[发明专利]用于煤矿低压配电保护器的相敏保护方法及其保护系统

说明书

技术领域

本发明属于煤矿低压配电保护器技术领域，尤其涉及一种用于煤矿低压配电保护器的相敏保护方法及其保护系统。

背景技术

煤矿供电系统供电线路短、供电环境恶劣、设备长期受潮导致绝缘性能逐渐下降、机械损伤以及人为误操作等原因，极易引起煤矿供电设备出现短路故障，如不及时迅速切除故障，将导致供电线路和设备损坏，严重时会发生瓦斯爆炸威胁井下工作人员的人身安全。因此，快速而可靠的切除矿井供电设备的短路故障，对煤矿的安全自动化生产至关重要。

目前，应用于煤矿低压配电保护器切除短路故障的算法有两类，一类是通过直接判断电流幅值的方法来区分故障，即“鉴幅式”判断，要求保护线路全长，动作整定值小，结合低压配电负荷一般都是电动机类大容量感性负载，启动电流大，容易造成保护误动作。另外一类是通过相敏保护闭锁法，通过判断出现大电流时系统功率因数的大小来区分是短路故障还是电机起动，因此实现相敏保护的条件有两个，第一是最大相电流幅值要超过整定的短路电流值；第二是功率因数要大于整定值，同时满足这两个条件时保护器才能启动保护出口动作。

其中，计算功率因数的方法大致有两种，第一种是采用功率算法，即用有功功率除以视在功率；第二是利用感性负载电流相位滞后电网电流一定角度，通过对电网电流0-π积分面积法算出功率因数。第一种方法要求通过三相电压和三相电流的乘累加求出有功功率和无功功率，然后计算出视在功率，最终采用有功功率除以视在功率得到功率因数，这种方法涉及三相功率计算，计算量很大，如果计算采用浮点数的乘法和除法，特别是浮点数的除法，计算耗时较多，降低了保护动作的速动性，对于一般的单片机来说，效率很低，如果不采用浮点计算，误差会比较大，降低了保护的可靠性。第二种方法涉及到求正弦函数与X轴区域间的面积，涉及到积分计算，这种计算精度与ADC在一个周波的采样点数有关，采样点数越多，计算精度越高，处理器的负担也越大，降低了保护的灵敏度，而且这种算法还要计算出感性负载电流正弦函数和电网电流正弦函数在0-π区间内过零点的时刻，增加了计算的复杂度。

发明内容

基于此，本发明针对上述技术问题，提供一种用于煤矿低压配电保护器的相敏保护方法及其保护系统。

本发明采用如下技术方案：

一种用于煤矿低压配电保护器的相敏保护方法，包括:

对煤矿电网的三相电压和三相电流进行多通道采样；

通过DFT算法计算所述三相电压和三相电流的采样信号值，得到各通道采样数据的实部和虚部；

选出最大电流相，其相电流I的实部为I_r、虚部为I_i，对应的相电压U的实部为U_r、虚部为U_i；

将所述相电流I顺时针旋转一个预设角度并根据以下公式计算该相电流I旋转后的实部以及虚部，所述预设角度为根据整定的功率因数确定：

实部：

虚部：

根据以下公式计算所述相电流I旋转后的有功功率P₁，并进行动作判断，若有功功率P₁>0，则执行相敏保护动作：

P1＝U_r×I_1r+U_i×I_1i。

所述选出最大电流相步骤包括：

根据各电流相采样数据的实部和虚部以及向量求模公式计算出各电流相的电流幅值；

若其中一相电流幅值均大于其它两相电流幅值，则该电流相为最大电流相。

该方法通过ARM处理器STM32F103对煤矿电网的三相电压和三相电流进行双踪同步采样。

该方法对各通道的每个采样点的采样周期为300us，该方法对有功功率P₁的计算以及动作判断的保护时间为200us。

本方案还涉及一种用于煤矿低压配电保护器的相敏保护系统，包括：

采样单元，用于对煤矿电网的三相电压和三相电流进行多通道采样；

DFT处理单元，用于通过DFT算法计算所述三相电压和三相电流的采样信号值，得到各通道采样数据的实部和虚部；

最大电流相选取单元，用于选出最大电流相，其相电流I的实部为I_r、虚部为I_i，相电压U的实部为U_r、虚部为U_i；

相电流旋转单元，用于将所述相电流I顺时针旋转一个预设角度并根据以下公式计算该相电流I旋转后的实部以及虚部，所述预设角度为54°-59°：