?      摘要：隨著國家能源政策的推行，發(fā)電廠用電越來越多地使用高壓變頻器拖動電動機(jī)。文中重點(diǎn)介紹了某科技股份有限公司開發(fā)出的全新變頻器電動機(jī)差動保護(hù)裝置，采用采樣值差動原理實(shí)現(xiàn)變頻器電動機(jī)的差動保護(hù)；采用變壓器、電動機(jī)保護(hù)功能集成于一臺裝置中，通過旁路開關(guān)切換的硬壓板進(jìn)行投退，實(shí)現(xiàn)后備保護(hù)的功能。
     根據(jù)國家能源政策的要求，節(jié)能減排工作已全面展開，而在大型火力發(fā)電廠，廠用電率的降低勢在必行。對于占廠用電絕大部分的高壓電動機(jī)來說，節(jié)能領(lǐng)域的重要技術(shù)措施就是高壓變頻技術(shù)的應(yīng)用。隨著電力的發(fā)展，變頻器在電廠得到了廣泛應(yīng)用。目前的新建電廠，重要輔機(jī)如風(fēng)機(jī)、水泵等，一般均要求考慮配置變頻器拖動；越來越多的已建電廠正在進(jìn)行或已完成高壓電動機(jī)采用變頻器的改造。高壓電動機(jī)采用采用變頻器拖動后，電動機(jī)保護(hù)如何配置才能保證機(jī)組安全可靠的運(yùn)行，成為電廠、設(shè)計(jì)院、保護(hù)廠家關(guān)注的問題。
     1 傳統(tǒng)電動機(jī)保護(hù)配置
     異步電動機(jī)的故障有定子繞組相間短路故障、繞組的匝間短路故障和單相接地故障；不正常運(yùn)行狀態(tài)主要有過負(fù)荷、堵轉(zhuǎn)、起動時(shí)間過長、三相供電不平衡或斷相運(yùn)行、電壓異常等。因此，對于高壓電動機(jī)，根據(jù)規(guī)程以差動保護(hù)或電流速斷為主保護(hù)，以過負(fù)荷保護(hù)、過流保護(hù)、負(fù)序保護(hù)、零序保護(hù)及低電壓保護(hù)等作為后備保護(hù)。
     2 目前變頻器電動機(jī)保護(hù)配置
     發(fā)電廠為保證系統(tǒng)的可靠性，高壓電動機(jī)一般采用變頻器帶工頻旁路，以便即使在變頻器檢修時(shí)也可通過工頻旁路，保證電動機(jī)的正常運(yùn)行。圖1為現(xiàn)場高壓電動機(jī)變頻器改造的示意圖，其中K1、K2開關(guān)保證變頻器檢修時(shí)，與主回路無接觸點(diǎn)，此時(shí)K3開關(guān)閉合，電動機(jī)通過旁路運(yùn)行。

     當(dāng)電動機(jī)通過旁路運(yùn)行，此時(shí)由廠用電中高壓母線工頻電壓直接驅(qū)動電動機(jī)，進(jìn)線開關(guān)QF處保護(hù)裝置的保護(hù)對象是開關(guān)出線以及電動機(jī)本體。因此，此時(shí)應(yīng)該按照常規(guī)電動機(jī)保護(hù)的要求配置電動機(jī)保護(hù)，有差動保護(hù)要求的，需要配置電動機(jī)差動保護(hù)。
     當(dāng)旁路開關(guān)K3斷開，電動機(jī)由變頻器拖動時(shí)，進(jìn)線開關(guān)QF處保護(hù)裝置的保護(hù)對象是開關(guān)出線以及變頻器。由于目前發(fā)電廠使用的變頻器一般由整流變壓器、控制柜等部分構(gòu)成，即進(jìn)線開關(guān)QF處保護(hù)裝置的保護(hù)對象是開關(guān)出線以及整流變壓器。此時(shí)電動機(jī)成為與廠用電母線隔離后高壓變頻器的負(fù)荷，因而電動機(jī)的保護(hù)應(yīng)由高壓變頻系統(tǒng)的控制器實(shí)現(xiàn)。對于6～10 kV整流變壓器，一般對其配置常規(guī)變壓器后備保護(hù)，在整定時(shí)和常規(guī)變壓器略有差異。此時(shí)電動機(jī)常規(guī)差動保護(hù)由于開關(guān)處電流和電動機(jī)中性側(cè)電流頻率不一致，無法進(jìn)行差動保護(hù)，只能退出。
     目前一般變頻器電動機(jī)保護(hù)配置有：電動機(jī)保護(hù)測控裝置、電動機(jī)差動保護(hù)裝置、變壓器保護(hù)測控裝置。電動機(jī)保護(hù)裝置和變壓器保護(hù)裝置通過旁路開關(guān)進(jìn)行功能的投退：即旁路開關(guān)斷開，此時(shí)為變頻器拖動電動機(jī)方式，變壓器保護(hù)裝置投入，電動機(jī)保護(hù)裝置和電動機(jī)差動保護(hù)裝置退出；當(dāng)旁路開關(guān)閉合，此時(shí)為工頻電網(wǎng)直接拖動電動機(jī)，電動機(jī)保護(hù)裝置和電動機(jī)差動保護(hù)裝置投入，變壓器保護(hù)裝置退出。
     目前此種保護(hù)配置方式主要存在兩個(gè)問題：
     （1）對于2 000 kW以上的電動機(jī)，需要配置差動保護(hù)。因此，在變頻器拖動電動機(jī)情況下，電動機(jī)差動保護(hù)退出，保護(hù)的可靠性受到影響。
     （2）任意時(shí)刻，變壓器保護(hù)裝置、電動機(jī)保護(hù)裝置只有一臺投入使用，降低了裝置的使用效率。
     3 變頻器電動機(jī)差動保護(hù)
     在使用變頻器拖動電動機(jī)的情況下，傳統(tǒng)電動機(jī)差動保護(hù)無法使用的原因?yàn)椋弘妱訖C(jī)機(jī)端CT為圖1中開關(guān)柜處的CT1和電動機(jī)中性側(cè)CT即CT3這兩處CT的電流頻率不相同。文獻(xiàn)提出采用磁平衡差動保護(hù)來實(shí)現(xiàn)，但實(shí)際中存在幾個(gè)問題：
     （1）目前發(fā)電廠使用的電動機(jī)基本上都無法提供磁平衡差動所需要的中性側(cè)電纜引出。
     （2）磁平衡差動的電流是在變頻器下方，非工頻電流。對于微機(jī)保護(hù)，按照工頻50 Hz整定的定值不適用于非工頻情況。
     由于差動保護(hù)的兩側(cè)電流必須為同一頻率下電流。可考慮在變頻器下方、電動機(jī)上方加裝一組CT，即CT2，此組CT可安裝于變頻器柜中，由CT2和CT3兩組電流構(gòu)成差動保護(hù)。
     常規(guī)差動保護(hù)為相量差動，其原理是用傅里葉算法，根據(jù)一個(gè)周波的采樣點(diǎn)計(jì)算出流入和流出電流的實(shí)虛部，再計(jì)算出差動和制動電流的幅值、相位后用相量比較的方式構(gòu)成判據(jù)。由于電流非50 Hz工頻，因此在進(jìn)行傅里葉計(jì)算時(shí)需要通過頻率跟蹤保證計(jì)算結(jié)果的正確。由于變頻器下方無電壓引入，因此通過常規(guī)的電壓跟蹤頻率方式無法實(shí)現(xiàn)。有廠家提出利用電流跟蹤頻率，但由于電流跟蹤頻率存在較大的誤差，容易引起保護(hù)的誤動、拒動，在實(shí)際中并不采用。
     對于差動保護(hù)中采用的采樣值差動，為微機(jī)保護(hù)中所有通道采樣為電流在同一時(shí)刻的瞬時(shí)值：當(dāng)被保護(hù)設(shè)備沒有橫向內(nèi)部故障時(shí)，各采樣電流值之和為零；當(dāng)發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)，各采樣電流值之和不為零。采樣值差動保護(hù)就是利用采樣值電流之和按一定的動作判據(jù)構(gòu)成。
     與常規(guī)相量差動保護(hù)相比，采樣值差動具有動作速度快、計(jì)算量少等特點(diǎn)，是微機(jī)差動保護(hù)領(lǐng)域的一個(gè)突破，己應(yīng)用于母差、變壓器等保護(hù)中。采樣值差動不涉及傅氏計(jì)算，變頻器所帶來的諧波也不會影響其計(jì)算jing度，因此，對工作于25～50 Hz的高壓變頻電動機(jī)，其差動保護(hù)可以利用該算法實(shí)現(xiàn)。
     江蘇金智科技股份有限公司基于采樣值差動原理開發(fā)的變頻器電動機(jī)差動保護(hù)，已經(jīng)在現(xiàn)場成功投運(yùn)，運(yùn)行一段時(shí)間以來，未出現(xiàn)保護(hù)誤動、拒動的情況，說明采樣值差動可以應(yīng)用于變頻器電動機(jī)的差動保護(hù)。該差動保護(hù)裝置電流輸入有3組CT，分別為開關(guān)側(cè)CT1、變頻器下方電動機(jī)上方增加的CT2、中性側(cè)CT3，同時(shí)引入工頻旁路開關(guān)接點(diǎn)。當(dāng)旁路開關(guān)接點(diǎn)閉合時(shí)，此時(shí)為常規(guī)相量差動，采用傅里葉算法，差動電流為CT1和CT3電流；當(dāng)旁路開關(guān)接點(diǎn)斷開時(shí)，此時(shí)為采樣值差動，采用采樣值差動算法，差動電流為CT2和CT3電流。
     4 變頻器電動機(jī)后備保護(hù)
     目前一般變頻器電動機(jī)配置一臺電動機(jī)保護(hù)測控裝置和一臺變壓器保護(hù)測控裝置，兩臺裝置之間通過旁路開關(guān)進(jìn)行投退。由于任意時(shí)刻，兩臺裝置只有一臺投入使用，降低了裝置的使用效率。
     變壓器保護(hù)主要功能包括過流保護(hù)、負(fù)序保護(hù)、接地保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)等；電動機(jī)保護(hù)功能，主要包括過負(fù)荷保護(hù)、過流保護(hù)、負(fù)序保護(hù)、零序保護(hù)及低電壓保護(hù)等。
     江蘇金智科技股份有限公司在此基礎(chǔ)上開發(fā)了一臺全新的變頻器電動機(jī)后備保護(hù)裝置，裝置中包含有變壓器保護(hù)、電動機(jī)保護(hù)功能，其中的變壓器保護(hù)、電動機(jī)保護(hù)功能的投退通過旁路開關(guān)接點(diǎn)所形成的硬壓板進(jìn)行控制，這樣把原先兩臺裝置的功能集成到一臺裝置中，提高現(xiàn)場裝置的使用率。此后備保護(hù)裝置在多個(gè)現(xiàn)場得到了廣泛應(yīng)用，受到了用戶的一致認(rèn)可。
     5 結(jié)束語
     對于目前發(fā)電廠用高壓變頻器帶電動機(jī)的保護(hù)，傳統(tǒng)地采用傅里葉算法的相量差動不太適用，可以采用采樣值差動保算法實(shí)現(xiàn)差動保護(hù)；可以將現(xiàn)有的兩臺變壓器和電動機(jī)保護(hù)裝置的功能集成在一臺裝置中，實(shí)現(xiàn)后備保護(hù)，這樣既滿足電動機(jī)保護(hù)的要求，又節(jié)省了成本。