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低压电动机综合保护器电流算法改进的研究
点击次数:385 发布时间:2018/6/22 13:52:07

摘 要:在电流互感器饱和时,电流互感器二次波形畸变,电动机保护器电流判据里的傅里叶采样算法无法正确反映一次电流波形,本文使用PSCAD软件,分析了电流互感器的饱和特性对保护器的影响,提出了电流采样算法追加三采样算法的措施,通过Matlab软件证明该算法优于傅里叶采样算法,降低了电动机保护器误动或拒动率。

  关键词:饱和特性;采样算法;电动机
  DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.15.160
  0 引言
  工业生产系统中,关键岗位的低压电动机安全可靠运行是企业关心的问题。低压电动机综合保护器因体积轻巧,价格低廉,整合多个保护功能等优点而得到广泛应用。但保护器内部元器件因成本等原因,部分厂家生产的保护器内部电流互感器的性能较差。当电动机定子绕组相间短路故障电流较大时,引发电流互感器饱和,造成电动机综合保护器拒动或误动。因此,电流互感器铁芯饱和是一个不容忽视的特性[1]。本文将研究基于傅里叶算法采样的电动机综合保护器在其电流互感器饱和时对电动机保护的影响的问题,并提出算法的改进方法。
  1 电动机保护器PSCAD 软件模型简介
  电动机保护器产品较多,结合多个厂家产品,使用PSCAD 软件搭建出电动机保护器模型。该模型有2个电流互感器,分别是保护电流互感器和集成在装置内部的电流互感器。模型见图1。
  2 使用PSCAD软件对电流互感器性能进行仿真分析
  由于PSCAD软件数模库中没有较为理想的的保护用电流互感器模型,因此,本文使用基于Langevin函数的JA模型,JA模型可以自行定义,完美模拟保护用电流互感器性能。
  使用已建立的电动机模型,模拟定子绕组相间短路大小不同的电流故障,对比这两个电流互感器采集出的单相电流波形,来说明电流互感器的饱和特性对低压电动机综合保护器的影响。
  将电流互感器饱和程度分为三种情况,正常、饱和、严重饱和。这三种情况仿真情况如下。
  种,保护用电流互感器正常测量。相间短路故障电流无法使保护CT和小CT发生饱和时,互感器二次侧能正确反映故障电流信息,电动机保护器能够可靠保护电动机,不会发生误动和拒动情况。
  第二种,保护用电流互感器(保护CT)饱和。相间短路故障电流使保护CT发生饱和,通过模型模拟这一情况,经PSCAD软件计算可得出在保护CT饱和和小C T饱和情况下,保护CT造成的电流误差为14.216%,小CT造成的电流误差为5.134%。由仿真结果可知:保护CT发生饱和时会引起小CT发生饱和,同时保护CT引起的误差大于比小CT。因此,电动机综合保护器电流保护准确动作其中一主要因素是保护CT的饱和特性。
  第三种,保护用电流互感器(保护CT)严重饱和。当电动机相间短路故障电流使保护CT发生严重饱和情况,经PSCAD计算可得出因保护CT造成的电流误差为55.442%。但小CT未发生饱和,原因是保护CT在严重饱和时,二次测量值较小,无法引起小CT发生饱和。分析误差可知:在第三种情况下,保护CT测得值比实际值要小很多。显然保护CT严重饱和时对低压电动机保护产生的不利影响更为严重。
  由以上分析可知:保护用电流互感器的饱和性能对电动机保护器电流判据有着总要影响,会造成保护器误动或拒动。
  3 使用三采样算法提高低压电动机保护器电流判断的准确性
  在不改变保护器硬件的情况下,通过使用三采样算法可以提高低压电动机综合保护器动作的准确性。分析电动机定子绕组相间短路故障电流波形可得出:故障电流每周期开始的短暂时间内,互感器测量电流波形近乎跟随一次侧电流波形变化而变化。对于傅里叶算法而言,这个时间过于短暂,无法完成参数计算。但三采样算法因为只需三个采样点的时间便完成参数的计算,采样时间大大缩短,减小了因电流互感器的饱和对保护器中电流保护的影响。
  使用Matlab仿真傅里叶算法结果和三采样算法,条件设定为不考虑非周期分量,采样为24点算法[3]计算低压电动机定子绕组故障的电流。结果见表1。
  表1说明,电流互感器发生饱和时,三采样算法不论在计算时间和计算误差均优于傅里叶采样算法。虽然三采样算法不具滤波功能[3],但三采样算法所需计算时间非常小,谐波的影响可以不考虑。
  4 结论
  本文论述了电流互感器饱和特性对电动机保护器电流判据的影响,对比了傅里叶采样算法结果和三采样算法结果,说明三采样算法优于傅里叶算法。因此在电动机保护器电流判据中加入三采样算法对提高动作的准确性。

  

参考文献:
  [1]DL/T 866-2004 电流互感器和电压互感器选择及计算导则[S].
  [2]孙丽玲,许伯强,李志远.基于MUSIC与SAA的笼型异步电动机转子断条故障检测[J].电工技术学报,2012,27(12):205-212.
  [3]于群,曹娜.电力系统微机继电保护[M].北京:机械工业出版社,2010.
  作者简介:晁淑娟(1985-),女,本科,助理工程师,研究方向:工业自动化。

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