高压变频调速系统电动机保护方案研究

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1、高压变频调速系统电动机保护方案研究　　摘要：随着科学技术的发展，变频技术已经得到了越来越多的推广和应用，本文通过分析高压变频调速系统的组成及各组成设备的工作特性，结合工程实例，提出配置各自独立、保护范围相互交叉的新型保护方案，仅供参考。关键词：变频技术电动机保护中图分类号：TM9文献标识码：A文章编号：1007-9416（2013）03-0235-02随着人们环保意识的增强，节能环保已成为时代发展的主题，并且得到的大力提倡，很多发电企业通过对等级大功率电动机进行变频调速技术改造达到节能效果，同时取得良好的经济效益。但变频装置的应用对传统电动机保护装置及保护配置

2、带来很大的影响，目前所配置的微机型电动机差动保护和综合保护，保护范围、工作原理以及设计选用的TA（电流互感器）等，都已经不符合高压变频电动机系统实际要求，严重威胁着电气一次设备的安全可靠运行。因此系统地研究变频电动机的保护、配置和实现方法具有非常重要的现实意义。1变频调速系统的保护配置及存在问题1.1变频调速系统8变频器是利用电力半导体的通断作用将工频电源变换成另一频率的电能控制装置。目前应用在发电厂中的高压电机变频器一般都采用高-高结构，整个系统由移相变压器、变频器、电机三部分设备组成。为确保变频器元件故障不影响机组发电，大多设置旁路运行模式。1.2保护的配

3、置传统的微机差动保护和综合保护装置都是基于工频运行的电动机设计，在加装了变频设备后，对应的电动机保护已不能同时满足电动机工频、变频两种运行工况要求。且原装设的TA能否满足低频运行时电流正确传输，也需分析计算。1.3变频工况下存在的问题高压电动机在变频工况下无主保护。电动机差动保护基于电动机机端和中性点电流构成的相量，计算差动电流和制动电流。当变频运行时，2组TA分处于变频器的两侧，运行频率不同。不同频率的电流无法实现电气量差动保护，会导致差动保护误动，变频运行时需退出差动保护。高压电动机在变频工况下无可靠的后备保护。高压变频调速系统的等效阻抗发生很大的变化，由

4、于变频器的交-直-交环节中直流隔离作用，使综合保护的范围缩小到变频器前的交流部分，变频器输出电缆及电动机基本处于无保护状态，只能依赖变频器内的保护。8常规配置的TA存在低频饱和现象。传统的电磁式TA是利用电磁感应原理通过铁心耦合实现一、二次电流变换，由于铁心具有磁饱和特性，不适合在宽频工况下运行，特别是在低频工况下非常容易饱和，从而影响保护装置动作的正确性。2高压变频调速系统电动机保护整体方案分析2.1移相变压器保护配置在电动机变频调速工作整个过程中，移相变压器始终工作在50Hz，故移相变压器可看成常规变压器设备。按《继电保护及安全自动装置技术规程》要求，根据

5、变压器额定电压和额定容量，配置常规的基于50Hz的变压器微机综合保护即可。2.2变频单元保护配置变频器是一个复杂的大功率电力电子装置，其运行可靠性受电磁干扰、元器件质量、环境温度、空气洁净度等影响很大，因此变频器必须配置完善的保护功能，变频器保护一般集成在变频器内控制电路中，应配置以下几种保护功能：过流保护：变频器内部控制回路、驱动回路受干扰或其他原因误动作，就会造成逆变器上、下桥臂直通短路事故。短路电流导致逆变器的开关元件烧毁，需在极短的时间内封锁PWM（脉冲宽度调制）驱动信号输出，停止逆变器工作，同时将电源输入的高压开关跳开。8过载保护：电动机过载会使逆变

6、器输出电流达1.5倍额定电流以上，造成IGBT（绝缘栅双极型晶体管）的损坏。过载保护应具有反时限特性，并应配置合适的过载保护。过电压保护：变频器输入电压长时间过高或电动机快速减速时，造成再生功率直流电路电压降升高。当电压超过IGBT的安全工作电压时，会损坏IGBT，需立即关闭逆变器。欠压保护：当输入电源发生低电压、缺相、断相，或者变频器内部电容损坏时，IGBT会使其驱动功率不足而造成元件损坏，需立即关闭逆变器。2.3电动机保护配置及算法保护配置仍要遵循《继电保护及安全自动装置技术规程》规定，取消原常规的电动机差动保护和构成差动保护的常规TA后，在变频器输出端增

7、加能适应频率宽范围调整的差动保护，同时在变频器输出端和电动机中性点处分别装设能适应频率宽范围调整的TA，实现差动保护和后备保护。保留原综合保护，作为变频器退出而旁路运行时的保护，也可作为变频运行时移相变压器的保护。又因变频调速改善了电动机的工作环境，避免了一些异常运行方式，可考虑不再配置长延时、堵转、过负荷、低电压的保护。变频系统下电动机保护的主要技术难点是采8样电流频率的不确定性和存在大量谐波分量。传统的继电保护算法中，三采样值算法与频率无关，但该算法受谐波分量影响大，计算结果离散值大且无法检测信号的相位信息，故三采样值算法不适用于变频电机保护。目前有一种H

8、HT（希尔伯特-黄变换）理论，可以获得