高壓電機(jī)變頻改造后綜合保護(hù)配置方案

1、高壓電機(jī)變頻改造后綜合保護(hù)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(jī)如風(fēng)機(jī)、水泵等，一般均要求考慮配置變頻器拖動(dòng)；越來越多的 已建電廠正在進(jìn)行或已完成高壓電動(dòng)機(jī)采用變頻器的改造。高壓電動(dòng)機(jī)采用采用 變頻器拖動(dòng)后，電動(dòng)機(jī)保護(hù)如何配置才能保證機(jī)組安全可靠的運(yùn)行，成為電廠、 設(shè)計(jì)院、保護(hù)廠家關(guān)注的問題。關(guān)鍵字：大型電動(dòng)機(jī)；變頻；保護(hù)配置1變頻方式下電動(dòng)機(jī)保護(hù)面臨的問題采用變頻裝置后，電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)，啟動(dòng)電流從零開始平滑上升，啟動(dòng) 電流顯著減小，只有額定電流的1.21.5倍（工頻可達(dá)5倍左右），電動(dòng)機(jī)可以 在較小的電流下實(shí)現(xiàn)加速、減速，發(fā)熱較小。但

2、是，同時(shí)啟動(dòng)時(shí)間卻有所延長。 這對(duì)按照躲過啟動(dòng)電流整定的保護(hù)和按啟動(dòng)時(shí)間整定的保護(hù)會(huì)帶來一定的影響。 據(jù)實(shí)驗(yàn)實(shí)測，移相變壓器將會(huì)產(chǎn)生5-6倍勵(lì)磁涌流。變頻器輸出側(cè)頻率將根據(jù)現(xiàn)場運(yùn)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(shí)變頻器輸出側(cè)電流存在一定諧波分量，尤其當(dāng)電動(dòng) 機(jī)在低頻段工作時(shí)，諧波分量更高。由于諧波電流的影響，電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱量較工 頻運(yùn)行方式下有所增加。高壓電動(dòng)機(jī)變頻運(yùn)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(duì)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(dòng)機(jī)繼續(xù)使用相量差動(dòng)保護(hù)的最大 障礙；電動(dòng)機(jī)相量差動(dòng)保護(hù)的工作原理是基于比較電動(dòng)機(jī)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(yùn)行方式下的差動(dòng)保 護(hù)中，即使電動(dòng)機(jī)在正常工作情況下也會(huì)有相當(dāng)數(shù)量的差流出現(xiàn)。但是，對(duì)于電 動(dòng)機(jī)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(duì)電動(dòng)機(jī)單 獨(dú)進(jìn)行差動(dòng)保護(hù)，差動(dòng)保護(hù)所需電流取自電動(dòng)機(jī)的輸入側(cè)和輸出側(cè)。2研究變頻工況保護(hù)配置及計(jì)算方案GB/T14285-2006繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程對(duì)電動(dòng)機(jī)保護(hù)的要 求：200

4、0kW以下的電動(dòng)機(jī)，裝設(shè)電流速斷保護(hù)，保護(hù)宜采用兩相式。2000kW及 以上的電動(dòng)機(jī)，或雖在2000kW以下，但電流速斷保護(hù)靈敏系數(shù)不符合要求時(shí)， 可裝設(shè)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)?？v聯(lián)差動(dòng)保護(hù)應(yīng)防止在電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)過程中誤動(dòng)作。 2.1對(duì)于未安裝差動(dòng)保護(hù)的電動(dòng)機(jī)高壓電動(dòng)機(jī)改變運(yùn)行后的一次c側(cè)使用原高壓電動(dòng)機(jī)開關(guān)，保護(hù)使用原開關(guān) 柜配置的綜合保護(hù)。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(jìn)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(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行 2.2變頻方式下電動(dòng)機(jī)綜合保

5、護(hù)措施因高壓變頻器輸出電流的頻率會(huì)根據(jù)實(shí)際運(yùn)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(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、過電流保護(hù)等保護(hù)所需的電流應(yīng)取自變頻器輸入側(cè)。2.2.1啟動(dòng)時(shí)間保護(hù)2.2.2電流速斷保護(hù)對(duì)于高壓來講，電流速斷保護(hù)用以作電機(jī)的相間短路保護(hù)，多數(shù)為瞬時(shí)動(dòng)作。 故電機(jī)的電流速斷保護(hù)可以按照躲過移相變壓器空載合閘時(shí)勵(lì)磁涌流的方法整定。 在運(yùn)行過程中，保護(hù)整定值往往較大，所以運(yùn)行時(shí)靈敏度不太理想。為此，國內(nèi) 的一些廠家將電流速斷動(dòng)作電流在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程和運(yùn)行過程按不同的方式整定: 在規(guī)定的啟動(dòng)時(shí)問內(nèi)取高整定值，以躲開大的啟動(dòng)電流；啟動(dòng)結(jié)

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

7、波形中的位置也在不斷變化，因而 常規(guī)的相量差動(dòng)裝置無法適應(yīng)變頻電機(jī)運(yùn)行。保護(hù)裝置在選擇時(shí)，還需要考慮到變頻器拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行方式，變運(yùn) 行和旁路運(yùn)行時(shí)，電氣一次系統(tǒng)發(fā)生變化，保護(hù)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(yùn)行方式，根據(jù)差動(dòng)保護(hù)的原理，我們可以確定差動(dòng) 保護(hù)配置的方式。不同的方式用于計(jì)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(jì)，運(yùn)用采樣值差動(dòng)計(jì)算方法，可以適用于變頻拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。考 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(diǎn)閉合給裝置 一個(gè)開入信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)工頻和變頻方式自動(dòng)切換。3結(jié)論大型電動(dòng)機(jī)由于耗電量巨大普遍進(jìn)行變頻改造，由于電

8、氣一次系統(tǒng)和運(yùn)行方 式的改變，原配置的保護(hù)已無法繼續(xù)使用，保護(hù)部分需要進(jìn)行相應(yīng)的改造。后備 保護(hù)的解決思路為尋找適用保護(hù)對(duì)象由變壓器和電動(dòng)機(jī)之間變化的方法，差動(dòng)保 護(hù)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(hù)裝 置接入電流準(zhǔn)確性，需要在變頻器輸出側(cè)和電動(dòng)機(jī)中性點(diǎn)處安裝。主保護(hù)和后備 保護(hù)分別各配置一臺(tái)保護(hù)裝置，主保護(hù)裝置同時(shí)引入高壓開關(guān)輸出側(cè)、變頻器輸 出側(cè)、電動(dòng)機(jī)中性點(diǎn)三組電流，內(nèi)部算法采用采樣值差動(dòng)，利用變頻器旁路斷路 器的輔助接點(diǎn)進(jìn)行方式自動(dòng)切換；后備保護(hù)裝置內(nèi)部設(shè)計(jì)變壓器和電動(dòng)機(jī)兩套保 護(hù)邏輯，同樣利用輔助接點(diǎn)進(jìn)行保護(hù)類型自動(dòng)切換。上述配置方案，可以消除利 用變頻器為電動(dòng)機(jī)提供保護(hù)存在的隱患，保護(hù)功能能夠適用于變頻器拖動(dòng)電動(dòng)機(jī) 系統(tǒng)，而且可以適應(yīng)運(yùn)行方式變化，提高大型電動(dòng)機(jī)的安全穩(wěn)定性。參考文獻(xiàn):高春如.大型發(fā)電機(jī)組繼電保護(hù)整定計(jì)算與運(yùn)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