本發(fā)明涉及在高壓變頻系統(tǒng)中如何實(shí)現(xiàn)變頻電動(dòng)機(jī)的差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作邏輯，屬于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著廠網(wǎng)分家、競(jìng)價(jià)上網(wǎng)等政策的逐步實(shí)施，發(fā)電廠降低廠用電率勢(shì)在必行。變頻電動(dòng)機(jī)以其優(yōu)異的調(diào)速、起動(dòng)和制動(dòng)性能，在發(fā)電廠的風(fēng)機(jī)類(lèi)和泵類(lèi)負(fù)載中得到廣泛的應(yīng)用。對(duì)發(fā)電廠輔機(jī)進(jìn)行高壓變頻技術(shù)改造，能夠?qū)崿F(xiàn)電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)，減小電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流，減少對(duì)電動(dòng)機(jī)定子繞組絕緣層的沖擊和機(jī)械磨損。同時(shí)，傳統(tǒng)的機(jī)械節(jié)流調(diào)節(jié)方式經(jīng)濟(jì)性較差，將其改為變頻調(diào)速，能夠有效降低廠用電率，提高系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)效率。

相對(duì)于變頻改造帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益，保證輔機(jī)設(shè)備的安全可靠運(yùn)行也是發(fā)電廠重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。不論何種形式的變頻器，在運(yùn)行中均產(chǎn)生不同程度的諧波電壓和電流，使電動(dòng)機(jī)在非正弦電壓、電流下運(yùn)行。變頻器給電動(dòng)機(jī)帶來(lái)了諧波以及發(fā)熱等問(wèn)題，對(duì)設(shè)備的長(zhǎng)期運(yùn)行產(chǎn)生一定的影響。傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)是基于工頻設(shè)計(jì)的，加裝變頻器后電流頻率非50Hz，變頻運(yùn)行時(shí)不得不退出差動(dòng)保護(hù)，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的保護(hù)僅依賴(lài)于變頻器自帶的保護(hù)功能。根據(jù)國(guó)家繼電保護(hù)規(guī)程的規(guī)定，2MW及以上的電動(dòng)機(jī)均應(yīng)設(shè)差動(dòng)保護(hù)，2MW以下且速斷保護(hù)靈敏度較低的電動(dòng)機(jī)保護(hù)也應(yīng)裝設(shè)差動(dòng)保護(hù)。因此，亟需為變頻電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行提供快速可靠的差動(dòng)保護(hù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是，提供一種適用于高壓變頻系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)工頻及變頻運(yùn)行時(shí)的差動(dòng)保護(hù)方法，該方法具有動(dòng)作門(mén)檻精度高、動(dòng)作速度快、抗干擾能力強(qiáng)、自適應(yīng)頻率變化等優(yōu)點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

一種適合于變頻電動(dòng)機(jī)的差動(dòng)保護(hù)方法,其特征在于，其包含以下步驟：

1)在所述變頻電動(dòng)機(jī)的機(jī)端和中性點(diǎn)分別設(shè)置采樣點(diǎn)，采集兩側(cè)電流的瞬時(shí)值，通過(guò)電流跟蹤頻率方式檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行頻率并實(shí)時(shí)調(diào)整采樣頻率，以保證所述變頻電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行頻率變化時(shí)每周波采樣點(diǎn)數(shù)不變；

2)對(duì)步驟1)中獲得的采樣值進(jìn)行相量計(jì)算，求出所述變頻電動(dòng)機(jī)兩側(cè)的差動(dòng)電流和制動(dòng)電流，按照預(yù)定的相量差動(dòng)判定方式判斷是否滿(mǎn)足動(dòng)作條件；同時(shí)直接用同一時(shí)刻所述變頻電動(dòng)機(jī)兩側(cè)電流的采樣值計(jì)算出瞬時(shí)的差動(dòng)電流和制動(dòng)電流，按照預(yù)定的采樣值差動(dòng)判定方式判斷是否滿(mǎn)足動(dòng)作條件；

3)當(dāng)相量差動(dòng)和采樣值差動(dòng)同時(shí)滿(mǎn)足相應(yīng)的動(dòng)作條件時(shí)，最后的差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作于跳閘出口，否則跳閘出口不動(dòng)作。

優(yōu)選的，所述步驟1)中的電流跟蹤頻率方式在所述變頻電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行頻率發(fā)生變化時(shí)采用過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)算法，所述過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)算法的實(shí)現(xiàn)方式為：選取采樣數(shù)據(jù)中前一點(diǎn)采樣值小于零、當(dāng)前點(diǎn)采樣值大于等于零的兩個(gè)點(diǎn)或前一點(diǎn)采樣值大于等于零、當(dāng)前點(diǎn)采樣值小于零的兩個(gè)點(diǎn)，經(jīng)過(guò)這兩個(gè)點(diǎn)做一條斜線(xiàn)，確定過(guò)零點(diǎn)的準(zhǔn)確時(shí)刻，計(jì)算相鄰兩個(gè)過(guò)零點(diǎn)的時(shí)間間隔，得到電流信號(hào)的半個(gè)周期，從而快速跟蹤所述變頻電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行頻率。

優(yōu)選的，所述步驟1)中的電流跟蹤頻率方式在所述變頻電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行頻率穩(wěn)定時(shí)采用傅氏測(cè)頻算法，所述傅氏測(cè)頻算法的實(shí)現(xiàn)方式為：采用全波傅氏遞歸計(jì)算所述變頻電動(dòng)機(jī)機(jī)端三相電流的正序分量，在頻率發(fā)生Δf變化時(shí)，則正序電流相量在每個(gè)周波會(huì)產(chǎn)生2πΔf的相位差，由相位的變化量得到頻率的變化量，從而準(zhǔn)確測(cè)得所述變頻電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行頻率。

優(yōu)選的，所述步驟2)中的相量差動(dòng)判定方式為：將所述變頻電動(dòng)機(jī)機(jī)端和中性點(diǎn)的電流用差分半波傅氏算法計(jì)算各自的基波相量，然后求出兩側(cè)電流的相量和作為差動(dòng)電流、相量差作為制動(dòng)電流，再根據(jù)相量差動(dòng)判據(jù)判斷是否滿(mǎn)足動(dòng)作條件。

優(yōu)選的，所述差分半波傅氏算法采用遞歸形式，其表達(dá)式如下：

其中，i(n)為當(dāng)前最新采樣值，i(n-1)為前一點(diǎn)的采樣值，i(n-N/2)為半個(gè)周波前的采樣值，為基于當(dāng)前點(diǎn)的半周波采樣值經(jīng)差分半波傅氏求得的基波電流相量的實(shí)部、虛部，為基于前一點(diǎn)的半周波采樣值經(jīng)差分半波傅氏求得的基波電流相量的實(shí)部、虛部。

優(yōu)選的，所述的相量差動(dòng)判據(jù)采用比率制動(dòng)特性，以躲過(guò)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中或正常運(yùn)行時(shí)的不平衡電流，其表達(dá)式如下：

其中，為電動(dòng)機(jī)機(jī)端機(jī)端電流的基波相量，為電動(dòng)機(jī)中性點(diǎn)電流的基波相量，I_dset為相量差動(dòng)動(dòng)作電流門(mén)檻，K_set為相量差動(dòng)比率制動(dòng)系數(shù)。

優(yōu)選的，所述步驟2)中的采樣值差動(dòng)判定方式為：直接將同一時(shí)刻電動(dòng)機(jī)機(jī)端和中性點(diǎn)電流的瞬時(shí)采樣值根據(jù)采樣值差動(dòng)判據(jù)進(jìn)行判別，若連續(xù)的R個(gè)采樣點(diǎn)中有S點(diǎn)滿(mǎn)足設(shè)定的判據(jù)(R≥S)，則采樣值差動(dòng)滿(mǎn)足動(dòng)作條件：

優(yōu)選的，所述的采樣值差動(dòng)判據(jù)采用非線(xiàn)性的制動(dòng)特性，其表達(dá)式如下：

其中，i_m為電動(dòng)機(jī)機(jī)端機(jī)端電流的采樣值，i_n為相同時(shí)刻電動(dòng)機(jī)中性點(diǎn)電流的采樣值，k₁為采樣值差動(dòng)制動(dòng)電流門(mén)檻與相量差動(dòng)動(dòng)作電流門(mén)檻的比例系數(shù)，k₂為采樣值差動(dòng)比率制動(dòng)系數(shù)。

本發(fā)明的有益效果是：

該方法通過(guò)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)算法實(shí)現(xiàn)頻率的快速跟蹤，通過(guò)傅氏測(cè)頻算法實(shí)現(xiàn)頻率的準(zhǔn)確測(cè)量，能夠適應(yīng)變頻電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行頻率變化特性，差動(dòng)保護(hù)采用基于頻率跟蹤的相量差動(dòng)和采樣值差動(dòng)構(gòu)成的雙重判據(jù)作為動(dòng)作條件，相量差動(dòng)采用的差分半波傅氏算法有效地抑制了直流分量和諧波分量，兼顧了保護(hù)的計(jì)算精度和動(dòng)作速度，同時(shí)具有采樣值差動(dòng)抗干擾能力強(qiáng)、不受頻率變化影響的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)變頻電動(dòng)機(jī)切實(shí)起到快速可靠的保護(hù)作用。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

圖1為應(yīng)用于高壓變頻系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)示意圖。

圖2為變頻電動(dòng)機(jī)在25Hz發(fā)生單相故障的電流波形。

圖3為變頻電動(dòng)機(jī)在60Hz發(fā)生單相故障的電流波形。

具體實(shí)施方式

為了確保變頻器發(fā)生故障時(shí)不影響高壓電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行，變頻改造基本采用變頻器加工頻旁路的結(jié)構(gòu)。圖1所示，高壓變頻系統(tǒng)主要包括移相變壓器、變頻器、旁路柜三部分，其中移相變壓器起到系統(tǒng)隔離的作用，變頻器將工頻電源變換成另一頻率的電源，旁路柜用于變頻/工頻運(yùn)行方式的切換。電動(dòng)機(jī)工頻運(yùn)行時(shí)，旁路開(kāi)關(guān)GD3閉合，GD1、GD2斷開(kāi)；變頻運(yùn)行時(shí)，旁路開(kāi)關(guān)GD3斷開(kāi)，GD1、GD2閉合?？紤]電動(dòng)機(jī)工頻運(yùn)行時(shí)，進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)到電動(dòng)機(jī)機(jī)端的電纜可由原有的電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)裝置進(jìn)行保護(hù)，在工頻或變頻方式下均由CT1和CT2采集的電流構(gòu)成差動(dòng)保護(hù)。

本發(fā)明將電動(dòng)機(jī)機(jī)端和中性點(diǎn)采集的電流通過(guò)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)算法快速跟蹤電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行頻率，實(shí)時(shí)調(diào)整采樣頻率，保證每個(gè)周波采樣點(diǎn)數(shù)不變。為消除諧波及直流分量的影響，待電動(dòng)機(jī)以穩(wěn)定的頻率運(yùn)行后，再用全波傅氏遞歸計(jì)算電動(dòng)機(jī)機(jī)端三相電流的正序分量，由相位的變化量推出頻率的變化量，從而準(zhǔn)確測(cè)得實(shí)際頻率。

相量差動(dòng)采用差分半波傅氏算法計(jì)算電動(dòng)機(jī)機(jī)端和中性點(diǎn)電流的相量，再求出兩側(cè)電流的差動(dòng)電流和制動(dòng)電流，再根據(jù)一定比率制動(dòng)特性判據(jù)判斷是否滿(mǎn)足動(dòng)作條件；采樣值差動(dòng)直接對(duì)同一時(shí)刻電動(dòng)機(jī)機(jī)端和中性點(diǎn)電流的采樣值進(jìn)行差動(dòng)判別，如果連續(xù)的R點(diǎn)中有S點(diǎn)滿(mǎn)足采樣值差動(dòng)判據(jù)，則采樣值差動(dòng)滿(mǎn)足動(dòng)作條件；上述兩個(gè)條件同時(shí)滿(mǎn)足，差動(dòng)保護(hù)出口動(dòng)作。

該差動(dòng)保護(hù)方法的特征是：快速準(zhǔn)確的頻率跟蹤算法使得差動(dòng)保護(hù)能夠適應(yīng)電動(dòng)機(jī)的寬頻工作特性，保證傅氏算法能夠正確計(jì)算電流相量；相量差動(dòng)采用差分半波傅氏算法，有效地抑制了直流分量和諧波分量，具有動(dòng)作門(mén)檻精度高和動(dòng)作速度快的優(yōu)點(diǎn)，采樣值差動(dòng)不受頻率變化影響且抗干擾能力強(qiáng)，將兩者相結(jié)合，在兼顧快速性的同時(shí)，大大地提高了差動(dòng)保護(hù)的可靠性。

搭建仿真模型，對(duì)采用該差動(dòng)保護(hù)方法的裝置進(jìn)行RTDS仿真試驗(yàn)。圖2為變頻電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在25Hz下發(fā)生單相故障的電流波形，故障發(fā)生約45ms后，保護(hù)裝置切除故障。圖3所示，60Hz時(shí)故障切除的時(shí)間為35ms。試驗(yàn)結(jié)果表明，差動(dòng)保護(hù)能夠在不同頻率下快速可靠地切除變頻電動(dòng)機(jī)的短路故障。

上述實(shí)施例僅說(shuō)明發(fā)明的技術(shù)方案，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)方案進(jìn)行等同替換或等效變換，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。