目前，我國(guó)高壓電動(dòng)機(jī)的保護(hù)主要有機(jī)電式和集成電路兩種，但都存在著諸多弊病，不能很好地保護(hù)電動(dòng)機(jī)。其中，異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)電式保護(hù)，主要以電流增大作為判據(jù)，保護(hù)原理粗略，對(duì)斷相等嚴(yán)重不對(duì)稱故障，由于一般不出現(xiàn)顯著的電流增大，從而使保護(hù)裝置難以及時(shí)動(dòng)作，造成事故擴(kuò)大；集成電路式保護(hù)雖在保護(hù)原理上有所改善，但其保護(hù)特性一般無(wú)法與電動(dòng)機(jī)熱曲線實(shí)現(xiàn)較好配合，常發(fā)生拒動(dòng)或誤動(dòng)，嚴(yán)重的甚至燒毀電動(dòng)機(jī)。因此，研究電機(jī)保護(hù)算法具有重要的意義。

1　電動(dòng)機(jī)故障分析
電動(dòng)機(jī)的故障形式可分為對(duì)稱和不對(duì)稱兩類。

對(duì)稱故障包括過(guò)載、堵轉(zhuǎn)和三相短路等，這類故障對(duì)電動(dòng)機(jī)的損壞主要是熱效應(yīng)和機(jī)械應(yīng)力，使繞組發(fā)熱甚至損壞。其主要特征是三相仍基本對(duì)稱但同時(shí)出現(xiàn)過(guò)電流，故障嚴(yán)重程度基本反映在過(guò)電流的程度，因此仍然以過(guò)流程度作為這類故障的判據(jù)。對(duì)于嚴(yán)重的三相短路的保護(hù)應(yīng)采用速斷跳閘；堵轉(zhuǎn)故障的保護(hù)應(yīng)采用短時(shí)限跳閘；而對(duì)于對(duì)稱過(guò)載應(yīng)采用及時(shí)限跳閘，反時(shí)限特性應(yīng)與電動(dòng)機(jī)的溫升指數(shù)特性相配合。

不對(duì)稱故障又可進(jìn)一步分為非接地性和接地性兩類。

非接地性不對(duì)稱故障，主要包括斷相、相間短路、匝間短路及不平衡運(yùn)行等。這類故障會(huì)引起三相電流不對(duì)稱。由于我國(guó)電動(dòng)機(jī)的中心點(diǎn)不接地，故定子電流可分解為正序和負(fù)序分量(零序分量為0)。而電動(dòng)機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)負(fù)序電流分量基本沒(méi)有，所以采用負(fù)序電流分量作為這類故障的判據(jù)。這類故障對(duì)電動(dòng)機(jī)的損害主要是負(fù)序電流引起的負(fù)序效應(yīng)，可能造成電動(dòng)機(jī)端部發(fā)熱、轉(zhuǎn)子振動(dòng)及起動(dòng)力矩降低等一系列問(wèn)題，如果有過(guò)電流出現(xiàn)，還會(huì)使繞組發(fā)熱。這類故障的保護(hù)應(yīng)采用短時(shí)限跳閘或速斷。

接地性不對(duì)稱故障，包括單相接地短路和兩相接地短路。由于電動(dòng)機(jī)外殼必須安全接地，因此繞組端部碰殼、絕緣破壞等都可能導(dǎo)致接地故障，特別是處在塵埃重或濕度大的環(huán)境下，故障率就更高。發(fā)生接地性不對(duì)稱故障時(shí)，會(huì)出現(xiàn)零序電流分量，這是區(qū)別其他任何非接地性故障的根本特征，可作為接地性故障的主要判據(jù)。這類故障應(yīng)采用速斷或短時(shí)限跳閘加以保護(hù)。

由以上分析和實(shí)驗(yàn)表明，過(guò)電流、負(fù)序和零序3個(gè)分量的不同分布組合與各故障類型之間具有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，表1列出了這樣的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

2　電動(dòng)機(jī)保護(hù)算法的提出

保護(hù)算法是用數(shù)學(xué)運(yùn)算方法實(shí)現(xiàn)故障量的測(cè)量、分析和判斷的。其基本問(wèn)題是尋找適當(dāng)?shù)碾x散運(yùn)算方法，使運(yùn)算結(jié)果的精確度能滿足要求，而計(jì)算耗時(shí)又盡可能短。

傅氏算法假定被采樣的模擬信號(hào)是一個(gè)周期性時(shí)間函數(shù)，除基波外，還含有不衰減的直流分量和各次諧波。這種算法在dsp單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)時(shí)，實(shí)際上是對(duì)離散的采樣值進(jìn)行計(jì)算。首先計(jì)算in的實(shí)部irn和虛部iin值(其中n＝a，b，c)：

其中：n為一個(gè)周期t中的采樣數(shù)，n愈大，精度愈高。
當(dāng)n＝12點(diǎn)數(shù)時(shí)，幅值最大誤差：δim ax/im＝3.41％　　
在單片機(jī)上作實(shí)時(shí)計(jì)算時(shí)，須在每出現(xiàn)一個(gè)新采樣值后就計(jì)算一次，而且應(yīng)對(duì)這一新采樣值前的n個(gè)采樣值(包括新出現(xiàn)的一個(gè))同時(shí)加以運(yùn)算。在運(yùn)算時(shí)，對(duì)n個(gè)采樣值都分別乘以不同的系數(shù)，然后求和。

計(jì)算出in的實(shí)部irn和虛部iin后，就可求得幅值in和相 位角θ為：

這樣就可求得任意次諧波的振幅和相位。

定子繞組的相間短路對(duì)異步電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)是嚴(yán)重的故障，他不僅引起繞組絕緣損壞、鐵芯燒毀，甚至?xí)构╇娋W(wǎng)絡(luò)電壓顯著降低，破壞其他設(shè)備的正常工作。所以應(yīng)進(jìn)行相間短路故障的保護(hù)。當(dāng)然，他也歸屬于過(guò)流保護(hù)。這種故障會(huì)產(chǎn)生衰減的非周期分量(包括衰減的直流分量)，同樣，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的涌流也會(huì)產(chǎn)生這種衰減的非周期分量。盡管傅氏算法對(duì)這種衰減的非周期分量有一定的抑制作用，但試驗(yàn)證明，如果不采取措施，最嚴(yán)重的情況下，由非周期分量造成的傅氏算法的計(jì)算誤差可能超過(guò)10％，這么大的誤差對(duì)電動(dòng)機(jī)保護(hù)來(lái)說(shuō)，絕不能視而不見，必須進(jìn)行補(bǔ)償。最簡(jiǎn)單的辦法是，對(duì)輸入信號(hào)先施行一次減法濾波，然后再進(jìn)行傅氏計(jì)算，這樣就可削弱非周期分量，減少傅氏算法的計(jì)算誤差。

對(duì)于電動(dòng)機(jī)保護(hù)，只需計(jì)算出基波(50hz)的電流信號(hào)。而其他干擾信號(hào)(如各次諧波及各種噪聲)必須濾掉�！�
　
在a/d前用一個(gè)無(wú)源的alf(模擬低通濾波器)濾掉9次以上的高次諧波。在用a/d或vfc進(jìn)行離散化后，采用傅氏算法。該算法本身具有較強(qiáng)的濾波作用(可以濾去各次諧波)，如果在傅氏算法前再用減法濾波，濾去衰減的非周期分量，就無(wú)需另外采用別的數(shù)字濾波算法了。

3　硬件實(shí)現(xiàn)框圖

硬件實(shí)現(xiàn)框圖如圖1所示。將三相電流經(jīng)過(guò)電流電壓變換器及放大部分，轉(zhuǎn)化為合適電平，然后由模擬低通濾波器(alf)濾去高頻分量。alf選用無(wú)源低通濾波器即可，其作用是消除頻率混疊問(wèn)題，即為了滿足采樣定理，限制輸入信號(hào)的最高頻率，在此設(shè)計(jì)成消除7次或9次以上的諧波。然后經(jīng)采樣保持電路，采保電路起到這樣一個(gè)作用：當(dāng)多個(gè)模擬量需要同時(shí)檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)系統(tǒng)輸入通道中