李万果
内蒙古京宁热电有限责任公司 乌内蒙古兰察布市 012000
摘要：随着电力电子技术的发展，变频器在电厂得到了广泛应用。目前的新建电厂，重要辅机如风机、水泵等，一般均要求考虑配置变频器拖动；越来越多的已建电厂正在进行或已完成高压电动机采用变频器的改造。高压电动机采用采用变频器拖动后，电动机保护如何配置才能保证机组安全可靠的运行，成为电厂、设计院、保护厂家关注的问题。
关键字：大型电动机；变频；保护配置
1变频方式下电动机保护面临的问题
采用变频装置后，电动机实现了软启动，启动电流从零开始平滑上升，启动电流显著减小，只有额定电流的1.2～1.5倍（工频可达5倍左右） ，电动机可以在较小的电流下实现加速、减速，发热较小。但是，同时启动时间却有所延长。这对按照躲过启动电流整定的保护和按启动时间整定的保护会带来一定的影响。据实验实测，移相变压器将会产生5-6倍励磁涌流。
变频器输出侧频率将根据现场运行情况不断调整和变化，输出侧电流的频率可在0.2～400Hz内变化 ，同时变频器输出侧电流存在一定谐波分量，尤其当电动机在低频段工作时，谐波分量更高。由于谐波电流的影响，电动机的发热量较工频运行方式下有所增加。高压电动机变频运行后，电流互感器更容易饱和。根据电磁式互感器的工作原理，在电压一定的情况下，频率和磁通成反比关系。频率越低，互感器通过的磁通越大。因此，在低频情况下．传统的工频互感器极容易发生饱和。
对于变频调速系统，由于附加了变频器装置，变频器的输入电流和输出电流在频率和相位上没有必然的联系。这是影响电动机继续使用相量差动保护的最大障碍；电动机相量差动保护的工作原理是基于比较电动机两端电流的大小与相位的。然而变频器输入输出侧的电流在相位上不一致，在工频运行方式下的差动保护中，即使电动机在正常工作情况下也会有相当数量的差流出现。但是，对于电动机的输入和输出电流，它们的频率和相位是一致的，因此可以考虑对电动机单独进行差动保护，差动保护所需电流取自电动机的输入侧和输出侧。
2 研究变频工况保护配置及计算方案
GB/T14285—2006《继电保护及安全自动装 置技术规程》对电动机保护的要求：2000kW以下的电动机，装设电流速断保护，保护宜采用两相式。2000kW及以上的电动机，或虽在2000kW以下，但电流速断保护灵敏系数不符合要求时，可装设纵联差动保护。纵联差动保护应防止在电动机自启动过程中误动作。
2.1 对于未安装差动保护的电动机
高压电动机改变运行后的一次c侧使用原高压电动机开关，保护使用原开关柜配置的综合保护。在就地变频室增加旁路柜、隔离变压器和变频器柜，6kV电源开关旁路柜输入刀闸跨接于高压隔离变压器和高压变频装置之间。进出线刀闸和旁路刀闸的作用是：一旦变频装置出现故障，先断开电源开关，后将变频装置隔离，恢复在工频电源下启动电动机运行
2.2变频方式下电动机综合保护措施
因高压变频器输出电流的频率会根据实际运行需要不断调整。在电流中含高次谐波成分的干扰下，使用傅氏算法并不能得到准确的电流值。因此，电流速断保护、过负荷保护、过电流保护等保护所需的电流应取自变频器输入侧。
2.2.1 启动时间保护
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2.2.2 电流速断保护
对于高压来讲，电流速断保护用以作电机的相间短路保护，多数为瞬时动作。故电机的电流速断保护可以按照躲过移相变压器空载合闸时励磁涌流的方法整定。在运行过程中，保护整定值往往较大，所以运行时灵敏度不太理想。为此，国内的一些厂家将电流速断动作电流在电动机启动过程和运行过程按不同的方式整定：在规定的启动时问内取高整定值，以躲开大的启动电流；启动结束后取低整定值，此时只需考虑躲开正常运行时最大的负荷电流，这样既可以避开电动机启动开始瞬间的暂态峰值电流，又提高了电流速断保护在正常运行状态下的灵敏度。
2.2.3 低压保护
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2.2.4 堵转保护
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电动机的单相接地是较为常见的故障，电动机一般没有配置接地保护。为保证单相接地时零序过电流保护同时满足选择性和灵敏性的要求，既防止误动，又防止不动。采用变压器中性点经小电阻接地方式，可以实现接地保护。
2.3变频电动机的差动保护
传统的电动机差动保护均为纵联差动保护，原理为比较电动机机端和中性点电流的相位和幅值。变频运行过程由于电动机转速通过变频器不断在调整，电流频率此时是一个变化量，一个周波的采样点在波形中的位置也在不断变化，因而常规的相量差动装置无法适应变频电机运行。
保护装置在选择时，还需要考虑到变频器拖动电动机系统的运行方式，变运行和旁路运行时，电气一次系统发生变化，保护装置需要在两种工况下正常工作也是需要解决的问题。变频运行方式，根据差动保护的原理，我们可以确定差动保护配置的方式。不同的方式用于计算的电流也不相同，切换工作方式可以根据现场情况设计，运用采样值差动计算方法，可以适用于变频拖动电动机系统。考虑到装置工作方式切换的问题，现场可以利用旁路刀闸的合闸后接点闭合给装置一个开入信号，可以实现工频和变频方式自动切换。
3 结论
大型电动机由于耗电量巨大普遍进行变频改造，由于电气一次系统和运行方式的改变，原配置的保护已无法继续使用，保护部分需要进行相应的改造。后备保护的解决思路为寻找适用保护对象由变压器和电动机之间变化的方法，差动保护需要适应系统工作频率变化和方式变化。采用宽频电流互感器可以保证保护装置接入电流准确性，需要在变频器输出侧和电动机中性点处安装。主保护和后备保护分别各配置一台保护装置，主保护装置同时引入高压开关输出侧、变频器输出侧、电动机中性点三组电流，内部算法采用采样值差动，利用变频器旁路断路器的辅助接点进行方式自动切换；后备保护装置内部设计变压器和电动机两套保护逻辑，同样利用辅助接点进行保护类型自动切换。上述配置方案，可以消除利用变频器为电动机提供保护存在的隐患，保护功能能够适用于变频器拖动电动机系统，而且可以适应运行方式变化，提高大型电动机的安全稳定性。
参考文献 ：
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