关于大容量高压电动机变频器继电保护对策研究

【摘 要】建设环境友好型、资源节约型现代化电力企业是各发电厂在新时代下的发展方向，电力电子技术和变频器在发电厂系统中的广泛使用，更进一步推动了发电系统的完善。变频技术尤其对大容量高压电动机继电保护发挥着重要的作用。继电保护是指对电力系统故障和危及系统安全运行的异常情况进行研究、分析，并探讨相应对策，本文通过对变频技术工作原理的分析，探讨了高压变频器技术对电动机继电保护作用，并针对其发展中出现的问题提出相应的解决方案。

【关键词】高压电动机 变频器 继电保护

1 变频技术的基本原理和案例分析

1.1 变频器的基本工作原理

变频技术的形成基础是电力电子技术和现代控制通信技术，基本原理是“把50 Hz频率的工频电源整流成直流，再斩波还原成交流，”再依据流体流量的调节，对还原后的交流电源频率进行调节。也就是说，在发电工作中，变频技术用来调节电动机的转速，进一步调节流体流量，为的是提高发电设备运行效率，促进能源的节约，能耗的降低。变频技术的应用，提高了电机速度调整的精确度，实现了“按需分配”电动机功率，与传统的调节方式相比，变频调节既避免了电动机功率的浪费，又节能省了大量的能源。

1.2 案例分析

发电厂烟风系统中，变频控制的风机电动机，在风机正常运行的状态下，通过调整风机的转速来调整风量，这样将大大减小风道阻力，保证了烟风系统运行的经济性和效益性。山西大同发电厂11 号燃机给水泵，未改造前，给水管路系统的水压与高压汽包蒸汽压力相差较大，造成给水管路系统振动的现象，在给水泵采用变频调速技术之后，给水管路系统就没再出现过振动，使用一年约节省547 万kW・h的电量。我企业的变频方案中，要求投标方所提供的凝结水泵10KV高压变频装置必须是技术先进，经济合理，成熟可靠的产品，并具有较高的灵活性，完全满足主机各种运行方式的需要。

2 变频技术的高压电动机电气接线

目前，发电厂的高压电动机采用变频器的电气接线主要三种，一种是1 台变频装置带1 台电动机固定运行的1拖1固定式，另一种是1台变频装置带1台电动机，能手动切换为工频运行的1拖1手动旁路式，最后一种是由1台变频装置带2台电动机，能够分别切换为工频运行的1拖2旁路式。

3 高压电动机继电保护要求及配置

我国电力行业标准DL/T 5153―2002《火力发电厂厂用电设计技术规定》，高压异步电动机应装设如下保护：纵联差动（容量大于2 000 kW 或小于2 000 kW但采用速断灵敏度不够时）、电流速断（未装设纵差或纵差保护范围只含电动机时）、过电流（作为纵差后备）、单相接地、过负荷、低电压。我国发电厂高压电动机的设计一般都会按照该要求配置继电保护，通常情况下，在电动机10kV开关柜中，配备微机型综合保护装置，由10 kV开关柜和电动机中性点侧电流互感器提供差动保护电流。

4 使用高压变频器后电动机保护的问题及改进措施

4.1 保护问题

电动机差动保护。根据《火力发电厂厂用电设计技术规定》，2MW 及以上的电动机应该配置电动机差动保护装置，而2 MW 以下且中性点具有分相引线的电动机，在电流速断保护不够灵敏的情况下，装设本保护。配置变频器的电动机，由于，变频器输入、输出电流的频率和相位不存在必然联系，所以，电动机上配置的变频器就不纳入差动保护的范围。电动机接地保护。变频器的输出端不接地，一般装设在电动机旁，电缆较短，电流较小。此时，传统的零序CT 法来不适合用来检测电动机或电缆单相接故障，变频器的保护功能也无法检测单相接地故障，所以使用变频器后，电动机不再配置接地保护。隔离变压器的保护。有些变频器自身的保护功能不涉及输入侧隔离变压器的保护，有些只有熔断器保护配有变频器的大容量电动机系统中的隔离变压器相当于大容量变压器，按规定，容量大于2 000 kVA的变压器应该配备差动保护系统，但变频器控制系统很难满足隔离变压器的保护。

4.2 改进措施

我公司针对继电保护存在的问题，在电动机回路的设计上进行改进，利用工频、变频分设差动保护的方法，确保高灵敏度保护，解决了由变频器前后电源变化导致的灵敏度差动保护难实现的问题。根据招标方凝结水泵设备情况，投标方提供一套最新的10kV高压变频调速装置，水泵专用变频器1套，额定容量3150kVA，适用于2375kW电机，变频器输出电流是电机最大电流的1.5倍、即234A。采用“一拖二”手动切换方式。如图1所示。这种改进方法的优点是：改进了电动机主保护，改进工作较容易进行，保持现有的装置不变。

5 结语

高压变频器由于对电动机继电保护具有突出的作用，在电厂发电系统中得到了广泛的应用，电厂行业应继续重视变频器的应用，并进行一定的整改，确保高压变频器在发电企业中的安全运行，促使高压变频器在电动机继电保护工作中发挥更大的作用，节约更多的能源。

参考文献：

[1] 唐红键，谭茂强.大容量高压电动机变频器继电保护对策探讨[J].电力建设，2010（5）.

[2] 李立峰，赵伟，丁健，高压变频器对电动机继电保护的影响及解决措施[J].广东电力，2010（8）.

作者简介：李云龙（1988―），男，吉林东丰人，本科，助理程师，研究方向：继电保护。