CN117693684A - 绝缘诊断装置及绝缘诊断方法 - Google Patents

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CN117693684A
CN117693684A CN202280037746.2A CN202280037746A CN117693684A CN 117693684 A CN117693684 A CN 117693684A CN 202280037746 A CN202280037746 A CN 202280037746A CN 117693684 A CN117693684 A CN 117693684A
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平尾和平
秦康博
宫崎将来
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Abstract

根据实施方式的绝缘诊断装置基于提供给三相交流电动机的U相电流、V相电流和W相电流，来执行三相交流电动机的绝缘诊断，该绝缘诊断装置包括：电流矢量计算部(23、24)，其基于U相电流、V相电流和W相电流来计算零序电流矢量或负序电流矢量中的至少一个；预先存储基准电流矢量的基准电流矢量存储部(25)；计算电流差矢量的电流差矢量计算部(23、24)，其中该电流差矢量是电流矢量计算部(23、24)计算的电流矢量与基准电流矢量之间的差；以及判定部(28)，其基于所述电流差来判定三相交流电动机的绝缘状态。

Description

绝缘诊断装置及绝缘诊断方法
技术领域
本发明涉及绝缘诊断装置及绝缘诊断方法。
背景技术
传统上，三相交流电动机的绝缘诊断技术，例如，耐压测试或脉冲增益测试，是在从供电路径中移除电动机的定子的非操作状态(离线状态)下执行。
此外，绝缘诊断用于确定初始值和劣化过程之后的值之间的绝对值。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP 2017-015444 A
发明内容
发明要解决的问题
同时，传统的绝缘诊断装置所执行的绝缘诊断方法是判定绝对值，并且因此导致无法监测到接地故障、层间短路等等的劣化的进程，即，劣化的征兆。
此外，由于传统的绝缘诊断方法在电动机处于非操作状态(离线状态)时执行，因此，不能实时地在操作状态下执行劣化征兆的监测或劣化的判定。
因此，本发明提供了一种绝缘诊断装置和绝缘诊断方法，其能够在操作状态下实时执行导致接地故障、层间短路等等的劣化进程，甚至在三相交流电动机的操作状态下发生接地故障、层间短路等等情况下，立即执行判定操作。
解决问题的手段
根据一个实施方式的绝缘诊断装置基于提供给三相交流电动机的U相电流、V相电流和W相电流来执行三相交流电动机绝缘诊断。该绝缘诊断装置包括：电流矢量计算部，基于U相电流、V相电流和W相电流来计算零序电流矢量或负序电流矢量中的至少一个；基准电流矢量存储部，预先存储基准电流矢量；电流差矢量计算部，计算电流差矢量，该电流差矢量是电流矢量计算部计算的电流矢量与基准电流矢量之间的差；以及判定部，基于所述电流差来确定三相交流电动机的绝缘状态。
附图说明
图1是根据一个实施方式的绝缘诊断装置的说明图；
图2是诊断装置的功能框图；
图3是一次零序电流矢量和一次基准零序电流矢量的说明图；
图4是计算一次零序电流差矢量的说明图；
图5是三次零序电流矢量和三次基准零序电流矢量的说明图；
图6是五次零序电流矢量和五次基准零序电流矢量的说明图；
图7是七次零序电流矢量和七次基准零序电流矢量的说明图；
图8是根据实施方式的操作处理的流程图；以及
图9是平方和、第一阈值和第二阈值的示例的说明图。
具体实施方式
下面将参照附图来描述本发明的实施方式。在此，根据实施方式的组件和对组件的描述可以利用多个表达式来描述。组件及其描述只是示例性的，并且不限于本文中的表达方式。可以通过与本文的名称不同的名称来指定组件。此外，可以用与本文的表达式不同的表达式来描述组件。
图1是根据实施方式的绝缘诊断装置的说明图。
绝缘诊断装置10包括：检测提供给三相交流电动机M的U相电流Iu的第一电流互感器(CT：current trasformer)11U、检测提供给三相交流电动机M的V相电流Iv的第二电流互感器(CT)11V、检测提供给三相交流电动机M的W相电流Iw的第三电流互感器(CT)11W、以及基于已经检测到的U相电流Iu、V相电流Iv和W相电流Iw进行诊断的诊断装置12。
图2是诊断装置的功能框图。
诊断装置12包括相位/振幅检测部21、基本电流矢量计算部22、零序电流矢量计算部23、负序电流矢量计算部24、基准电流矢量存储部25、电流差矢量计算部26、平方和计算部27和判定部28。
在上面所描述的结构中，基本电流矢量计算部22、零序电流矢量计算部23和负序电流矢量计算部24用作电流矢量计算部。
相位/振幅检测部21基于已经检测到的U相电流Iu、V相电流Iv和W相电流Iw，来检测U相电流Iu的相位、V相电流Iv的相位、W相电流Iw的相位、U相电流Iu的振幅、V相电流Iv的振幅和W相电流Iw的振幅。
例如，在下面的描述中，为了清楚地描述Iu是矢量，使用了表达式“矢量VIu”，并且为了阐明句子中的描述和公式中的描述之间的对应关系，为了方便起见，将VIu写在箭头下面。
基本电流矢量计算部22基于U相电流Iu的相位和U相电流Iu的振幅来计算U相电流矢量VIu，基于V相电流Iv的相位和V相电流Iv的振幅来计算V相电流矢量VIv，并且基于W相电流Iw的相位和W相电流Iw的振幅来计算W相电流矢量VIw。
零序电流矢量计算部23基于已经计算出的U相电流矢量VIu、V相电流矢量VIv和W相电流矢量VIw，根据以下公式来计算零序电流矢量VI0。
负序电流矢量计算部24基于已经计算出的U相电流矢量VIu、V相电流矢量VIv和W相电流矢量VIw，根据以下公式来计算负序电流矢量VI2。
这里，“a”是矢量算子，并表示如下：
基准电流矢量存储部25存储例如在出厂时或检查时没有发生接地故障、层间短路等等的状态下，计算出的零序电流矢量VIO和负序电流矢量VI2，作为基准零序电流矢量VI0r和基准负序电流矢量VI2r。
在实际中，基准电流矢量存储部25存储以下中的每一项：作为基准零序电流矢量VI0r的一次频率分量的一次基准零序电流矢量VI0r_1、作为基准零序电流矢量VI0r的三次频率分量的三次基准零序电流矢量VI0r_3、作为基准零序电流矢量VI0r的五次频率分量的五次基准零序电流矢量VI0r_5、以及作为基准零序电流矢量VI0r的七次频率分量的七次基准零序电流矢VI0r_7。
此外，基准电流矢量存储部25存储以下中的每一项：作为基准负序电流矢量VI2r的一次频率分量的一次基准负序电流矢量VI2r_1、作为基准负序电流矢量VI2r的三次频率分量的三次基准负序电流矢量VI2r_3、作为基准负序电流矢量VI2r的五次频率分量的五次基准负序电流矢量VI2r_5、以及作为基准负序电流矢量VI2的七次频率分量的七次基准负序电流矢量VI2r_7。
电流差矢量计算部26计算零序电流矢量计算部23所计算出的零序电流矢量VI0与从基准电流矢量存储部25读出的基准零序电流矢量VII0r之间的差，作为差值零序电流矢量DVI0。
此外，电流差矢量计算部26计算负序电流矢量计算部24所计算出的负序电流矢量VI2与从基准电流矢量存储部25读出的基准负序电流矢量VI2r之间的差，作为负序电流差矢量DVI2，
图3是一次零序电流矢量和一次基准零序电流矢量的说明图。
图4是计算一次零序电流差矢量的说明图。
电流差矢量计算部26通过从一次基准零序电流矢量VI0r_1中减去一次零序电流矢量VI0_1，来计算一次零序电流差矢量DVI0_1，如图4中所示。
换言之，电流差矢量计算部26执行下面所描述的处理。
图5是三次零序电流矢量和三次基准零序电流矢量的说明图。
图6是五次零序电流矢量和五次基准零序电流矢量的说明图。
图7是七次零序电流矢量和七次基准零序电流矢量的说明图。
类似地，电流差矢量计算部26计算一次零序电流差矢量DVI0_1、三次零序电流差矢量DVI0_3、五次零序电流差矢量DVI0_5和七次零序电流差值矢量DVI0_7，以及一次负序电流差矢量DVI2_1、三次负序电流差矢量DVI2_3、五次负序电流差矢量DVI2_5和七次负序电路差矢量DVI2_7。
平方和计算部27计算零序电流矢量计算部23所计算出的一次零序电流差矢量DVI0_1～七次零序电流差矢量DVI0_7的平方和。
类似地，平方和计算部27计算零序电流矢量计算部23所计算出的一次负序电流差矢量DVI2_1～七次负序电流差矢量DVI2_7的平方和。
判定部28将一次零序电流差矢量DVI0_1～七次零序电流差矢量DVI0_7的平方和SS0和一次负序电流差矢量DVI2_1～七次负序电流差矢量DVI2_7的平方和SS2与分别对应于这些平方和的第一阈值Vth1(＝对应于警告值)和第二阈值Vth2(＝对应于故障值)进行比较，并输出判定结果。
接下来，描述根据该实施方式的操作。
图8是根据实施方式的操作处理的流程图。
首先，诊断装置12判断是否是诸如接地故障或层间短路之类的故障的检测时机(步骤S11)。
在步骤S11的判断中，在还不是检测时机的情况下(步骤S11；否)，进入待机状态。
在步骤S11的判断中，在是检测时机的情况下(步骤S11；是)，第一电流互感器11U、第二电流互感器11V和第三电流互感器检测U相电流Iu、V相电流Iv和W相电流Iw(步骤S12)。
接着，诊断装置12用作相位/振幅检测部21，并基于已经检测到的U相电流Iu、V相电流Iv和W相电流Iw，来检测U相电流Iu的相位、V相电流Iv的相位、U相电流Iu的振幅、V相电流Iv的振幅以及W相电流Iw的振幅(步骤S13)。
然后，诊断装置12用作基本电流矢量计算部22，基于U相电流Iu的相位和U相电流Iu的振幅来计算U相电流矢量VIu，基于V相电流Iv的相位和V相电流Iv的振幅计算V相电流矢量VIv，并基于W相电流Iw的相位和W相电流Iw的振幅来计算W相电流矢量VIw(步骤S14)。
接着，诊断装置12用作零序电流矢量计算部23，并且计算以下中的每一项：作为零序电流矢量VI0的一次频率分量的一次零序电流矢量VI0_1、作为零序电流矢量VI0的三次频率分量的三次零序电流矢量VI0_3、作为零序电流矢量VI0的五次频率分量的五次零序电流矢量VI0_5、以及作为零序电流矢量VI0的七次频率分量的七次零序电流矢量VI0_7(步骤S15)。
然后，诊断装置12用作负序电流矢量计算部24，并且基于已经计算出的U相电流矢量VIu、V相电流矢量VIv和W相电流矢量VIw，根据以下公式来计算负序电流矢量VI2(步骤S16)。
这里，“a”是矢量算子，并表示如下：
具体地说，诊断装置12用作负序电流矢量计算部24，并且计算以下中的每一项：作为负序电流矢量VI2的一次频率分量的一次负序电流矢量VI2_1、作为负序电流矢量VI2的三次频率分量的三次负序电流矢量VI2_3、作为负序电流矢量VI2的五次频率分量的五次负序电流矢量VI2_5、以及作为负序电流矢量VI2的七次频率分量的七次负序电流矢量VI2_7。
接着，诊断装置12读出存储在基准电流矢量存储部25中的基准零序电流矢量VI0r和基准负序电流矢量VI2r(步骤S17)。
由此，诊断装置12用作电流差矢量计算部26，将零序电流矢量计算部23所计算出的零序电流矢量VI0与从基准电流矢量存储部25读出的基准零序电流矢量VI0r之间的差，计算为差值零序电流矢量DVI0，并且将负序电流矢量计算部24所计算出的负序电流矢量VI2与从基准电流矢量存储部25读出的基准负序电流矢量VI2r之间的差，计算为负序电流差矢量DVI2(步骤S18)。
具体地说，诊断装置12用作用于处理零序电流矢量的电流差矢量计算部26，并且电流差矢量计算部26将一次零序电流矢量VI0_1与一次基准零序电流矢量VI0r_1之间的差，计算为一次零序电流差矢量DVI0_1，其中一次零序电流矢量VI0_1是零序电流矢量计算部23所计算出的零序电流矢量VI0的一次频率分量，而一次基准零序电流矢量VI0r_1是已经从基准电流矢量存储部25中读出的基准零序电流矢量VI0r的一次频率分量。
类似地，诊断装置12用作电流差矢量计算部26，并且将三次零序电流矢量VI0_3与三次基准零序电流矢量VI0r_3之间的差，计算为三次零序电流差矢量DVI0_3，其中三次零序电流矢量VI0_3是零序电流矢量计算部23所计算出的零序电流矢量VI0的三次频率分量，而三次基准零序电流矢量VI0r_3是已经从基准电流矢量存储部25中读出的基准零序电流矢量VI0r的三次频率分量。
此外，诊断装置12用作电流差矢量计算部26，并且将三次零序电流矢量VI0_5与五次基准零序电流矢量VI0r_5之间的差，计算为五次零序电流差矢量DVI0_5，其中五次零序电流矢量VI0_5是零序电流矢量计算部23所计算出的零序电流矢量VI0的五次频率分量，而五次基准零序电流矢量VI0r_5是已经从基准电流矢量存储部25中读出的基准零序电流矢量VI0r的五次频率分量。
类似地，诊断装置12用作电流差矢量计算部26，并且将三次零序电流矢量VI0_7与七次基准零序电流矢量VI0r_7之间的差，计算为七次零序电流差矢量DVI0_7，其中七次零序电流矢量VI0_7是零序电流矢量计算部23所计算出的零序电流矢量VI0的七次频率分量，而七次基准零序电流矢量VI0r_7是已经从基准电流矢量存储部25中读出的基准零序电流矢量VI0r的七次频率分量。
此外，诊断装置12用作用于处理负序电流矢量的电流差矢量计算部26，并且电流差矢量计算部26将一次负序电流矢量VI2_1与一次基准负序电流矢量VI2r_1之间的差，计算为一次负序电流差矢量DVI2_1，其中一次负序电流矢量VI2_1是负序电流矢量计算部24所计算出的负序电流矢量VI2的一次频率分量，而一次基准负序电流矢量VI2r_1是已经从基准电流矢量存储部25中读出的基准负序电流矢量VI2r的一次频率分量。
类似地，诊断装置12用作电流差矢量计算部26，并且将三次负序电流矢量VI2_3与三次基准负序电流矢量VI2r_3之间的差，计算为三次负序电流差矢量DVI2_3，其中三次负序电流矢量VI2_3是负序电流矢量计算部24所计算出的负序电流矢量VI2的三次频率分量，而三次基准负序电流矢量VI2r_3是已经从基准电流矢量存储部25中读出的基准负序电流矢量VI2r的三次频率分量。
此外，诊断装置12用作电流差矢量计算部26，并且将三次负序电流矢量VI2_5与五次基准负序电流矢量VI2r_5之间的差，计算为五次负序电流差矢量DVI2_5，其中五次负序电流矢量VI2_5是负序电流矢量计算部24所计算出的负序电流矢量VI2的五次频率分量，而五次基准负序电流矢量VI2r_5是已经从基准电流矢量存储部25中读出的基准负序电流矢量VI2r的五次频率分量。
此外，诊断装置12用作电流差矢量计算部26，并且将三次负序电流矢量VI2_7与七次基准负序电流矢量VI2r_7之间的差，计算为七次负序电流差矢量DVI2_7，其中七次负序电流矢量VI2_7是负序电流矢量计算部24所计算出的负序电流矢量VI2的七次频率分量，而七次基准负序电流矢量VI2r_7是已经从基准电流矢量存储部25中读出的基准负序电流矢量VI2r的七次频率分量。
结果，诊断装置12用作平方和计算部27，计算已经由零序电流矢量计算部23所计算出的一次零序电流差矢量DVI0_1～七次零序电流差矢量DVI0_7的平方和，将该平方和输出到判定部28，并且计算已经由负序电流矢量计算部24所计算出的一次负序电流差矢量DVI2_1～七次负序电流差矢量DVI2_7的平方和(步骤S19)。
由此，诊断装置12、判定部28将一次零序电流差矢量DVI0_1～七次零序电流差矢量DVI0_7的平方和SS0和一次负序电流差矢量DVI2_1～七次负序电流差矢量DVI2_7的平方和SS2与分别对应于这些平方和的第一阈值Vth1(＝对应于警告值)和第二阈值Vth2(＝对应于故障值)进行比较，并且作为判定的结果，输出正常信号NM、警告信号WN或故障信号AL(步骤S20)。
这里，根据下面描述的公式来表示平方和SS0与平方和SS2。
SS0＝√([DV10_1]2+[DV10_3]2+[DV10_5]2+[DV10_7]2)
SS2＝√([DV12_1]2+[DV12_3]2+[DV12_5]2+[DV12_7]2)
图9是平方和、第一阈值和第二阈值的示例的说明图。
图9示出了在预定的检测时机(在图9的示例的情况下，时刻t1～时刻t7)的平方和SS(平方和SS0或平方和SS2)随时刻的变化。
如图9中所示，从时刻t1到时刻t3，平方和SS几乎不改变，并且小于第一阈值Vth1，因此判定部28输出与表示正常的结果相对应的正常信号NM。
然后，与时刻t1～时刻t3的情况相比，在时刻t4和时刻t5，平方和SS已经增加，但是仍然小于第一阈值Vth1，并且因此判定部28输出与表示正常的结果相对应的正常信号NM。
与此相比，在时刻t6，平方和SS已经增加，超过第一阈值Vth1，并且小于第二阈值Vth2，因此判定部28确定其处于接地故障或层间短路的高概率的状态，并且输出警告信号WN。
此外，在时刻t7，平方和SS进一步增加，并超过第二阈值Vth2，因此判定部28确定其处于发生接地故障或层间短路的故障状态，并输出故障信号AL。
如上所述，根据本实施方式，掌握了作为零序电流矢量VI0的一次分量～七次分量的一次零序电流矢量VI0_1～七次零序电流矢量VI0_7、作为负序电流矢量VI2的一次分量～七次分量的一次负序电流矢量VI2_1～七次负序电流矢量VI2_7的初始状态(正常状态)的值，即一次基准零序电流矢量VI0r_1～七次基准零序电流矢量VI0r_7和一次基准负序电流矢量VI2r_1～七次基准负序电流矢量VI2r_7。
然后，基于在三相交流电动机M的操作状态下检测到的一次零序电流矢量VI0_1～七次零序电流矢量VI0_7和一次负序电流矢量VI2_1～七次负序电流矢量VI2_7，来计算一次零序电流差矢量DVI0_1～七次零序电流差矢量DVI0_7和一次负序电流差矢量DVI2_1～七次负序电流差矢量DVI2_7。
此外，基于已经计算出的一次零序电流差矢量DVI0_1～七次零序电流差矢量DVI0_7和一次负序电流差矢量DVI2_1～七次负序电流差矢量DVI2_7，实时地检测将很高可能性发生接地故障、层间短路等等的劣化征兆状态，或者可以实时地检测接地故障、层间短路等等的故障状态。
上面已经描述的本发明的实施方式并不限制本发明的保护范围，它们仅仅是包括在本发明范围内的示例。在不脱离本发明的主旨的情况下，可以通过对上面所描述的实施方式的至少一些特定目的、结构、形状、工作方式和效果进行改变、省略和添加，来实施本发明的实施方式。
例如，在上面的描述中，关于零序电流矢量和负序电流矢量，已经分别获得了零序电流差矢量和负序电流差矢量。然而，也可以采用其中通过仅使用零序电流差矢量或负序电流差矢量中的某一个来进行绝缘诊断的配置。
此外，在上面的描述中，已经对一次频率和用作高次频率的三次频率、五次频率和七次频率的电流矢量进行了处理。然而，可以对一次频率和至少一个高次频率的电流矢量执行处理。
标号说明
10绝缘诊断装置、11U第一电流互感器、11V第二电流互感器、12诊断装置、21相位/振幅检测部、22电流矢量计算部、23零序电流矢量计算部、24负序电流矢量计算部、25基准电流矢量存储部、26电流差矢量计算部、27平方和计算部、28判定部，AL故障信号、DVI0_1～DVI0_7一次零序电流差矢量～七次零序电流差矢量、DVI2_1～DVI2_7一次负序电流差矢量～七次负序电流差矢量、Iu U相电流、Iv V相电流、Iw W相电流、M三相交流电动机、NM正常信号、SS、SS0、SS2平方和、VIu U相电流矢量、Viv V相电流矢量，VIw W相电流矢量、VI0零序电流矢量、VI0_1～VI0_7一次零序电流矢量～七次零序电流矢量、VI0r基准零序电流矢量、VI0r_1～VI0r_7一次基准零序电流矢量～七次基准零序电流矢量、VI2负序电流矢量、VI2_1～VI2_7一次负序电流矢量～七次负序电流矢量、VI2r基准负序电流矢量、VI2r_1～VI2r_7一次基准负序电流矢量～七次基准负序电流矢量、Vth1第一阈值、Vth2第二阈值、WN警告信号。

Claims (5)

1.一种绝缘诊断装置，基于提供给三相交流电动机的U相电流、V相电流和W相电流来执行所述三相交流电动机的绝缘诊断，所述绝缘诊断装置包括：
电流矢量计算部，基于所述U相电流、所述V相电流和所述W相电流来计算零序电流矢量或负序电流矢量中的至少一个；
基准电流矢量存储部，预先存储基准电流矢量；
电流差矢量计算部，计算电流差矢量，该电流差矢量是所述电流矢量计算部计算出的电流矢量与所述基准电流矢量之间的差；以及
判定部，基于所述电流差矢量来判定所述三相交流电动机的绝缘状态。
2.根据权利要求1所述的绝缘诊断装置，其中，
所述电流矢量计算部包括零序电流矢量计算部和负序电流矢量计算部，该零序电流矢量计算部基于所述U相电流、所述V相电流和所述W相电流来计算所述零序电流矢量，该负序电流矢量计算部基于所述U相电流、所述V相电流和所述W相电流来计算所述负序电流矢量，
所述基准电流矢量存储部预先存储基准零序电流矢量和基准负序电流矢量作为所述基准电流矢量，
所述电流差矢量计算部计算零序电流差矢量和负序电流差矢量，该零序电流差矢量是所计算出的所述零序电流矢量与所述基准零序电流矢量之间的差，该负序电流差矢量是所计算出的所述负序电流矢量与所述基准负序电流矢量之间的差，
所述判定部基于所述零序电流差矢量和所述负序电流差矢量来判定所述三相交流电动机的绝缘状态。
3.根据权利要求2所述的绝缘诊断装置，其中，
所述零序电流矢量计算部计算与一次频率和高次频率相对应的多个零序电流矢量，
所述负序电流矢量计算部计算与所述一次频率和所述高次频率相对应的多个负序电流矢量，
所述基准电流矢量存储部预先存储与所述一次频率和所述高次频率相对应的基准零序电流矢量以及与所述一次频率和所述高次频率相对应的基准负序电流矢量，
所述电流差矢量计算部计算分别与所述一次频率和所述高次频率相对应的多个零序电流差矢量以及分别与所述一次频率和所述高次频率相对应的多个负序电流差矢量，
所述绝缘诊断装置还包括平方和计算部，该平方和计算部计算所述多个零序电流差矢量的平方和以及所述多个负序电流差矢量的平方和，
所述判定部基于所述多个零序电流差矢量的平方和与所述多个负序电流差矢量的平方和来判定所述三相交流电动机的绝缘状态。
4.根据权利要求3所述的绝缘诊断装置，其中，
所述判定部将所述多个零序电流差矢量的平方和或者所述多个负序电流差矢量的平方和与规定的第一阈值进行比较，当所述平方和超过所述第一阈值时，判定为所述三相交流电动机处于存在导致绝缘劣化状态的征兆的绝缘劣化征兆状态；
所述判定部将所述多个零序电流差矢量的平方和或者所述多个负序电流差矢量的平方和与大于所述第一阈值的规定的第二阈值进行比较，当所述平方和超过所述第二阈值时，判定为所述三相交流电动机处于作为所述绝缘劣化状态的故障状态。
5.一种绝缘诊断方法，基于提供给三相交流电动机的U相电流、V相电流和W相电流来执行所述三相交流电动机的绝缘诊断，所述绝缘诊断方法包括：
基于所述U相电流、所述V相电流和所述W相电流来计算零序电流矢量或负序电流矢量中的至少一个；
计算电流差矢量，该电流差矢量是所计算出的电流矢量与规定的基准电流矢量之间的差；以及
基于所述电流差矢量来判定所述三相交流电动机的绝缘状态。
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