關于大容量高壓電動機變頻器繼電保護對策研究

李云龍

（神華陜西國華錦界能源有限責任公司，陜西榆林 719000）

關于大容量高壓電動機變頻器繼電保護對策研究

李云龍

（神華陜西國華錦界能源有限責任公司，陜西榆林 719000）

建設環(huán)境友好型、資源節(jié)約型現(xiàn)代化電力企業(yè)是各發(fā)電廠在新時代下的發(fā)展方向，電力電子技術和變頻器在發(fā)電廠系統(tǒng)中的廣泛使用，更進一步推動了發(fā)電系統(tǒng)的完善。變頻技術尤其對大容量高壓電動機繼電保護發(fā)揮著重要的作用。繼電保護是指對電力系統(tǒng)故障和危及系統(tǒng)安全運行的異常情況進行研究、分析，并探討相應對策，本文通過對變頻技術工作原理的分析，探討了高壓變頻器技術對電動機繼電保護作用，并針對其發(fā)展中出現(xiàn)的問題提出相應的解決方案。

高壓電動機 變頻器 繼電保護

1 變頻技術的基本原理和案例分析

1.1 變頻器的基本工作原理

變頻技術的形成基礎是電力電子技術和現(xiàn)代控制通信技術，基本原理是“把50Hz頻率的工頻電源整流成直流，再斬波還原成交流，”再依據(jù)流體流量的調節(jié)，對還原后的交流電源頻率進行調節(jié)。也就是說，在發(fā)電工作中，變頻技術用來調節(jié)電動機的轉速，進一步調節(jié)流體流量，為的是提高發(fā)電設備運行效率，促進能源的節(jié)約，能耗的降低。變頻技術的應用，提高了電機速度調整的精確度，實現(xiàn)了“按需分配”電動機功率，與傳統(tǒng)的調節(jié)方式相比，變頻調節(jié)既避免了電動機功率的浪費，又節(jié)能省了大量的能源。

1.2 案例分析

發(fā)電廠煙風系統(tǒng)中，變頻控制的風機電動機，在風機正常運行的狀態(tài)下，通過調整風機的轉速來調整風量，這樣將大大減小風道阻力，保證了煙風系統(tǒng)運行的經濟性和效益性。山西大同發(fā)電廠11號燃機給水泵，未改造前，給水管路系統(tǒng)的水壓與高壓汽包蒸汽壓力相差較大，造成給水管路系統(tǒng)振動的現(xiàn)象，在給水泵采用變頻調速技術之后，給水管路系統(tǒng)就沒再出現(xiàn)過振動，使用一年約節(jié)省547萬kW·h的電量。我企業(yè)的變頻方案中，要求投標方所提供的凝結水泵10KV高壓變頻裝置必須是技術先進，經濟合理，成熟可靠的產品，并具有較高的靈活性，完全滿足主機各種運行方式的需要。

2 變頻技術的高壓電動機電氣接線

目前，發(fā)電廠的高壓電動機采用變頻器的電氣接線主要三種，一種是1臺變頻裝置帶1臺電動機固定運行的1拖1固定式，另一種是1臺變頻裝置帶1臺電動機，能手動切換為工頻運行的1拖1手動旁路式，最后一種是由1臺變頻裝置帶2臺電動機，能夠分別切換為工頻運行的1拖2旁路式。

3 高壓電動機繼電保護要求及配置

圖1 系統(tǒng)一次接線示意圖

我國電力行業(yè)標準DL/T 5153—2002《火力發(fā)電廠廠用電設計技術規(guī)定》，高壓異步電動機應裝設如下保護：縱聯(lián)差動（容量大于2000kW或小于2000kW但采用速斷靈敏度不夠時）、電流速斷（未裝設縱差或縱差保護范圍只含電動機時）、過電流（作為縱差后備）、單相接地、過負荷、低電壓。我國發(fā)電廠高壓電動機的設計一般都會按照該要求配置繼電保護，通常情況下，在電動機10kV開關柜中，配備微機型綜合保護裝置，由10kV開關柜和電動機中性點側電流互感器提供差動保護電流。

4 使用高壓變頻器后電動機保護的問題及改進措施

4.1 保護問題

電動機差動保護。根據(jù)《火力發(fā)電廠廠用電設計技術規(guī)定》，2MW及以上的電動機應該配置電動機差動保護裝置，而2MW以下且中性點具有分相引線的電動機，在電流速斷保護不夠靈敏的情況下，裝設本保護。配置變頻器的電動機，由于，變頻器輸入、輸出電流的頻率和相位不存在必然聯(lián)系，所以，電動機上配置的變頻器就不納入差動保護的范圍。電動機接地保護。變頻器的輸出端不接地，一般裝設在電動機旁，電纜較短，電流較小。此時，傳統(tǒng)的零序CT 法來不適合用來檢測電動機或電纜單相接故障，變頻器的保護功能也無法檢測單相接地故障，所以使用變頻器后，電動機不再配置接地保護。隔離變壓器的保護。有些變頻器自身的保護功能不涉及輸入側隔離變壓器的保護，有些只有熔斷器保護配有變頻器的大容量電動機系統(tǒng)中的隔離變壓器相當于大容量變壓器，按規(guī)定，容量大于2 000 kVA的變壓器應該配備差動保護系統(tǒng)，但變頻器控制系統(tǒng)很難滿足隔離變壓器的保護。

4.2 改進措施

我公司針對繼電保護存在的問題，在電動機回路的設計上進行改進，利用工頻、變頻分設差動保護的方法，確保高靈敏度保護，解決了由變頻器前后電源變化導致的靈敏度差動保護難實現(xiàn)的問題。根據(jù)招標方凝結水泵設備情況，投標方提供一套最新的10kV高壓變頻調速裝置，水泵專用變頻器1套，額定容量3150kVA，適用于2375kW電機，變頻器輸出電流是電機最大電流的1.5倍、即234A。采用“一拖二”手動切換方式。如圖1所示。這種改進方法的優(yōu)點是：改進了電動機主保護，改進工作較容易進行，保持現(xiàn)有的裝置不變。

5 結語

高壓變頻器由于對電動機繼電保護具有突出的作用，在電廠發(fā)電系統(tǒng)中得到了廣泛的應用，電廠行業(yè)應繼續(xù)重視變頻器的應用，并進行一定的整改，確保高壓變頻器在發(fā)電企業(yè)中的安全運行，促使高壓變頻器在電動機繼電保護工作中發(fā)揮更大的作用，節(jié)約更多的能源。

［1］唐紅鍵，譚茂強.大容量高壓電動機變頻器繼電保護對策探討［J］.電力建設，2010（5）.

［2］李立峰，趙偉，丁健，高壓變頻器對電動機繼電保護的影響及解決措施［J］.廣東電力，2010（8）.

李云龍（1988—），男，吉林東豐人，本科，助理程師，研究方向：繼電保護。