王濟娟

（大唐琿春發(fā)電廠，吉林 琿春 133303）

為了降低廠用電率，提高節(jié)能水平，火力發(fā)電廠通常采用高壓變頻技術(shù)對一些高壓電動機的調(diào)節(jié)方式從機械節(jié)流改為變頻調(diào)速，從而實現(xiàn)高壓電機的軟啟動。這一措施減少了磨損，降低廠用電率，達到了節(jié)能降耗的目的；但是，由于變頻器的輸入和輸出電流在相位上沒有必然的聯(lián)系，對電動機差動保護產(chǎn)生了重大影響，因此，研究電廠應(yīng)用高壓變頻器對繼電保護的影響，尤其是主保護的影響和解決措施，具有重要的現(xiàn)實意義。

1 設(shè)備現(xiàn)狀及出現(xiàn)的問題

某電廠高壓增壓風機選用的是YKK1000－14型電動機，其額定容量2 200kW，額定電壓6 000 V，額定電流300A，額定頻率50 Hz，額定轉(zhuǎn)速426 r／min，功率因數(shù)0.742。采用MMPR－320Hb－3X型保護裝置，使風機實現(xiàn)差動速斷、比率差動、負序、堵轉(zhuǎn)、過熱、欠壓、零序保護。分別在開關(guān)柜側(cè)和中性點側(cè)安裝了LZZBJ9－10和LZZBJ9－10C2型號電流互感器（TA）實現(xiàn)保護功能，TA 變比為500／5，額定輸出15VA。

為了降低廠用電率，提高節(jié)能水平，實現(xiàn)高壓電機的軟啟動，減少磨損，對增壓風機加裝了高壓變頻裝置，實現(xiàn)了變速調(diào)節(jié)。該變頻裝置是一種“高－高”電壓源型變頻器，高壓直接輸入，高壓直接輸出，無需輸出變壓器。該系列高壓變頻器輸入隔離變壓器采用了移相變壓器，使得輸入波形接近正弦波，對電網(wǎng)諧波污染小；輸出側(cè)通過采用成熟的多重化正弦PWM（脈沖寬度調(diào)制）技術(shù)，輸出為多電平，使得變頻器的輸出電壓波形非常接近正弦波，無需輸出濾波器，可直接接到高壓電機上。

由于加裝了變頻器，原增壓風機差動保護TA一組裝在斷路器出線側(cè)，另一組裝在電機就地中性點側(cè)，而變頻器則是裝在電源斷路器與電機之間的。在變頻工作狀態(tài)下，斷路器側(cè)TA 是50Hz的電流，而電機側(cè)TA 則是變頻后的電流，其頻率、大小均不同，此時如果投入原差動保護，其保護范圍不僅會縮小至變頻器前的交流部分，而且原差動保護裝置的差動原理只是基于頻率為50 Hz的交流電流基礎(chǔ)上，由于電機側(cè)的TA 不是恒定50Hz的電流，就會造成差動保護誤動作跳開電源斷路器，所以此時一些電廠采用的方法是將差動保護的壓板退出，投入原MMPR－310Hb－3X型保護裝置的速斷保護功能，用速斷保護作為電機變頻運行時的主保護，這不符合繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程［1］的規(guī)定，而且其靈敏度也不夠。

2 問題分析及解決措施

針對上述問題，某廠在增壓風機變頻改造后，在電源開關(guān)側(cè)保留了改造前的電流互感器，保留了原MMPR－310Hb－3X型保護裝置，配置了速斷保護等后備保護作為電源開關(guān)至變頻器各類故障的保護，用以實現(xiàn)6kV 電源側(cè)至其變頻器小間之間設(shè)備和電纜的各種故障保護。

為了解決高壓電機變頻改造后無差動主保護的缺陷，在增壓風機變頻器小間安裝了CSC－236D 數(shù)字式變頻電動機保護裝置，來實現(xiàn)電機工頻和變頻運行下的差動主保護功能。該保護裝置采用了與頻率無關(guān)的HHT（希爾伯特－黃變換）的相量計算方法，獲得非平穩(wěn)信號的各個頻率分量的幅值和相位信息。考慮變頻電動機的實際運行情況，選取其中能量最大的頻率成分作為信號的主頻率分量進行相量計算。為了保證電動機內(nèi)部故障時差動保護靈敏動作，同時防止外部故障時及電動機起動時暫態(tài)不平衡電流引起的誤動，采用了三段式比率差動原理以及能適用變頻啟動和工頻啟動兩種不同的啟動方式。當電動機變頻啟動時，對應(yīng)的有變頻相量差動和采樣值差動；當變頻器異常，電動機工頻啟動時，提供差動速斷和考慮電動機長啟動的比率差動保護以及二次諧波閉鎖、TA 斷線及差流越限檢測和電動機啟動過程判別功能，實現(xiàn)了5～65Hz寬頻帶及低頻率范圍內(nèi)電動機各種故障的保護作用。

同時，在變頻器輸出側(cè)和電機側(cè)各配置了針對CSC－236D保護裝置專門研發(fā)設(shè)計的適用于變頻電動機寬頻率范圍都有良好線性度的5P20 級的LRDDBB－6／60型TA，其變比為600／1，額定輸出為15VA。此互感器在低頻5 Hz不飽和，在低頻1 Hz下達到10倍額定電流才開始飽和，滿足10%誤差曲線，在5Hz頻率的額定電流情況下的誤差不超過5%，完全滿足變頻電動機保護的需要。

3 改造效果

根據(jù)以上配置，用微機保護測試儀對CSC－236D數(shù)字式變頻電動機保護裝置分別進行了模擬工頻和變頻狀態(tài)下的差動檢驗。差動保護定值為：Icd＝0.25 A，Ir1＝0.5A，K1＝0.2，K2＝0.5，對裝置進行了差動保護不同頻率下的試驗，其結(jié)果見表1。

表1 CSC－236D保護裝置差動保護試驗數(shù)據(jù)

可見，該保護裝置在不同頻率下，差動保護均能作為電機的主保護，保護電機安全穩(wěn)定運行；同時，現(xiàn)場試驗人員用OMICRON 型TA 測試儀分別檢測了電機中性點側(cè)和變頻器輸出側(cè)安裝的TA 頻率為16Hz電流互感器特性，其檢測數(shù)據(jù)最低值見表2，電流互感器10%誤差數(shù)據(jù)見表3。

表2 電流互感器檢測數(shù)據(jù)

表3 電流互感器10%誤差數(shù)據(jù) Ω

按照6kV 短路電流為10.636 4kA、變比600計算，其電流倍數(shù)M＝17.727，在此倍數(shù)下，其負載值遠遠大于實際的二次負載值，可見電流互感器10%特性完全滿足要求。

在保護裝置改造后，電機投入運行時，針對電機運行不同頻率下的工況，進行了差流測試工作，測試結(jié)果合格。測試數(shù)據(jù)見表4。

某廠在對6kV 增壓風機的變頻改造后，經(jīng)過一年多的時間驗證，電機大多數(shù)情況都運行在頻率為27Hz左右，大大降低了廠用電率，而且在應(yīng)用CSC－236D電動機變頻差動保護裝置和5P20級的LRDDBB－6／60型電流互感器、配置電機變頻運行下的差動主保護后，保證了電機無論在工頻運行還是變頻運行，保護配置均滿足了繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程［1］的相關(guān)規(guī)定，保證了電機安全可靠運行。

表4 差動及制動電流測試數(shù)據(jù)

［1］GB／T 14285—2006，繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程［S］.