[實用新型]基于諧波檢測的斷相檢測電路

有效

• 申請號: 201320538466.8
• 申請日: 2013-08-31
• 公開（公告）號: CN203490297U
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發明（設計）人: 高旭彬;韓炬;呼守信;石濤;馮家鵬;夏長春;王宇鵬;張雷;滿子良;賈運紅;張小剛;唐會成;王光肇
• 申請（專利權）人: 中國煤炭科工集團太原研究院;山西天地煤機裝備有限公司
• 主分類號: G01R29/16
• 分類號: G01R29/16;G01R31/02
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳

技術領域

本實用新型涉及三相電機的斷相檢測,具體是一種基于諧波檢測的斷相檢測電路。

背景技術

三相電機有兩種接線方式：星形接法和角形接法，這兩種接法都存在發生外部斷相或內部斷相故障的可能。所謂外部斷相是因電機外接的供電電纜（芯線）或連接斷開而導致的斷相；所謂內部斷相是因電機內部的線路（比如繞組）或連接斷開而導致的斷相。典型的斷相情況有4種情況：1、星形接法外部斷相，如圖1、2所示；2、星形接法內部斷相，如圖3、4所示；3、角形接法外部斷相，如圖5、6所示；4、角形接法內部斷相，如圖7、8所示；從電流互感器檢測到的電流上來看，前三種情況的性質是一樣的：三相中有一相無電流，致使電機單相運行，這時，A、B兩相電流互為反相（假設C斷相）；但最后一種情況卻有所不同，在這種情況下，雖然發生了斷相（角形負載內部斷相），但仍然處在三相運行中，只不過現在是非對稱三相運行，其中，A、B兩相之間相差的角度不是120°而是150°，B、C兩相之間相差60°，C、A兩相之間相差150°；另外，B、C兩相的電流幅度雖然相等，但它們只等于A相電流幅度的0.577倍

針對三相電機的斷相故障，現有斷相檢測方法及特點如下：1、采用電流互感器檢測電機的三相供電線路，通過檢測線路的電流來判斷線路是否完好，但是該方法無法檢測出角形接法的內部斷相；2、使用微機保護，保護原理：三相用電設備正常工作時，負序電流為零；當發生斷相故障時，會出現負序電流，其中，負序電流按照如下步驟獲取：a、使用電流互感器采集電機各相供電線路的電流信號，送入單片機或ARM等智能處理器；b、由智能處理器運行微機保護算法（如：兩點乘積算法、倒數法、半周積分法等）計算出相電流的向量值；c、以兩個相電流的向量值計算得到負序電流值。微機保護能夠準確判斷所有斷相故障，動作可靠，但是對硬件電路要求高，軟件計算量大，計算中涉及大量數學運算（如求導、三角函數等），需要使用高性能的處理器。而且三相供電不平衡時也會出現負序電流，使保護動作，導致無法準確判斷是否因斷相導致保護動作。

發明內容

本實用新型為了能準確判斷三相電機的全部斷相故障，且不受供電不平衡的干擾，提供了一種基于諧波檢測的斷相檢測電路。

本實用新型是采用如下技術方案實現的：基于諧波檢測的斷相檢測方法，包括如下步驟：

1）、采集步驟，采用電流互感器采集電機三相供電線路的電流信號；

2）、提取步驟，對采集步驟得到的三相電流信號進行整流，提取三相電流包絡信號；

3）、二次諧波檢測步驟，采用100Hz帶通濾波電路檢測三相電流包絡信號的二次諧波分量；

4）、二次諧波比重確定步驟，確定三相電流包絡信號中二次諧波的比重（或稱含量）；

5）、判斷步驟，依據三相電流包絡信號中二次諧波的比重進行判斷，如0≤二次諧波比重≤判斷值n，則電機未發生斷相；如二次諧波比重＞判斷值n，則電機發生斷相；其中，所述判斷值n的取值范圍為：0.4≥判斷值n≥0.24。

判斷值n的取值范圍是按照如下分析過程確定的：依據三相電機典型的斷相情況，三相電機的運行狀態可以劃分為：單相運行狀態（即星形接法外部或內部斷相以及角形接法外部斷相）、角形接法內部斷相運行狀態、三相對稱運行狀態（即未發生斷相），其對應電流波形如圖9、10、11所示；圖9、10、11中粗實線所示為A、B、C三個電流波形的包絡信號。在三相對稱運行時，這一信號含有三次諧波（即150Hz成分，相對于正弦50Hz而言），沒有二次諧波（100Hz成分等于0）。當發生斷相時，無論是哪一種斷相情況，在這一信號中都會包含相當比重的二次諧波含量。

設定電機的三相電流信號為：

i_A=I_Amcosωt

i_B=I_Bmcos(ωt-θ)????-----------（1）

i_C=I_Cmcos(ωt+θ)

其中，假設i_B和i_C對稱，I_Bm=I_Cm；

三相電流包絡信號用i來表示，它是一個周期性信號，可以用傅立葉級數表示為偶函數：

i=I₀+I_1mcosωt+I_2mcos2ωt+I_3mcos3ωt+......----------（2）