基于瞬态电流指纹的电机过载保护动态闭锁方法及系统与流程

本发明属于电机过载保护，具体涉及基于融合瞬态电流指纹的电机过载保护动态闭锁方法及系统。

背景技术：

1、电机广泛应用于水泵、风机、压缩机及输送设备等连续运行场景，其中水泵等负载设备通常具有运行时间长、负载变化持续以及机械部件长期承受摩擦与冲击等特点。电机长期运行过程中，转子断条、轴承磨损等机械状态变化会引起电磁损耗、机械摩擦损耗及运行电流特征的变化，并使绕组热积累过程发生改变。当电机已经出现机械劣化而仍处于持续运行状态时，仅依据电流幅值或传统热积累状态进行过载保护，难以有效表征机械状态变化对电机热积累过程及保护阈值产生的影响。

2、现有电机过载保护通常根据运行电流、温升或热积累状态设置保护阈值，在检测到热状态达到预设条件后执行分断。该类保护方式主要针对电流引起的绕组发热进行保护，当电机机械状态正常时能够满足基本的过载保护要求。然而，在转子断条、轴承磨损等机械劣化逐渐发展的情况下，机械损耗增加会使相同电流条件下的热积累过程发生变化，而传统保护仍主要按照固定热参数或者温升状态进行判断，机械劣化状态与热保护状态之间缺少直接关联，容易造成保护判断与实际运行状态之间产生偏差。

3、在电机故障诊断方面，现有技术能够对三相运行电流进行频谱分析，并利用转子断条特征频率、轴承故障特征频率及其边带分量进行机械故障识别。此类方法通常侧重于故障检测、故障分类或者状态报警，所提取的频谱特征与过载保护过程相互独立。对于连续运行的电机而言，机械劣化并非仅表现为某一时刻是否发生故障，其对应的边带能量还会随着运行状态持续变化，如何将此类连续演化的机械劣化特征与电机热积累保护过程建立稳定联系，现有保护方式缺少相应的状态衔接机制。

4、另一方面，电机分断过程中产生的三相电流暂态响应包含由运行状态向断流状态变化形成的衰减特征，该暂态响应与电机绕组、电磁状态及分断时运行状态有关。现有保护过程通常将分断动作作为保护执行结果，分断完成后即进入停机或冷却处理，较少进一步利用分断前后的暂态电流变化作为后续运行电流分析的参考依据。因此，在电机不同运行状态发生变化时，运行电流特征分析所采用的参考状态可能存在偏移，进而影响机械劣化特征识别及保护判断的稳定性。

5、此外，电机因过载保护分断后，现有重启控制通常依据当前温度、热指数或者冷却时间判断是否解除闭锁。当电机在分断前已经存在转子断条、轴承磨损等机械劣化时，单纯依据热状态恢复程度进行重启判断，无法充分反映分断前已经形成的机械状态；即使当前热状态恢复至允许范围，机械劣化仍可能导致重新投入运行后的热积累特性发生变化。因此，现有电机保护技术在利用运行过程中的多维状态信息进行保护判断方面仍存在不足，对于机械劣化状态变化、热积累变化以及分断后的状态延续之间的关联处理仍有进一步优化空间。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于瞬态电流指纹的电机过载保护动态闭锁方法及系统，本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

2、获取持续运行电机在分断动作前后的三相电流暂态响应，解析三相电流由运行状态向断流状态变化的衰减轨迹，形成瞬态电流指纹；

3、依据所述瞬态电流指纹标定三相电流的基波分量幅值基准，对三相电流执行频谱解析，提取转子断条及轴承故障对应的边带谐波分量，解析边带谐波分量相对于基波分量幅值基准的能量占比，生成机械劣化表征量及非线性热折损系数；

4、依据所述非线性热折损系数对基准热积累跳闸阈值进行非线性压减，形成动态热跳闸边界，当实时热势值超过动态热跳闸边界时触发分断指令；

5、分断后将机械劣化表征量及非线性热折损系数写入非易失性存储区，形成重启校验基准，重启时校验热势值回落状态及机械劣化表征量的重启允许状态，两种状态均满足时驱动重合闸操作，否则维持重启闭锁。

6、具体地，所述瞬态电流指纹的形成过程包括：

7、确定分断时刻对应的电流状态转换位置，提取所述转换位置前后的三相电流变化序列；按照各相电流的衰减起始状态、变化方向及断流稳定状态建立三相暂态响应序列，并对所述暂态响应序列进行统一编码，形成所述瞬态电流指纹。

8、具体地，所述基波分量幅值基准的标定过程包括：

9、提取所述瞬态电流指纹中的分断前幅值状态及暂态衰减幅值状态，解析所述分断前幅值状态与所述暂态衰减幅值状态之间的响应变化关系，形成幅值修正状态；

10、将所述幅值修正状态施加至运行周期内三相电流的基波分量，校正所述基波分量的幅值参考状态，并将校正后的基波分量幅值作为所述基波分量幅值基准。

11、具体地，所述频谱解析包括：

12、按照运行周期获取三相电流采样序列，对所述三相电流采样序列执行频域解析，定位基波分量对应的频率位置；

13、以所述频率位置为基准解析两侧频率响应，按照转子断条及轴承故障对应的频率偏移位置进行定向检索，提取对应的边带谐波分量，并生成所述边带谐波分量的能量状态及连续运行周期内的变化状态。

14、具体地，所述机械劣化表征量的生成过程包括：

15、提取转子断条及轴承故障对应的边带谐波分量，按照不同故障特征解析对应的边带能量变化状态；

16、以基波分量幅值基准对所述边带能量变化状态进行归一化表征，提取不同故障特征对应的劣化变化程度，并沿连续运行周期追踪所述劣化变化程度的变化趋势，将所述劣化变化程度及其变化趋势联合表征，形成所述机械劣化表征量。

17、具体地，所述非线性热折损系数的形成过程包括：

18、提取连续运行周期内所述机械劣化表征量与实时热势值的同步变化状态，建立机械劣化程度与热势变化程度之间的状态对应关系；

19、按照机械劣化程度递增过程中的热势变化幅度划分热折损状态，识别相邻热折损状态之间的折损增量变化，并按照所述折损增量变化形成机械劣化程度与热耐受折损程度之间的非线性对应关系，生成所述非线性热折损系数。

20、具体地，所述非线性压减包括：

21、将所述非线性热折损系数对应的热耐受折损状态划分为多个递增折损区间，为各所述递增折损区间配置对应的阈值压减增量；

22、依据当前热耐受折损状态对所述基准热积累跳闸阈值逐级执行压减，在所述热耐受折损状态进入下一递增折损区间时切换对应的阈值压减增量，使机械劣化程度增加时所述基准热积累跳闸阈值的压减程度递进增大，形成所述动态热跳闸边界。

23、具体地，所述重启校验基准的形成过程包括：

24、在所述分断指令触发时锁存分断时刻对应的热势值、机械劣化表征量及非线性热折损系数，并为所述三项状态数据配置同一分断状态标识；

25、将带有所述分断状态标识的状态数据写入所述非易失性存储区，完成写入后重新读取所述状态数据进行完整性校验，并将校验通过的分断状态数据作为所述重启校验基准，所述重启校验基准用于进行重启闭锁校验。

26、具体地，所述重启闭锁校验包括：

27、读取所述重启校验基准中的非线性热折损系数及机械劣化表征量，依据所述非线性热折损系数确定重启热势允许边界，并将当前机械劣化表征量与预设的机械劣化允许边界进行符合性比较；

28、检测当前热势值，在当前热势值低于所述重启热势允许边界且当前机械劣化表征量满足所述机械劣化允许边界时解除重启闭锁并驱动重合闸操作，否则维持重启闭锁。

29、本发明的有益效果为：

30、（1）通过获取电路切断装置分断动作前后的三相电流暂态响应，解析由运行状态向断流状态变化的衰减轨迹，形成表征电机当前电气响应状态的瞬态电流指纹。相较于现有技术中仅利用运行电流幅值或温升状态进行保护判断的方式，本发明将分断过程中的暂态衰减特征转化为幅值修正状态，并施加至运行周期内三相电流的基波分量以校正幅值参考状态，从而降低因分断暂态与运行期电气响应漂移导致的基波幅值基准偏移，提高基于经标定基波分量的机械劣化识别稳定性，使保护判断不再依赖固定电流参数。

31、（2）依据经标定的基波分量幅值基准对运行电流执行频谱解析，提取转子断条及轴承故障对应的边带谐波分量，解析边带谐波分量相对于经标定基波分量的能量占比以生成机械劣化表征量，并同步标定机械劣化表征量与实时热势值以形成非线性热折损系数。该处理方式将传统独立存在的机械故障诊断过程与过载保护过程建立状态对应关系，使机械劣化导致的附加损耗变化能够参与热积累保护阈值的非线性压减。通过按照机械劣化程度递增过程中的热势变化幅度划分热折损状态并递进增大压减程度，保护过程能够反映电机实际运行状态演化，降低机械劣化电机在相同电流条件下热风险增加而保护响应滞后的问题，提高连续运行设备的过载保护适应能力。

32、（3）在分断指令触发时锁存热势值、机械劣化表征量及非线性热折损系数并绑定同一分断事件标识，烧录至非易失性存储区以形成跨越分断事件的重启校验基准。重启过程中依据重启校验基准中的非线性热折损系数确定重启热势允许边界，并将当前机械劣化表征量与预设的机械劣化允许边界执行符合性比较。本发明保持了分断前形成的机械状态信息，使重启判断同时要求当前热势值低于重启热势允许边界且当前机械劣化表征量满足机械劣化允许边界，避免电机在热状态暂时恢复但机械状态仍不适宜运行时再次投入运行，提高电机保护过程在多次运行循环中的状态连续性和可靠闭锁能力。