CN103823126A - 一种三相电流不平衡监测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三相电流不平衡监测方法及系统。该系统包括：电流测量装置，用于测量三相电流的幅值和相位；以及平衡监测装置，用于根据三相电流的幅值和相位计算三相电流的正序分量参数和三相电流的负序分量参数并确定三相电流是否平衡；其中所述电流测量装置与所述平衡监测装置连接。本发明能够对三相电流不平衡进行监测，从而能够及时有效发现电机故障，提高电能质量，保障电气设备正常运行。

Description

一种三相电流不平衡监测方法及系统

技术领域

本发明涉及自动控制领域，具体地，涉及一种三相电流不平衡监测方法及系统。

背景技术

高压电机一般为三相异步电动机，若输入的三相电压不平衡、负载过重、定子转子绕组出现故障及操作维护不当等都会引起三相电流不平衡，并可能导致电机损毁和线路损耗增加，并可能对电网系统中的变压器或者其他电气设备产生危害。现有技术中，所采用的保护措施主要侧重于过流、速断与零序电流的保护，而缺乏对三相电流不平衡进行监测的保护措施，这不利于对供电系统中电气设备的保护。

发明内容

本发明的目的是提供一种三相电流不平衡监测的方法及系统，以对三相电流不平衡度进行监测，防止对电气设备造成损害。

为了实现上述目的，本发明提供了一种三相电流不平衡监测系统，该系统包括：电流测量装置，用于测量三相电流的幅值和相位；以及平衡监测装置，用于根据三相电流的幅值和相位计算三相电流的正序分量参数和三相电流的负序分量参数并确定三相电流是否平衡；其中所述电流测量装置与所述平衡监测装置连接。

优选地，所述三相电流的正序分量与所述三相电流的负序分量由平衡监测装置根据对称分量法计算得出： $\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{F}}_{a\left(1\right)}\\ {\stackrel{\·}{F}}_{a\left(2\right)}\\ {\stackrel{\·}{F}}_{a\left(0\right)}\end{array}\right]={\left[\begin{array}{ccc}1& 1& 1\\ a^2& a& 1\\ a& a^2& 1\end{array}\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{F}}_a\\ {\stackrel{\·}{F}}_b\\ {\stackrel{\·}{F}}_c\end{array}\right];$ 其中

为测量得出三相电流的向量表示，

为A相电流正序分量、负序分量、零序分量的向量表示，a＝e^j120°。

优选地，所述三相电流的正序分量参数为A相电流的正序分量均方根，所述三相电流的负序分量参数为A相电流的负序分量均方根，所述三相电流不平衡度为三相电流的负序不平衡度；所述平衡监测装置根据下式计算三相电流不平衡度ε_I2;

其中，I₁为三相电流的正序分量均方根，I₂为三相电流的负序分量均方根。

优选地，所述电流测量装置为电流互感器。

优选地，所述平衡监测装置用于将所计算出的三相电流不平衡度与预设的三相电流不平衡度范围进行比较确定三相电流是否平衡。

优选地，平衡监测装置用于在所计算出的三相电流不平衡度位于第一三相电流不平衡度范围内时，确定三相电流为第一等级电流不平衡，在所计算出的三相电流不平衡度位于第二三相电流不平衡度范围内时，确定三相电流为第二等级电流不平衡，在所计算出的三相电流不平衡度位于第三三相电流不平衡度范围内时，确定三相电流平衡；

其中所述第一三相电流不平衡度范围为10%≤ε_I2＜20%，所述第二三相电流不平衡度范围为ε_I2≥20%，所述第三三相电流不平衡度范围为ε_I2＜10%。

优选地，平衡监测装置用于在确定三相电流不平衡度为第一等级电流不平衡时向远程设备发出越限报警信号，在确定三相电流不平衡度为第二等级电流不平衡时向开关柜断路器发出分闸信号。

本发明提供了一种三相电流不平衡监测方法，该方法包括：测量三相电流的幅值和相位；以及根据三相电流的幅值和相位计算三相电流的正序分量参数和三相电流的负序分量参数并确定三相电流是否平衡。

优选地，所述三相电流的正序分量与所述三相电流的负序分量根据对称分量法计算得出： $\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{F}}_{a\left(1\right)}\\ {\stackrel{\·}{F}}_{a\left(2\right)}\\ {\stackrel{\·}{F}}_{a\left(0\right)}\end{array}\right]={\left[\begin{array}{ccc}1& 1& 1\\ a^2& a& 1\\ a& a^2& 1\end{array}\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{F}}_a\\ {\stackrel{\·}{F}}_b\\ {\stackrel{\·}{F}}_c\end{array}\right];$ 其中

为测量得出三相电流的向量表示，为A相电流正序分量、负序分量、零序分量的向量表示，a＝e^j120°。

优选地，所述三相电流的正序分量参数为三相电流的正序分量均方根，所述三相电流的负序分量参数为三相电流的负序分量均方根；根据下式计算三相电流不平衡度ε_I2;

其中，I₁为三相电流的正序分量均方根，I₂为三相电流的负序分量均方根。

优选地，通过电流互感器测量三相电流的幅值与相位。

优选地，所述确定三相电流是否平衡包括：将所计算出的三相电流不平衡度与预设的三相电流不平衡度范围进行比较确定三相电流是否平衡。

优选地，所述将所计算出的三相电流不平衡度与预设的三相电流不平衡度范围进行比较确定三相电流是否平衡包括：在所计算出的三相电流不平衡度位于第一三相电流不平衡度范围内时，确定三相电流为第一等级电流不平衡，在所计算出的三相电流不平衡度位于第二三相电流不平衡度范围内时，确定三相电流为第二等级电流不平衡，在所计算出的三相电流不平衡度位于第三三相电流不平衡度范围内时，确定三相电流平衡；其中所述第一三相电流不平衡度范围为10%≤ε_I2＜20%，所述第二三相电流不平衡度范围为ε_I2≥20%，所述第三三相电流不平衡度范围为ε_I2＜10%。

优选地，该方法还包括：在确定三相电流不平衡度为第一等级电流不平衡时向远程设备发出越限报警信号，在确定三相电流不平衡度为第二等级电流不平衡时向开关柜断路器发出分闸信号，并向远程设备发出分闸报警。

本发明能够对三相电流不平衡进行监测，从而能够及时有效发现电机故障，提高电能质量，保障电气设备正常运行。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明提供的三相电流不平衡监测系统示意图；

图2是本发明提供的三相电流不平衡监测流程图。

附图标记说明

100    电流测量装置  200    平衡监测装置

300    开关柜断路器  400    远程设备

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

为了实时监测三相电流是否平衡以保护电气设备的安全，本发明提供了如图1所示的三相电流不平衡监测系统，该系统包括：电流测量装置100，用于测量三相电流的幅值与相位；以及平衡监测装置200，用于根据三相电流的幅值和相位计算所述三相电流的正序分量参数和所述三相电流的负序分量参数并确定三相电流是否平衡；其中所述电流测量装置与所述平衡监测装置连接。通过电流测量装置100和平衡监测装置200的处理，可以判定出三相电流是否平衡。为了便于以下的描述，图1中示出了开关柜断路器300以及远程设备400，开关断路器300可以根据平衡监测装置200所发送的信号分闸，远程设备400可以根据平衡监测装置200所发送的信号报警。

具体而言，电流测量装置100可以为电流互感器。需要说明的是，电流互感器仅用作说明而非限制。优选地，所述三相电流的正序分量参数为三相电流的正序分量均方根，所述三相电流的负序分量参数为三相电流的负序分量均方根。平衡监测装置200根据下式计算三相电流正序、负序分量： $\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{F}}_{a\left(1\right)}\\ {\stackrel{\·}{F}}_{a\left(2\right)}\\ {\stackrel{\·}{F}}_{a\left(0\right)}\end{array}\right]={\left[\begin{array}{ccc}1& 1& 1\\ a^2& a& 1\\ a& a^2& 1\end{array}\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{F}}_a\\ {\stackrel{\·}{F}}_b\\ {\stackrel{\·}{F}}_c\end{array}\right];$ 其中

为测量得出三相电流的向量表示，

为A相电流正序、负序、零序分量的向量表示，a＝e^j120°。需要说明的是，此处用A相电流的正序、负序分量进行计算仅作示例，用B相电流或C相电流也可以实现本发明。同时，平衡监测装置200利用三相电流的正序分量均方根和三相电流的负序分量均方根并根据下式计算三相电流不平衡度ε_I2：

其中，I₁为三相电流的正序分量均方根，I₂为三相电流的负序分量均方根。此平衡度计算公式仅用作参考而非对本发明的限制，本发明也可以利用其它的公式来计算三相电流不平衡度。

为了确定三相电流是否平衡，本发明通过所计算出的三相电流不平衡度和预设的不平衡度范围进行比较，进而确定三相电流是否平衡。为了确保各电气设备的安全并保障电网的运行，本发明将三相电流不平衡划分为两个等级。当然，本领域技术人员也可以进行其他的划分，并控制每个不同的等级对应不同的操作。优选地，在所计算出的三相电流不平衡度位于第一三相电流不平衡度范围内时，平衡监测装置200确定三相电流为第一等级电流不平衡，在所计算出的三相电流不平衡度位于第二三相电流不平衡度范围内时，平衡监测装置200确定三相电流为第二等级电流不平衡，在所计算出的三相电流不平衡度位于第三三相电流不平衡度范围内时，平衡监测装置200确定三相电流平衡；其中所述第一三相电流不平衡度范围为10%≤ε_I2＜20%，所述第二三相电流不平衡度范围为ε_I2≥20%，所述第三三相电流不平衡度范围为ε_I2＜10%。对于边界点的设置，此处所示的10%、20%也仅作示例而非对本发明的限制，本领域可以通过若干次试验找到更优的边界点。

此外，为了进行报警和进行故障排除，平衡监测装置200在确定三相电流不平衡度为第一等级电流不平衡时向远程设备400发出越限报警信号，在确定三相电流不平衡度为第二等级电流不平衡时向开关柜断路器300发出分闸信号。向远程设备发出越线报警信号可以提醒管理人员当前的三相电流不平衡，而开关柜断路器300发出分闸信号可以切除故障。相应地，在开关柜断路器300收到分闸信号来切除故障时，远程设备400也可以发出相应的报警信号。远程设备400可以遥测设备、遥信设备和遥控设备。

相应地，本发明提供了三相电流不平衡监测方法流程，如图2所示。图2中，首先测量三相电流（步骤201），这可以通过电流互感器来实现，测出三相电流的幅值与相位后根据下式计算三相电流正序、负序分量： $\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{F}}_{a\left(1\right)}\\ {\stackrel{\·}{F}}_{a\left(2\right)}\\ {\stackrel{\·}{F}}_{a\left(0\right)}\end{array}\right]={\left[\begin{array}{ccc}1& 1& 1\\ a^2& a& 1\\ a& a^2& 1\end{array}\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{F}}_a\\ {\stackrel{\·}{F}}_b\\ {\stackrel{\·}{F}}_c\end{array}\right];$ 其中

为测量得出三相电流的向量表示，为A相电流正序、负序、零序分量的向量表示，a＝e^j120°；需要说明的是，此处用A相电流的正序、负序分量进行计算仅作示例，用B相电流或C相电流也可以实现本发明。之后根据计算的正序负序分量得到三相电流正序分量参数和三相电流的负序分量参数，三相电流的正序分量参数可以为三相电流的正序分量均方根，三相电流的负序分量参数可以为三相电流的负序分量均方根；然后可以计算三相电流不平衡度ε_I2（步骤203），

其中，I₁为三相电流的正序分量均方根，I₂为三相电流的负序分量均方根；接着判断ε_I2是否小于或等于10%（步骤205），如果小于或等于10%，则认为三相电流平衡继续执行步骤201，否则继续判断ε_I2是否大于或等于20%（步骤207），如果ε_I2大于或等于20%，则发出分闸信号（步骤213），从而断路器分闸并且远程设备进行分闸告警（步骤215），最后继续执行步骤201；如果ε_I2小于20%，则发出越限报警信号（步骤209），从而远程设备进行越限告警，最后执行步骤201。

通过上述的流程，本发明可以通过计算的三相电流不平衡度以及预设的操作方式实现对电气设备和电网的保护。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (14)

1.一种三相电流不平衡监测系统，其特征在于，该系统包括：

电流测量装置，用于测量三相电流的幅值和相位；以及

平衡监测装置，用于根据三相电流的幅值和相位计算三相电流的正序分量参数和三相电流的负序分量参数并确定三相电流是否平衡；

其中所述电流测量装置与所述平衡监测装置连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述三相电流的正序分量与所述三相电流的负序分量由平衡监测装置根据对称分量法计算得出：

$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{F}}_{a\left(1\right)}\\ {\stackrel{\·}{F}}_{a\left(2\right)}\\ {\stackrel{\·}{F}}_{a\left(0\right)}\end{array}\right]={\left[\begin{array}{ccc}1& 1& 1\\ a^2& a& 1\\ a& a^2& 1\end{array}\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{F}}_a\\ {\stackrel{\·}{F}}_b\\ {\stackrel{\·}{F}}_c\end{array}\right];$

其中

为测量得出三相电流的向量表示，

为A相电流正序分量、负序分量、零序分量的向量表示，a＝e^j120°。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述三相电流的正序分量参数为A相电流的正序分量均方根，所述三相电流的负序分量参数为A相电流的负序分量均方根，所述三相电流不平衡度为三相电流的负序不平衡度；

所述平衡监测装置根据下式计算三相电流不平衡度ε_I2：

${\mathrm{\ϵ}}_{I2}=\frac{I_2}{I_1}\×100\%;$

其中，I₁为三相电流的正序分量均方根，I₂为三相电流的负序分量均方根。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电流测量装置为电流互感器。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述平衡监测装置用于将所计算出的三相电流不平衡度与预设的三相电流不平衡度范围进行比较确定三相电流是否平衡。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，平衡监测装置用于在所计算出的三相电流不平衡度位于第一三相电流不平衡度范围内时，确定三相电流为第一等级电流不平衡，在所计算出的三相电流不平衡度位于第二三相电流不平衡度范围内时，确定三相电流为第二等级电流不平衡，在所计算出的三相电流不平衡度位于第三三相电流不平衡度范围内时，确定三相电流平衡；

其中所述第一三相电流不平衡度范围为10%≤ε_I2＜20%，所述第二三相电流不平衡度范围为ε_I2≥20%，所述第三三相电流不平衡度范围为ε_I2＜10%。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，平衡监测装置用于在确定三相电流不平衡度为第一等级电流不平衡时向远程设备发出越限报警信号，在确定三相电流不平衡度为第二等级电流不平衡时向开关柜断路器发出分闸信号。

8.一种三相电流不平衡监测方法，其特征在于，该方法包括：

测量三相电流的幅值和相位；以及

根据三相电流的幅值和相位计算三相电流的正序分量参数和三相电流的负序分量参数并确定三相电流是否平衡。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述三相电流的正序分量与所述三相电流的负序分量根据对称分量法计算得出：

$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{F}}_{a\left(1\right)}\\ {\stackrel{\·}{F}}_{a\left(2\right)}\\ {\stackrel{\·}{F}}_{a\left(0\right)}\end{array}\right]={\left[\begin{array}{ccc}1& 1& 1\\ a^2& a& 1\\ a& a^2& 1\end{array}\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{F}}_a\\ {\stackrel{\·}{F}}_b\\ {\stackrel{\·}{F}}_c\end{array}\right];$

其中

为测量得出三相电流的向量表示，

为A相电流正序分量、负序分量、零序分量的向量表示，a＝e^j120°。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述三相电流的正序分量参数为三相电流的正序分量均方根，所述三相电流的负序分量参数为三相电流的负序分量均方根；

根据下式计算三相电流不平衡度ε_I2：

${\mathrm{\ϵ}}_{I2}=\frac{I_2}{I_1}\×100\%;$

其中，I₁为三相电流的正序分量均方根，I₂为三相电流的负序分量均方根。

11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，通过电流互感器测量三相电流的幅值与相位。

12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述确定三相电流是否平衡包括：

将所计算出的三相电流不平衡度与预设的三相电流不平衡度范围进行比较确定三相电流是否平衡。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述将所计算出的三相电流不平衡度与预设的三相电流不平衡度范围进行比较确定三相电流是否平衡包括：

在所计算出的三相电流不平衡度位于第一三相电流不平衡度范围内时，确定三相电流为第一等级电流不平衡，在所计算出的三相电流不平衡度位于第二三相电流不平衡度范围内时，确定三相电流为第二等级电流不平衡，在所计算出的三相电流不平衡度位于第三三相电流不平衡度范围内时，确定三相电流平衡；

其中所述第一三相电流不平衡度范围为10%≤ε_I2＜20%，所述第二三相电流不平衡度范围为ε_I2≥20%，所述第三三相电流不平衡度范围为ε_I2＜10%。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

在确定三相电流不平衡度为第一等级电流不平衡时向远程设备发出越限报警信号，在确定三相电流不平衡度为第二等级电流不平衡时向开关柜断路器发出分闸信号，并向远程设备发出分闸报警。