自動適應變頻電機的電流差動保護方法
2024-02-14 13:04:15
專利名稱：自動適應變頻電機的電流差動保護方法
技術領域：
本發明屬於電力系統繼電保護和自動化技術領域，具體涉及一種變頻電動機的差 動保護方法。
背景技術：
採用變頻器供電的變頻電動機具有較為寬泛的頻率運行區間，變頻供電對於高壓 電動機的繼電保護產生了很大的影響，尤其對作為大容量高壓電機主保護的電流差動保護 影響最大。因為常規差動保護裝置是基於工頻50Hz，不能正確保護寬範圍調速的高壓變頻 電動機。目前，現場對於加裝變頻器的電動機在變頻運行時採取了一定的臨時措施當運行 於變頻方式時，為避免電動機差動保護出現誤動，將對應的電動機差動保護裝置退出運行； 當運行於工頻方式時，再將差動保護裝置投入運行。國家繼電保護規程規定容量在2000kW及以上的電動機需裝設電流差動保護作 為主保護，容量在2000kW以下的電動機宜採用電流速斷保護作為主保護，當電流速斷保護 靈敏係數不滿足要求時，應裝設電流差動保護作為主保護根據上述規定，高壓變頻電動機將差動保護退出運行，是不符合國家繼電保護規 程的規定。但傳統的差動保護無法適應變頻電動機，所以研究開發適應變頻電動機的差動 保護是非常有意義的。
發明內容
本發明提供一種可以適應於變頻電機的電流差動保護方法，以克服傳統的工頻差 動保護的不足，其步驟包括一種自動適應變頻電機不同頻率工況的差動保護方法，該差動保護方法根據變頻 電機機端三相電流和中性點三相電流進行差動電流和制動電流的計算，進而形成分相的電 流差動保護，其特徵在於，所述電流差動保護方法包括以下步驟1)基於希爾伯特變換HHT，提取變頻電機機端的三相電流各個頻率分量的幅值和 相位信息，選取其中能量最大的頻率作為信號的主頻率，計算三相電流的主頻率分量Im的 幅值和相位，所述能量最大是指該頻率分量電流幅值最大；2)根據所述主頻率提取變頻電機中性點處三相電流的主頻率分量In的幅值和相 位；3)採用變頻電機機端三相電流主頻率分量Im和中性點主頻率分量In進行差動保 護計算，然後採用比率制動特性進行故障判別，其中，差動電流Icd= Im+Inl，制動電流Izd= In |，然後採用比率制動特性進 行故障判別，若(Izd，led)位於比率制動特性上方，認為變頻電機內部發生短路故障，否則 認為沒有故障。(Izd, led)是制動電流和差動電流形成的坐標點，文中提到的比率制動特性就是 以制動電流和差動電流作為橫坐標和縱坐標的特性曲線
本發明可以自動適應變頻電機在不同頻率的運行狀態，避免了常規的工頻電流差 動保護在變頻電機變頻運行時保護退出的問題，提高了變頻電機的保護能力。
圖1、變頻電機電流差動保護示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實例對本發明作進一步的詳細說明。如圖1所示為變頻器供電的變頻電機電流差動保護示意圖。本發明公開的變頻電 機差動保護方法，該差動保護方法根據變頻電機機端電流互感器CTl採集的三相電流和中 性點電流互感器CT2的三相電流進行差動電流和制動電流的計算，進而形成分相的電流差 動保護，判定為電動機故障時，差動保護裝置發出跳閘命令給斷路器，切斷供電，參照附圖 1，由於本發明是分相的電流差動，下面介紹其中一相的差動保護實現方法。本發明的變頻 電機電流差動保護方法包括以下步驟1)利用HHT變換將變頻電機機端的電流通過經驗模態分解分解成數個固有模態 函數，然後利用希爾伯特變換構造解析信號，得出機端電流的瞬時頻率和幅值。對於電流信號x(t)，可以構造它的解析信號如下X(t) = x(t)+jH{x(t)}其中H{x(t)}是信號x(t)的希爾伯特變換，即醜{x(0}=丄廣^dT
π J-c0 t-τ這樣，我們就獲得了信號相量的實部和虛部，進而得到相量的幅值和相位A(t) e3Ut) ,n^A(t) = ylx(t)2 +H{x(t)}2，θ (t) =arctan(H{x(t)}/x(t))再計算相位的變化率
進而得到該信號的頻率信息=，；
at考慮變頻電動機的實際運行情況，可以認為主頻率成分佔據信號的主要成分，其 他頻率分量可以視為諧波分量。選取其中能量最大(以幅值最大為能量大小判定依據)的 頻率作為信號的主頻率；本步驟可以獲取變頻電機機端CTl處電流的主頻率成分的相量，記為Im2)重複上述步驟，根據主頻率提取變頻電機中性點獲取中性點CT2電流的主頻率 分量的幅值和相位，記為In;3)根據步驟1和2獲取的變頻電機兩側電流主頻率成分Im和In來進行差動保護 計算。差動電流Icd= |lm+ln|，制動電流Izd= | In |，然後採用比率制動特性進行故障判 別，若(Izd，led)位於比率制動特性上方，認為發生故障，並發出跳閘命令給斷路器
開斷路器QS，隔離故障。否則認為沒有故障。
權利要求
一種自動適應變頻電機不同頻率工況的差動保護方法，該差動保護方法根據變頻電機機端三相電流和中性點三相電流進行差動電流和制動電流的計算，進而形成分相的電流差動保護，其特徵在於，所述電流差動保護方法包括以下步驟1)基於希爾伯特變換HHT，提取變頻電機機端的三相電流各個頻率分量的幅值和相位信息，選取其中能量最大的頻率作為信號的主頻率，計算三相電流的主頻率分量Im的幅值和相位，其中，所述能量最大是指該頻率分量電流幅值最大；2)根據所述主頻率提取變頻電機中性點處三相電流的主頻率分量In的幅值和相位；3)採用變頻電機機端三相電流主頻率分量Im和中性點主頻率分量In進行差動保護計算，然後採用比率制動特性進行故障判別，差動電流Icd＝|Im+In|，制動電流Izd＝|In|，然後採用比率制動特性進行故障判別，若(Izd，Icd)位於比率制動特性上方，認為變頻電機內部發生短路故障，否則認為沒有故障，其中，所述(Izd，Icd)是制動電流和差動電流形成的坐標點，所述比率制動特性是以制動電流和差動電流作為橫坐標和縱坐標的特性曲線。
全文摘要
本發明公開了一種適用於變頻電動機的電流差動保護方法，通過HHT(Hilbert-Huang Transform)變換，獲得非平穩信號的各個頻率分量的幅值和相位信息，選取其中能量最大(幅值最大)的頻率成分作為信號的主頻率，考慮變頻電動機的實際運行情況，主頻率成分佔據信號的主要成分，其他頻率分量可以視為諧波分量。取電動機首端和尾端三相電流的HHT變換的主成分頻率分量進行相量差動計算，形成基於HHT變換的差動保護原理。本發明可以自動適應變頻電動機在不同頻率下的運行狀態，避免了傳統的工頻差動保護無法保護變頻電動機的問題。
文檔編號H02H3/26GK101908753SQ20101021857
公開日2010年12月8日 申請日期2010年7月6日 優先權日2010年7月6日
發明者劉全, 吳景龍, 姚斌, 屠黎明, 張濤, 石維柱, 聶娟紅, 郭錫玖 申請人:北方聯合電力有限責任公司;北京四方繼保自動化股份有限公司;四方蒙華電(北京)自動化技術有限公司