高壓電機變頻改造后綜合保護配置方案

1、高壓電機變頻改造后綜合保護配置方案摘要：隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻器在電廠得到了廣泛應(yīng)用。目前的新建 電廠，重要輔機如風(fēng)機、水泵等，一般均要求考慮配置變頻器拖動；越來越多的 已建電廠正在進行或已完成高壓電動機采用變頻器的改造。高壓電動機采用采用 變頻器拖動后，電動機保護如何配置才能保證機組安全可靠的運行，成為電廠、 設(shè)計院、保護廠家關(guān)注的問題。關(guān)鍵字：大型電動機；變頻；保護配置1變頻方式下電動機保護面臨的問題采用變頻裝置后，電動機實現(xiàn)了軟啟動，啟動電流從零開始平滑上升，啟動 電流顯著減小，只有額定電流的1.21.5倍（工頻可達5倍左右），電動機可以 在較小的電流下實現(xiàn)加速、減速，發(fā)熱較小。但

2、是，同時啟動時間卻有所延長。 這對按照躲過啟動電流整定的保護和按啟動時間整定的保護會帶來一定的影響。 據(jù)實驗實測，移相變壓器將會產(chǎn)生5-6倍勵磁涌流。變頻器輸出側(cè)頻率將根據(jù)現(xiàn)場運行情況不斷調(diào)整和變化，輸出側(cè)電流的頻率可 在0.2400Hz內(nèi)變化，同時變頻器輸出側(cè)電流存在一定諧波分量，尤其當(dāng)電動 機在低頻段工作時，諧波分量更高。由于諧波電流的影響，電動機的發(fā)熱量較工 頻運行方式下有所增加。高壓電動機變頻運行后，電流互感器更容易飽和。根據(jù) 電磁式互感器的工作原理，在電壓一定的情況下，頻率和磁通成反比關(guān)系。頻率 越低，互感器通過的磁通越大。因此，在低頻情況下.傳統(tǒng)的工頻互感器極容易 發(fā)生飽和。對于變

3、頻調(diào)速系統(tǒng)，由于附加了變頻器裝置，變頻器的輸入電流和輸出電流 在頻率和相位上沒有必然的聯(lián)系。這是影響電動機繼續(xù)使用相量差動保護的最大 障礙；電動機相量差動保護的工作原理是基于比較電動機兩端電流的大小與相位 的。然而變頻器輸入輸出側(cè)的電流在相位上不一致，在工頻運行方式下的差動保 護中，即使電動機在正常工作情況下也會有相當(dāng)數(shù)量的差流出現(xiàn)。但是，對于電 動機的輸入和輸出電流，它們的頻率和相位是一致的，因此可以考慮對電動機單 獨進行差動保護，差動保護所需電流取自電動機的輸入側(cè)和輸出側(cè)。2研究變頻工況保護配置及計算方案GB/T14285-2006繼電保護及安全自動裝置技術(shù)規(guī)程對電動機保護的要 求：200

4、0kW以下的電動機，裝設(shè)電流速斷保護，保護宜采用兩相式。2000kW及 以上的電動機，或雖在2000kW以下，但電流速斷保護靈敏系數(shù)不符合要求時， 可裝設(shè)縱聯(lián)差動保護?？v聯(lián)差動保護應(yīng)防止在電動機自啟動過程中誤動作。 2.1對于未安裝差動保護的電動機高壓電動機改變運行后的一次c側(cè)使用原高壓電動機開關(guān)，保護使用原開關(guān) 柜配置的綜合保護。在就地變頻室增加旁路柜、隔離變壓器和變頻器柜，6kV電 源開關(guān)旁路柜輸入刀閘跨接于高壓隔離變壓器和高壓變頻裝置之間。進出線刀閘 和旁路刀閘的作用是：一旦變頻裝置出現(xiàn)故障，先斷開電源開關(guān)，后將變頻裝置 隔離，恢復(fù)在工頻電源下啟動電動機運行 2.2變頻方式下電動機綜合保

5、護措施因高壓變頻器輸出電流的頻率會根據(jù)實際運行需要不斷調(diào)整。在電流中含高 次諧波成分的干擾下，使用傅氏算法并不能得到準(zhǔn)確的電流值。因此，電流速斷 保護、過負荷保護、過電流保護等保護所需的電流應(yīng)取自變頻器輸入側(cè)。2.2.1啟動時間保護2.2.2電流速斷保護對于高壓來講，電流速斷保護用以作電機的相間短路保護，多數(shù)為瞬時動作。 故電機的電流速斷保護可以按照躲過移相變壓器空載合閘時勵磁涌流的方法整定。 在運行過程中，保護整定值往往較大，所以運行時靈敏度不太理想。為此，國內(nèi) 的一些廠家將電流速斷動作電流在電動機啟動過程和運行過程按不同的方式整定: 在規(guī)定的啟動時問內(nèi)取高整定值，以躲開大的啟動電流；啟動結(jié)

6、束后取低整定值， 此時只需考慮躲開正常運行時最大的負荷電流，這樣既可以避開電動機啟動開始 瞬間的暫態(tài)峰值電流，又提高了電流速斷保護在正常運行狀態(tài)下的靈敏度。2.2.3低壓保護2.2.4堵轉(zhuǎn)保護電動機的單相接地是較為常見的故障，電動機一般沒有配置接地保護。為保 證單相接地時零序過電流保護同時滿足選擇性和靈敏性的要求，既防止誤動，又 防止不動。采用變壓器中性點經(jīng)小電阻接地方式，可以實現(xiàn)接地保護。2.3變頻電動機的差動保護傳統(tǒng)的電動機差動保護均為縱聯(lián)差動保護，原理為比較電動機機端和中性點 電流的相位和幅值。變頻運行過程由于電動機轉(zhuǎn)速通過變頻器不斷在調(diào)整，電流 頻率此時是一個變化量，一個周波的采樣點在

7、波形中的位置也在不斷變化，因而 常規(guī)的相量差動裝置無法適應(yīng)變頻電機運行。保護裝置在選擇時，還需要考慮到變頻器拖動電動機系統(tǒng)的運行方式，變運 行和旁路運行時，電氣一次系統(tǒng)發(fā)生變化，保護裝置需要在兩種工況下正常工作 也是需要解決的問題。變頻運行方式，根據(jù)差動保護的原理，我們可以確定差動 保護配置的方式。不同的方式用于計算的電流也不相同，切換工作方式可以根據(jù) 現(xiàn)場情況設(shè)計，運用采樣值差動計算方法，可以適用于變頻拖動電動機系統(tǒng)?？?慮到裝置工作方式切換的問題，現(xiàn)場可以利用旁路刀閘的合閘后接點閉合給裝置 一個開入信號，可以實現(xiàn)工頻和變頻方式自動切換。3結(jié)論大型電動機由于耗電量巨大普遍進行變頻改造，由于電

8、氣一次系統(tǒng)和運行方 式的改變，原配置的保護已無法繼續(xù)使用，保護部分需要進行相應(yīng)的改造。后備 保護的解決思路為尋找適用保護對象由變壓器和電動機之間變化的方法，差動保 護需要適應(yīng)系統(tǒng)工作頻率變化和方式變化。采用寬頻電流互感器可以保證保護裝 置接入電流準(zhǔn)確性，需要在變頻器輸出側(cè)和電動機中性點處安裝。主保護和后備 保護分別各配置一臺保護裝置，主保護裝置同時引入高壓開關(guān)輸出側(cè)、變頻器輸 出側(cè)、電動機中性點三組電流，內(nèi)部算法采用采樣值差動，利用變頻器旁路斷路 器的輔助接點進行方式自動切換；后備保護裝置內(nèi)部設(shè)計變壓器和電動機兩套保 護邏輯，同樣利用輔助接點進行保護類型自動切換。上述配置方案，可以消除利 用變頻器為電動機提供保護存在的隱患，保護功能能夠適用于變頻器拖動電動機 系統(tǒng)，而且可以適應(yīng)運行方式變化，提高大型電動機的安全穩(wěn)定性。參考文獻:高春如.大型發(fā)電機組繼電保護整定計算與運行技術(shù)M.北京：中國電力出版 社，2006.姜平.變頻器工頻切換電路改