[发明专利]变频电动机保护采样信号处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及在电厂、石化、钢铁等领域中高频电动机保护装置的采样信号处理方法，和采用本方法的保护装置。

背景技术

基于电力电子技术和现代控制通信技术实现的变频技术，其基本原理是把50Hz频率的工频电源整流成直流，再斩波还原成交流，还原后的交流电源频率根据流体流量调节的需要进行调节，即通过变频技术调节电动机转速，使电动机功率做到“按需分配”，进而实现流体流量高效调节，从而达到提高效率、节能降耗的目的。同时，电动机进行变频改造后还可大幅度降低电动机启动电流，从而达到改善电动机运行环境的目的。因此，基于以上优点，目前越来越多的工矿企业在进行高压电动机变频调速技术的改造。

目前现场电机改为变频器方式采用的改造方式多为工变频互切方式，系统架构如图1所示：

当变频器出现故障或者工况要求进入工频供电时，变频器通过PLC自动完成或手动完成变频状态到工频状态的切换；同理，在工频运行时，需要重新投入变频时也可自动或手动完成工频状态到变频状态的切换。

当电动机处于工频运行工况时，常规电动机保护能够满足现场使用要求。当电动机处于变频运行工况时，由于附加了变频器装置，变频器的输入和输出电流在频率、相位以及相角都没有必然的联系，因此，对于使用变频器的电动机来说，不应将变频器纳入差动保护的范围，应只单独保护电动机，差动保护范围为始端电流互感器应置于变频器的输出端，而非电源开关侧，末端电流互感器置于电动机的中性点侧。

电动机在变频工况运行时，变频器输出频率范围一般可以达到0.5Hz～120Hz，现场实际调频运行范围一般在15Hz～50Hz，运行范围一般在20Hz～35Hz附近。而目前常用的微机保护装置均是根据行业标准微机保护通用技术条件设计的，即采用固定频率50Hz采样进行数字采样计算，不能满足加装变频器后的电动机微机保护要求，现场迫于技术问题只能采用传统继电器方式(方式复杂且无法实现自动化功能)或干脆放弃差动保护，这对电动机本身的安全运行产生了较大的影响。因此，现场应用对电动机微机保护装置提出了更高的要求。要求电动机微机保护装置可以实现当电动机加装变频器后的电动机保护功能。

发明内容

本发明的目的是：提供一种能适用于现场采用高压变频器后的电动机差动及后备保护配置方法，以及一种能保证采样稳定性和准确性的采样信号处理方法，用于变频电动机保护装置。

为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：在电动机和母线相连接的进线侧安装第一组CT(电流互感器)，在电动机机端安装第二组CT，在电动机中性点安装第三组CT；将所述三组CT接入一台变频电动机保护装置或着将第一组CT和第三组CT接一台普通保护装置，将第二组CT和第三组CT接入一台变频电动机保护装置；在电动机变频运行时，第二组CT和第三组CT的采样电流构成差动保护；在变频器退出、电动机工频运行时，第一组CT和第三组CT采样电流构成差动保护，其特征是：变频电动机保护装置将采集到的电流信号利用傅氏算法的正交性进行滤波，消除直流分量和各高次谐波分量的影响，采用实时频率跟踪方法，调整采样中断时间，保证每个周波采样点数固定，然后计算得到变频下相关模拟量的稳态幅值。

其中，第二组CT可以是磁平衡CT，直接反映电动机中性点和机端的差流，在电动机进线的中性点安装第三组CT；在电动机变频运行时，第二组的采样电流构成差动保护；在变频器退出、电动机工频运行时，第一组CT和第三组CT采样电流构成差动保护。

磁平衡CT差动保护是电动机机端和中性点侧的同名相穿过同一个CT，利用磁势平衡原理实现差动保护；电流平衡的电动机纵联差动保护容易受到机端CT和中性点侧CT传变特性不一致，或两侧CT二次电缆长度相差很大而产生的不平衡电流，有可能会造成保护误动。而磁平衡差动利用一次励磁安匝平衡原理，可以彻底消除电动机白启动和外部故障短路暂态过程中电流差动保护的误动作。

变频电动机保护装置设有保护CT和专用测量CT，所述两个CT内部串联同时采集输入的电流信号；当电流较小时保护装置采用专用CT的测量信号进行测频，当电流较大情况下保护装置自动切换到保护CT的测量信号测频。如图4所示，给出一种CT串联方法：保护CT的A相回路和专用测量CT的A相回路串联，保护CT的C相回路和专用测量CT的C相回路串联。

其中，考虑到谐波分量和其他非周期分量的影响，变频电动机保护装置对安装在电动机机端的第二组CT采集到的机端电流信号利用傅氏算法的正交性先进行滤波，以消除直流分量和各高次谐波分量的影响。