高压电动机变频器中继电保护的应用研究
发表时间：2019-07-05T11:32:07.430Z 来源：《电力设备》2019年第4期作者：徐卫民
[导读] 摘要：本文主要提出了高压的变频器使用后电动机的保护新问题，并以循环流化床某示范电站1号机组为例，提出了变频器的差动保护处理方案，以便于更为深入地研究并探讨高压的电动机内部变频器当中继电保护应用。
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摘要：本文主要提出了高压的变频器使用后电动机的保护新问题，并以循环流化床某示范电站1号机组为例，提出了变频器的差动保护处理方案，以便于更为深入地研究并探讨高压的电动机内部变频器当中继电保护应用。
关键词：高压；电动机；变频器；继电保护；应用
前言：
火电厂重要的高压辅机已逐渐采样高压式变频器的调速之后，电机传统保护模式逐渐无法满足于实际的保护要求。鉴于此，本文主要针对高压的电动机内部变频器当中继电保护应用进行综述分析，望能够为相关技术专家及学者对这一课题的深入研究提供有价值的参考或者依据。
1.高压的变频器使用后电动机的保护新问题
1.1电动机的保护配置标准
依据火力的发电厂用电技术的设计标准，2MW及以上高压异步式电动机，需纵向联差动的保护，防止短路相关故障问题出现；针对于2MW用电流速的保护变压器，也需实施该项保护，保护设备通常会择选三相的继电器实施连接操作，以满足跳闸的保护标准。现阶段，活力的发电厂内高压电动装置设计期间，通常会依据以上标准实现继电保护。部分还有电子主要实现微机型的综合保护类装置，此种装置实际安装于开关柜内，差动保护的电流一段及中性点一侧电流的互感器需维持连接状态。
电机绕组相互间包短路的保护，应选择比率制动纵向联差动的保护模式。如图1所示，为所对应差动的动作列式。在该列式当中，S代表比率制的系数；Iop.o代表相应差动当中最小动作的电流实际整定参数值；Iop代表差动电流。差动的电流列式即为：Iop=|ir+iN|；制动的电流列式即为：Irex=|ir-iN|/2。在该列式当中，iN代表中性点的二次一侧电流；ir代表电动机的机端电流。
图1 所对应差动的动作列式示图
1.2变频器应用后电动机的保护问题
电机的变频器加装法包含着许多种，现阶段常用工变频的互切方式，以下为具体控制设计的实施方案：一拖一手动，该模式属于手动旁路最为典型的方案。该设计方案当中，需采用QS3、QS2、QS1等三个机构高压的隔离开关及电动机M。QS3，为变频器旁路的隔离开关；QS2，为变频器出线的隔离开关；QS1为变频器的进线隔离所用开关；QF，为电源开关，可避免变频、工频运行方式之间有冲突情况出现。故要求其后两个高压的隔离开关需具备一定互锁的逻辑功能，且不可闭合。在变频操作期间，断开高压变频的开关3，前两个则处于闭合状态，处于工频模式之下，断开前两个，第三个则处于闭合状态。
功能方面：变频器检修期间，需设置一定断电点，保证检修技术员个人的人身安全，也可手动实施投切处理。设置变频器期间，通常是把它串联至电路当中，处于整体模式条件下选用变频的回路，前两个高压的开关处于闭合状态，断开第三个，处于工频模式条件下，便可选用工频的启动模式。相应变频器，需选用站控比的变频功率相应单元串联的模式来输出高压。变频器并不会引起明显谐波污染情况，输入的功率因数相对较高，并不会有谐波相应附加的发热清理出现，对噪音可起到消除作用，运行期间滤波器无需加输出，也无需更换电机，便于有效控制变频。
2.变频器的差动保护处理方案
2.1 凝结水泵的变频改造
以循环的流化床某示范电站的1号机组为例，其凝结的水系统主要配备了A、B这两台凝结的水泵，处于正常运行状态下，这两台凝结的水泵处一用以备运行工况，且调节凝结的水流量主要是通过改变其凝结水所在出口位置调节阀开度才可实现。凝结水泵的变频，其主要采用一拖一手动的旁路系统，处于正向运行工况下，A凝结水泵的变频处于运行状态，B凝结水泵为工频的备用泵。该变频器发生故障时，A凝结水泵的开关自动断开，合闸B凝结的水泵开关，启动B凝结的水泵；若变频器由于故障维持时间相对较长，则A凝结水泵需手动投入至旁路备用或者运行。高压的变频器受到DCS控制期间，可通过这两种模式实现调节操作，分别为自动、手动两种模式。手动模式之下，操作员可控制画面的转速，以调节转速。自动模式之下，需根据DCS内部情况合理设置除氧器的水位定值相应装置，调节变频。
因1号机组的水泵凝结的水裕度极大，实际运行期间，水泵电动机的转速处于恒定状态，依赖调节凝结水泵的出口处调节阀开度，实现流量调节，即便机组负荷处于600MW状态下，该凝结水泵所在出口位置调节阀的开度均可维持70%范围。在受地区用电的负荷各项因素所影响下，机组负荷的丰水期通常会运行70%，明显可增加凝结水泵的电机损失，致使损耗情况严重，对机组经济性必将产生不利影响。处于变频模式之下，可完全消除掉调节阀截留的损耗。针对这一情况，循环的流化床某示范电站的1号机组需接受变频改造处理。
2.2 保护配置实施方案
循环的流化床某示范电站的1号机组，其凝结水泵的变频保护主要包括电动机的差动保护、电动机的综合保护两组。凝结水泵处于变频工况之下，该凝结水泵处高压的开关柜到变频器高压的电缆、装置内部变压器的部分保护是由电动机的综合保护所承担；变频器到电动机高压的电缆保护，是由变频器所自带保护所承担；电动机的差动保护，则是由高压的开关柜所在电动机的差动式保护装置所承担。工频工况之下，该凝结水泵的电动机综合保护、差动保护，二者均会由高压的开关柜综合保护的装置、差动的保护装置所承担。本文主要就是针对差动保护配置设计方案做具体的阐述。
该种设配置设计方案，主要应用在确保凝结水泵处于变频模式之下，保护功能完全可以实现。循环的流化床某示范电站的1号机组，如图2所示，为其凝结水泵的保护实际择选保护装置。在电机10KV电路求的出线一侧及电机中性线处均安装若干互感器，以确保差动保护能够实现。互感器CT3、CT2组成电机变频工况下差动保护。电机处于变频模式之下，借助QF2位置的接点来说实现差动保护。如此一来，便可防止处于工频运行工况下出现误操作情况，由变频的差动保护为主保护，充分满足于火力的发电厂用电技术各项设计要求及标准。