[发明专利]一种交流励磁同步电机转子绕组过电流保护方法和装置

说明书

本发明公开一种交流励磁同步电机转子绕组过电流保护方法和装置，方法步骤如下：(1)接入电机的转子绕组三相电流信号，采样得到瞬时电流值；(2)对瞬时电流值进行过流判别，生成表征瞬时过流状态的方波信号；(3)计算前一步骤生成方波信号的占空比；(4)对保护延时计数器进行计数处理：若任一方波信号为高电平，或任一方波信号的占空比大于门槛，则对延时计数器进行累加计数，反之进行累减计数，当累加至延时计数器值大于延时定值时，过流保护动作。本方法基于电流瞬时值进行逻辑判别，保护计算量小，且不存在常规保护方法因相量算法导致的动作固有延时，且避免了故障持续时间判定的误差，能够快速可靠反映转子侧短路故障。

技术领域

本发明涉及电气主设备继电保护技术，尤其涉及一种交流励磁同步电机的转子绕组过电流保护方法和装置。

背景技术

在交流励磁同步电机中，励磁绕组中的电压和电流是频率变化的交流分量，其不同相之间电流电压相位不同，因此有可能发生相间短路故障。发生相间短路时，励磁绕组故障相会通过比较大的电流，大电流在机组内部产生高温，会对机组造成损伤，因此需要针对励磁绕组相间故障增加过流保护。

传统的过流保护，在工频运行工况下，一般是通过傅氏算法计算电流有效值，然后检查该有效值是否超过保护定值来确定是否发生故障；在变频运行工况下，如抽水蓄能机组启停过程中，一般采用频率跟踪结合傅氏算法或全周波积分算法来计算电流有效值，在进行过电流判别。以上方法都是根据整周波数据来计算故障分量的，因此只有在故障发生一个周波后，才能计算出准确的故障分量。在工频或者接近工频应用场景，几十毫秒的算法周期，对于故障及时切除不会有太大的影响。但是，对于低频运行设备的电气故障，整周波计算故障分量需要的时间很长，常规保护方法的延时误差很大，延长了故障的切除时间，不利于设备的安全运行。

交流励磁同步电机是一种特殊的同步电机，通过调节励磁侧电流电压的幅值、频率、相位来实现机组有功功率和无功功率的解耦调节。交流励磁同步电机转子侧电气频率变化范围较广，包含低频工况。例如，应用交流励磁技术的变速抽水蓄能机组，一般要求的励磁频率在﹣0.1f_n～﹢0.1f_n(f_n为机组额定频率)范围内变化，最低工作频率甚至可达0.1Hz，如果采用传统的过流保护方法，仅故障量计算的固有延时就达10s，这大大降低了继电保护设备对短路故障的反应速度。因此，必须采用新的方法，保证继电保护装置在低频情况下也能够很快监测到励磁绕组相间短路故障并及时切除。

发明内容

本发明的目的是，提出一种基于瞬时值判别的交流励磁同步电机转子绕组过电流方法和装置，避免常规保护方法因相量算法导致的动作固有延时误差，同时结合瞬时过流时段在总时长的占比检测，进一步避免故障持续时间判定的误差，从而能够快速可靠的反映交流励磁同步电机的转子侧短路故障。

本发明采取的技术方案为，一种交流励磁同步电机转子绕组过电流保护方法，包括如下步骤：

(1)实时采集电机转子绕组三相电流信号；

(2)对实时采集的电机转子绕组三相电流的瞬时值分别进行过流判别，生成每相反映瞬时过流状态的方波信号；

(3)测量转子绕组电流信号周期，取该周期的一半时长为数据窗，实时计算方波信号在该数据窗内的占空比，即高电平状态持续时长与数据窗的比值；

(4)对保护延时计数器进行计数处理：某一时刻，若任一方波信号为高电平，或步骤(3)任一方波信号的占空比大于门槛，则对延时计数器进行累加计数，反之进行累减计数；

当延时计数器值大于0时，过流保护启动；

当累加至延时计数器值大于预设的延时定值时，过流保护动作；

当累减至延时计数器值等于或小于0时，过流保护启动返回。