王濟(jì)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(jī)的調(diào)節(jié)方式從機(jī)械節(jié)流改為變頻調(diào)速，從而實(shí)現(xiàn)高壓電機(jī)的軟啟動。這一措施減少了磨損，降低廠用電率，達(dá)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(jī)差動保護(hù)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(hù)的影響，尤其是主保護(hù)的影響和解決措施，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 設(shè)備現(xiàn)狀及出現(xiàn)的問題

某電廠高壓增壓風(fēng)機(jī)選用的是YKK1000－14型電動機(jī)，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(hù)裝置，使風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)差動速斷、比率差動、負(fù)序、堵轉(zhuǎn)、過熱、欠壓、零序保護(hù)。分別在開關(guān)柜側(cè)和中性點(diǎn)側(cè)安裝了LZZBJ9－10和LZZBJ9－10C2型號電流互感器（TA）實(shí)現(xiàn)保護(hù)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(shí)現(xiàn)高壓電機(jī)的軟啟動，減少磨損，對增壓風(fēng)機(jī)加裝了高壓變頻裝置，實(shí)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??；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(jī)上。

由于加裝了變頻器，原增壓風(fēng)機(jī)差動保護(hù)TA一組裝在斷路器出線側(cè)，另一組裝在電機(jī)就地中性點(diǎn)側(cè)，而變頻器則是裝在電源斷路器與電機(jī)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(jī)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(hù)，其保護(hù)范圍不僅會縮小至變頻器前的交流部分，而且原差動保護(hù)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(jī)側(cè)的TA 不是恒定50Hz的電流，就會造成差動保護(hù)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(hù)的壓板退出，投入原MMPR－310Hb－3X型保護(hù)裝置的速斷保護(hù)功能，用速斷保護(hù)作為電機(jī)變頻運(yùn)行時的主保護(hù)，這不符合繼電保護(hù)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(fēng)機(jī)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(hù)裝置，配置了速斷保護(hù)等后備保護(hù)作為電源開關(guān)至變頻器各類故障的保護(hù)，用以實(shí)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(hù)。

為了解決高壓電機(jī)變頻改造后無差動主保護(hù)的缺陷，在增壓風(fēng)機(jī)變頻器小間安裝了CSC－236D 數(shù)字式變頻電動機(jī)保護(hù)裝置，來實(shí)現(xiàn)電機(jī)工頻和變頻運(yùn)行下的差動主保護(hù)功能。該保護(hù)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?？紤]變頻電動機(jī)的實(shí)際運(yùn)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(jìn)行相量計算。為了保證電動機(jī)內(nèi)部故障時差動保護(hù)靈敏動作，同時防止外部故障時及電動機(jī)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(dāng)電動機(jī)變頻啟動時，對應(yīng)的有變頻相量差動和采樣值差動；當(dāng)變頻器異常，電動機(jī)工頻啟動時，提供差動速斷和考慮電動機(jī)長啟動的比率差動保護(hù)以及二次諧波閉鎖、TA 斷線及差流越限檢測和電動機(jī)啟動過程判別功能，實(shí)現(xiàn)了5～65Hz寬頻帶及低頻率范圍內(nèi)電動機(jī)各種故障的保護(hù)作用。

同時，在變頻器輸出側(cè)和電機(jī)側(cè)各配置了針對CSC－236D保護(hù)裝置專門研發(fā)設(shè)計的適用于變頻電動機(jī)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(dá)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(jī)保護(hù)的需要。

3 改造效果

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

表1 CSC－236D保護(hù)裝置差動保護(hù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

可見，該保護(hù)裝置在不同頻率下，差動保護(hù)均能作為電機(jī)的主保護(hù)，保護(hù)電機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行；同時，現(xiàn)場試驗(yàn)人員用OMICRON 型TA 測試儀分別檢測了電機(jī)中性點(diǎn)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(fù)載值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)際的二次負(fù)載值，可見電流互感器10%特性完全滿足要求。

在保護(hù)裝置改造后，電機(jī)投入運(yùn)行時，針對電機(jī)運(yùn)行不同頻率下的工況，進(jìn)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(fēng)機(jī)的變頻改造后，經(jīng)過一年多的時間驗(yàn)證，電機(jī)大多數(shù)情況都運(yùn)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(jī)變頻差動保護(hù)裝置和5P20級的LRDDBB－6／60型電流互感器、配置電機(jī)變頻運(yùn)行下的差動主保護(hù)后，保證了電機(jī)無論在工頻運(yùn)行還是變頻運(yùn)行，保護(hù)配置均滿足了繼電保護(hù)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(jī)安全可靠運(yùn)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(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程［S］.