一種基于故障分量原理的電動機差動保護裝置

圖2(c)為故障分量網(wǎng)絡(luò)。因此故障分量縱差保護構(gòu)成可以表述如下：


圖4為故障分量縱差保護曲線，其斜率通過原點，因此可以用代替式(8)。

2.1.2 靈敏度與選擇性的分析
從(1)、(5)兩式可以看出傳統(tǒng)縱差保護與故障分量縱差保護的動作電流沒有區(qū)別。但在動作電流方面，從(2)、(6)兩式可以看出采用故障分量的制動電流，只與設(shè)備的平衡相似網(wǎng)絡(luò)有關(guān)而與其兩側(cè)的電源無直接關(guān)系，因而與穿越電流無關(guān)。傳統(tǒng)的差動保護，兩側(cè)電流中包含有由于兩側(cè)電源不等所產(chǎn)生的穿越電流，形成制動作用，降低了保護靈敏度。因此故障分量的差動保護比傳統(tǒng)的縱差保護有更高的靈敏度。
根據(jù)平衡相似網(wǎng)絡(luò)可推出故障分量差動保護在內(nèi)部故障時有下述關(guān)系：

由于上式右方的最小值為2.0(Z_s和Z_r均為感性阻抗，兩者相角差恒小于90°)，所以內(nèi)部故障時，以I_f△(I_f)和I_th△為差動電流和制動電流的縱差保護恒有：

即制動系數(shù)為K_res.△≤2.0。
故障分量縱差保護，在內(nèi)部短路時以K_res.△≤2.0劃定保護動作區(qū)，在外部短路時以K_res.△≥0.056劃定保護制動區(qū)，在制動區(qū)和動作區(qū)之間有很大的緩沖區(qū)，這表明保護具有極為優(yōu)良的動作選擇性。理論上故障分量差動保護有效地消除了正常負荷分量下不平衡電流的影響，可以作到使動作特性在坐標原點附近的死區(qū)很小，故障分量差流閾值ΔI_f.min和故障分量拐點制動電流 ΔI_th.min可以取得較小。為了保護在外部故障下不誤動，通常在滿足靈敏度要求的情況下，動作特性曲線的斜率盡量取大一些。式(9)又可見|I_{f Δ}/I_{th Δ}| ≥ 2.0，而且靈敏度很高(Z_f允許較大)。由此可見，此種保護不僅具有較高的選擇性而且具有較高的靈敏度。
2.2 數(shù)字濾波及處理信號有效值的算法
本裝置中采用相減濾波與傅氏算法相結(jié)合的方法。傅氏算法假設(shè)輸入的電壓電流為周期函數(shù)，利用傅氏級數(shù)可將其分解為正弦函數(shù)和余弦函數(shù)，因而具有很強的濾去高次諧波的功能。但是該算法本身不能濾去衰減的非周期分量，因而在進行傅氏濾波之前加入相減濾波單元濾去衰減的非周期分量，達到減小誤差的作用。
相減濾波方程如下：


3 結(jié)束語
本置的功能完善，用戶可以通過對保護投退字的整定，投入或退出保護，同時裝置可根據(jù)電動機所處狀態(tài)，即是啟動還是運行選擇不同的定值，從而具有較好的靈活性和適應(yīng)性。對CT狀態(tài)的監(jiān)視，使得保護具有了更高的可靠性。相對于傳統(tǒng)的差動保護，其具有更高的靈敏度和選擇性，能夠比較理想的滿足實際生產(chǎn)的需要。同時面對當(dāng)前企業(yè)對工業(yè)生產(chǎn)過程自動化的要求在不斷提高這一實際需求為保護增添了串行通訊接口，符合當(dāng)前保護裝置的發(fā)展趨勢。