。所以,继电保护电路应运而生[2]。
  继电保护电路,主要是依托集成电路板来对整个电力自动化系统进行保护的电路。根据使用的区域不同,又有不同的作用。在整流电路中,继电保护电路主要是对整个设备的输入电压进行监控,在输入电压大于整个设备的额定电压的时候进行自锁,也就是強制停止处于工作状态的电气设备。而在滤波以及逆变电路之中,则是对核心芯片的外围施加保护电路,因为整个电气设备最核心的部分就在于CPU控制板。
  二、电气自动化系统继电保护的主要问题
  (一)自主开发继电保护的能力不足
  就我国目前对于电力电子技术以及其他的一些用于电气工程及其自动化控制的学科的研究还不是特别的深入,在一些核心技术的研究方面所做的研究还是不足[3]。
  所以,在针对电气自动化系统继电保护的研究中,我国相关的科研团队显得十分的疲软,在对相关继电保护研究,主要还是依托国外高水准的研究成果来进行自我改造,但是国外一些高端的从事继电保护相关的研究的科研团队在研究该技术时花费了大量的时间和精力,有关继电保护技术的核心对外是不公开的,所以,我国即便是接触到了国际上最先进的电气自动化系统的继电保护技术,也还是掌握不到其核心部分的技术。
  (二)从事运维工作的专业人员匮乏
  电气自动化系统的继电保护不同于一般的机械设备,该保护电路主要是围绕价值较高的集成化CPU电路控制板来搭建的,其主要的功能也是为了对其进行保护,而在整个继电保护类的电路中,所使用的电气元件主要有两个类别,一个是常规的电子元器件,比如说电容还有电阻,而其中电容作为频繁充放电的元件,非常容易出现故障。而另一类的电气元件就是光耦类的芯片,该类芯片主要是通过光耦效应来实现对整个控制电路的保护,在实际的使用过程中,容易因为过电流导致发热使芯片被烧毁[4]。
  但是,由于我国目前的情况,设备的数量远大于从事相关运维工作的专业人员的数量,所以导致需要进行维护的电气自动化的继电保护电路无法在第一时间得到定时可靠的维护,导致整个系统保护电路的可靠性受到冲击。
  三、电气自动化系统继电保护的安全技术浅析
  (一)主流元件的选择
  随着整个社会对于电力系统发展观念的转变,以及相关的电力电子技术的发展,在目前的国际形势之下,所有的国家都在致力于研发出具有高度现代化的电力系统继电保护电路,而且由于电力系统所使用的硬件设备是无法进行回收再利用的,所以需要建立完善的清洁可持续系统,从而确保整个电力自动化系统不会丧失稳定性。
  套用相关公式可以得到,整流之后,电压有效值在312V左右。在IGBT受到闭合脉冲之后,处于断态时,反向并联二极管触发运行,除IGBT的基极之外,另外两极吸收了所有的输入电压。所以,两极的电压承载力必须要满足输入端电压的额定值,防止因为电压过大而使电路产生耗损。
  (二)槽路电容的设计
  电源实际设计时,变压器无法满足所有的输入信号都能够到达负载端,所以在对槽路电容部分的设计时,需要保证电路停止运行之后,输入端的电压流入电感电容之后,不会因为西安圈内的电能无法消耗,而对电路产生振荡。
  电路运行时输入端电压为,逆变时,一个整周期会产生大小相同矢量位置相反的±,推导得到电压有效值为。
  综合考虑,电阻选择在3Ω左右。实际输入电流为30A,电感控制在120μH以内。
  (三)整流元器件的选择
  整流输出的电压平均值为:
  =U≈2.34U
  =2.34×220V=514.8V
  电流平均值:输出电流平均值为
  =/ R   和大部分整流电路相同,流过三个储能元件的值为零,所以
  =
  在一个完整周期内,沿着X轴共会有六次达到峰值,平均每个二极管会出现两次,所以流经该元件的电流平均值为的l/3,也就是
  =/3=/3
  最大正向电压:
  ()/2,即×220V/2≈269.5V
  最大反向电压:
  U=×220V≈539V
  依据此次设计的要求,还有对器件参数的综合考量之后,发现IN4007的反向耐压为1000V,封装形式DO-41,可以满足设计的需要。
  (四)滤波电容的选择
  滤波电容器主在整个电路起着至关重要的作用,除了要对电压波动产生的波纹进行过滤以外,还要保证系统内电压的可靠性。在整流电路的实际使用时,由于其电压波动的功率大致在300Hz左右,为保证逆变电路在运行过程中保持稳定,必须要留有足够的安全余量,一般要求预留时间是纹波基波频率的8到10倍电容电压必须大于440(V)。故选用4700uF/400V的电解电容,2只进行串联。
  (五)無源功率因数校正
  就目前而言,主要使用的改变无缘功率因数的方法有三种,综合考虑之后,此次课题使用的是:在整流器与直流滤波电容之间串入无源直流电感Ld,形成无源校正电路,而且在具体的使用时,对器件的参数进行了微调。实际在微调的过程之中,要格外的注重所选择的相关的器件,由于不同种类的电气原件的特性是不一致的,如果在电路中使用到了无法正常满足电路需求的电子元器件,就会导致电路的性能受到影响。
  四、结束语
  电气工程及其自动化专业属于近些年来比较热门的专业,在从事相关领域研究工作的人也不在少数,其中对于电气自动化系统的继电保护的研究也是尤为重要,在实际的研究中,一方面需要从事相关继电保护研究的工作人员积极采纳国外的优秀继电保护的案例,再结合我国实际情况,开发出具有我国自主产权的继电保护系统。另一方面,需要不断的深入研究整个电气自动化系统继电保护知识。
  参考文献:
  [1]胡瑞. 电气自动化系统继电保护的安全技术分析[J]. 现代工业经济和信息化,2016,6(2):73-74.
  [2]吴龙江. 论电气自动化系统继电保护的安全技术分析探讨[J]. 工业,2017(2):00260-00260.
  [3]胡瑞. 电气自动化系统继电保护的安全技术分析[J]. 现代工业经济和信息化,2016,6(2):73-74
  [4]李月. 论电气自动化系统继电保护的安全技术[J]. 工业c,2016(5):00154-00154.
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