高压变频器电动机保护配置

作者：时间：2011-09-23来源：网络收藏

目前此种保护配置方式主要存在两个问题：
(1)对于2 000 kW以上的电动机，需要配置差动保护。因此，在变频器拖动电动机情况下，电动机差动保护退出，保护的可靠性受到影响。
(2)任意时刻，变压器保护装置、电动机保护装置只有一台投入使用，降低了装置的使用效率。

3 变频器电动机差动保护
在使用变频器拖动电动机的情况下，传统电动机差动保护无法使用的原因为：电动机机端CT为图1中开关柜处的CT1和电动机中性侧CT即CT3这两处CT的电流频率不相同。文献提出采用磁平衡差动保护来实现，但实际中存在几个问题：
(1)目前发电厂使用的电动机基本上都无法提供磁平衡差动所需要的中性侧电缆引出。
(2)磁平衡差动的电流是在变频器下方，非工频电流。对于微机保护，按照工频50 Hz整定的定值不适用于非工频情况。
由于差动保护的两侧电流必须为同一频率下电流。可考虑在变频器下方、电动机上方加装一组CT，即CT2，此组CT可安装于变频器柜中，由CT2和CT3两组电流构成差动保护。
常规差动保护为相量差动，其原理是用傅里叶算法，根据一个周波的采样点计算出流入和流出电流的实虚部，再计算出差动和制动电流的幅值、相位后用相量比较的方式构成判据。由于电流非50 Hz工频，因此在进行傅里叶计算时需要通过频率跟踪保证计算结果的正确。由于变频器下方无电压引入，因此通过常规的电压跟踪频率方式无法实现。有厂家提出利用电流跟踪频率，但由于电流跟踪频率存在较大的误差，容易引起保护的误动、拒动，在实际中并不采用。
对于差动保护中采用的采样值差动，为微机保护中所有通道采样为电流在同一时刻的瞬时值：当被保护设备没有横向内部故障时，各采样电流值之和为零；当发生内部故障时，各采样电流值之和不为零。采样值差动保护就是利用采样值电流之和按一定的动作判据构成。
与常规相量差动保护相比，采样值差动具有动作速度快、计算量少等特点，是微机差动保护领域的一个突破，己应用于母差、变压器等保护中。采样值差动不涉及傅氏计算，变频器所带来的谐波也不会影响其计算精度，因此，对工作于25～50 Hz的高压变频电动机，其差动保护可以利用该算法实现。
江苏金智科技股份有限公司基于采样值差动原理开发的变频器电动机差动保护，已经在现场成功投运，运行一段时间以来，未出现保护误动、拒动的情况，说明采样值差动可以应用于变频器电动机的差动保护。该差动保护装置电流输入有3组CT，分别为开关侧CT1、变频器下方电动机上方增加的CT2、中性侧CT3，同时引入工频旁路开关接点。当旁路开关接点闭合时，此时为常规相量差动，采用傅里叶算法，差动电流为CT1和CT3电流；当旁路开关接点断开时，此时为采样值差动，采用采样值差动算法，差动电流为CT2和CT3电流。

4 变频器电动机后备保护
目前一般变频器电动机配置一台电动机保护测控装置和一台变压器保护测控装置，两台装置之间通过旁路开关进行投退。由于任意时刻，两台装置只有一台投入使用，降低了装置的使用效率。
变压器保护主要功能包括过流保护、负序保护、接地保护、过负荷保护等；电动机保护功能，主要包括过负荷保护、过流保护、负序保护、零序保护及低电压保护等。
江苏金智科技股份有限公司在此基础上开发了一台全新的变频器电动机后备保护装置，装置中包含有变压器保护、电动机保护功能，其中的变压器保护、电动机保护功能的投退通过旁路开关接点所形成的硬压板进行控制，这样把原先两台装置的功能集成到一台装置中，提高现场装置的使用率。此后备保护装置在多个现场得到了广泛应用，受到了用户的一致认可。
5 结束语
对于目前发电厂用高压变频器带电动机的保护，传统地采用傅里叶算法的相量差动不太适用，可以采用采样值差动保算法实现差动保护；可以将现有的两台变压器和电动机保护装置的功能集成在一台装置中，实现后备保护，这样既满足电动机保护的要求，又节省了成本。