差動(dòng)保護(hù)在高壓變頻器中的應(yīng)用

王 奧（中國(guó)電建集團(tuán)核電工程有限公司，山東 濟(jì)南 250000）

0 引 言

現(xiàn)階段，節(jié)能技術(shù)已全面融入電廠各運(yùn)行階段。若仍沿用常規(guī)模式開(kāi)展差動(dòng)保護(hù)，則僅能適應(yīng)電廠現(xiàn)有的工頻電機(jī)。而對(duì)于調(diào)速范圍較寬的變頻電機(jī)，傳統(tǒng)保護(hù)模式會(huì)呈現(xiàn)多種多樣的弊病。因此，電廠亟需改造原有的繼電保護(hù)裝置，并采取綜合性手段與方式提升高壓電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定性。

1 高壓變頻器差動(dòng)保護(hù)的基本原理

當(dāng)前，部分電廠取消差動(dòng)保護(hù)，僅對(duì)高壓電機(jī)實(shí)施電流速斷保護(hù)[1]，導(dǎo)致系統(tǒng)僅能依賴敏銳度較差的主保護(hù)，難以做到全方位的變頻系統(tǒng)保護(hù)?；诖?，電廠應(yīng)在電動(dòng)機(jī)中性點(diǎn)與開(kāi)關(guān)柜處分設(shè)電流互感器，實(shí)現(xiàn)兩側(cè)的差動(dòng)保護(hù)。

在實(shí)際運(yùn)作中，兩側(cè)差動(dòng)保護(hù)的實(shí)施會(huì)干擾正常的變頻運(yùn)行，出現(xiàn)電流幅值與電流相位差異較大的現(xiàn)象[2]。在特殊情形下，處于常規(guī)狀態(tài)下的變頻系統(tǒng)仍會(huì)呈現(xiàn)較大幅度的電流差異，或呈現(xiàn)保護(hù)誤動(dòng)的狀態(tài)。受低頻運(yùn)行影響，某些變頻器頻繁表現(xiàn)為CT飽和狀態(tài)，或呈現(xiàn)大比例的測(cè)量電流差異性。因此，對(duì)現(xiàn)有的變頻系統(tǒng)亟待增設(shè)必要的差動(dòng)保護(hù)作為輔助。

在實(shí)施差動(dòng)保護(hù)的全方位改造時(shí)，應(yīng)將工頻電機(jī)的通用差動(dòng)保護(hù)裝置妥善安裝于合適的部位[3]。具體而言，技術(shù)人員采用傅里葉變換措施處理其中的數(shù)字信號(hào)，實(shí)現(xiàn)全過(guò)程的微機(jī)保護(hù)操控。傅里葉變換涉及對(duì)諧波分量的整數(shù)次計(jì)算，需建立在得出基波頻率的前提下。同時(shí)，運(yùn)用低通濾波器可以靈活操控其中的微機(jī)保護(hù)裝置，將其基波頻率控制在50 Hz左右。上述頻率變換的幅度并沒(méi)有超出變頻器規(guī)范，且偏差度較大。因此，當(dāng)前較流行的工頻差動(dòng)保護(hù)并不能適用傳統(tǒng)模式的保護(hù)手段，從側(cè)面突顯出差動(dòng)保護(hù)的價(jià)值與意義[4]。

2 差動(dòng)保護(hù)具備的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

相較于其他保護(hù)模式，差動(dòng)保護(hù)具有獨(dú)有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)保護(hù)模式已不適用于當(dāng)前各種類型的高壓變頻器，而應(yīng)針對(duì)變頻器運(yùn)行涉及到的兩側(cè)CT，運(yùn)用差動(dòng)保護(hù)使其平衡。在開(kāi)展全方位的保護(hù)改造時(shí)，應(yīng)更注重CT安裝位置的差異性，以此為切入點(diǎn)開(kāi)展相應(yīng)的改進(jìn)與優(yōu)化。

2.1 統(tǒng)一兩側(cè)的電源頻率

在改造現(xiàn)有高壓變頻器時(shí)，應(yīng)將電動(dòng)機(jī)中性點(diǎn)視作改造要點(diǎn)。同時(shí)，對(duì)于相匹配的變頻器輸出端也要予以差動(dòng)保護(hù)的相關(guān)處理。在實(shí)現(xiàn)上述改進(jìn)的基礎(chǔ)下，便可有序統(tǒng)一其中的電流幅值與電流相位要素，確保變頻器處于電源頻率相同的狀態(tài)中。此外，對(duì)處在波動(dòng)狀態(tài)的電源頻率也要予以實(shí)時(shí)性監(jiān)控，從而全面明晰工頻CT在各時(shí)間段表現(xiàn)出的波動(dòng)趨勢(shì)。近年來(lái)，技術(shù)人員還可靈活運(yùn)用暫態(tài)分析軟件與其他先進(jìn)軟件，憑借信息化手段開(kāi)展仿真測(cè)試[5]。

在開(kāi)展仿真具體操作時(shí)，應(yīng)將同等強(qiáng)度的電流幅值施加于兩端。受不同頻率的影響，通過(guò)實(shí)測(cè)獲得的系統(tǒng)波形與CT測(cè)量波形并非完全一致，仍需對(duì)此實(shí)施進(jìn)一步優(yōu)化。觀察得知，在電流強(qiáng)度相同的狀態(tài)下，CT飽和的速度取決于降低頻率的幅度。在飽和度增加時(shí)，與之有關(guān)的二次電流也會(huì)呈現(xiàn)出明顯的差異性。技術(shù)人員一旦察覺(jué)到上述的隱患與缺陷，需將變頻電源妥善連接于電流互感器，再次對(duì)其開(kāi)展相應(yīng)測(cè)試。

因此可見(jiàn)，系統(tǒng)如果呈現(xiàn)低頻不飽和趨勢(shì)，則整體符合相應(yīng)的誤差曲線，系統(tǒng)運(yùn)行誤差不會(huì)超出10%。若涉及到額定的5 Hz頻率電流，則可確保其符合現(xiàn)階段變頻差動(dòng)保護(hù)的各項(xiàng)基本需求。在某些特殊情形下，受不同電源頻率引發(fā)的差異性影響，技術(shù)人員在特定時(shí)間段記錄下的差動(dòng)波形也有所不同。經(jīng)由實(shí)測(cè)得知，高壓變頻系統(tǒng)現(xiàn)有的二次變頻電流決定著電流互感器當(dāng)前能夠達(dá)到的整體運(yùn)行效能，在具體涉及到差動(dòng)保護(hù)時(shí)，運(yùn)用此項(xiàng)技術(shù)措施可保證一致的電流傳變特性與差動(dòng)保護(hù)特性[6]。

2.2 避免采樣值與相量的波動(dòng)

微機(jī)差動(dòng)保護(hù)可分成采樣值與相量?jī)煞N差動(dòng)模式。

（1）相量差動(dòng)的關(guān)鍵在于針對(duì)流出系統(tǒng)與流入系統(tǒng)開(kāi)展精確的運(yùn)算，并依照采樣點(diǎn)具備的周期波動(dòng)特性全面得出數(shù)據(jù)差異性。在多數(shù)情況下，若變頻電機(jī)改變現(xiàn)存頻率，則與之有關(guān)的相量數(shù)據(jù)也會(huì)呈現(xiàn)出相應(yīng)的波動(dòng)，難以獲取精準(zhǔn)度較高的實(shí)測(cè)信息。由此可見(jiàn)，若未對(duì)變頻電機(jī)開(kāi)展相應(yīng)的保護(hù)處理，其會(huì)呈現(xiàn)某些異常性波動(dòng)。

（2）采用采樣值的差動(dòng)運(yùn)算方式，可以省略周波相量值的運(yùn)算。在此基礎(chǔ)上，依照輸出電流與輸入電流達(dá)到最佳平衡性的宗旨與原則，可以實(shí)現(xiàn)針對(duì)系統(tǒng)內(nèi)各采樣點(diǎn)的精準(zhǔn)運(yùn)算[7]。例如，在某些情形下，如設(shè)計(jì)了多個(gè)采樣點(diǎn)且確保其符合連續(xù)性特征，則需憑借設(shè)定值的方式判斷是否應(yīng)開(kāi)展差動(dòng)保護(hù)，同時(shí)還要關(guān)注直流分量與系統(tǒng)諧波是否存在。

受變頻供電影響，如在現(xiàn)有系統(tǒng)中加入電子電力元件，會(huì)顯著增大原有諧波，引發(fā)較大的采樣幅值偏差。對(duì)于現(xiàn)有的變頻系統(tǒng)，可運(yùn)用HHT方式對(duì)能量較大的相位信息與幅值分量開(kāi)展精確的選取，并將其作為主要的系統(tǒng)信號(hào)頻率。

3 具體技術(shù)運(yùn)用方案

差動(dòng)保護(hù)是高壓變頻器順利運(yùn)行的根本保障。近年來(lái)，多數(shù)電廠著眼于改造現(xiàn)有的引風(fēng)機(jī)等設(shè)施，達(dá)成優(yōu)化電廠各項(xiàng)設(shè)施，提升綜合保護(hù)性能的目的。運(yùn)用改進(jìn)后的差動(dòng)保護(hù)舉措，可全面消除變頻系統(tǒng)表現(xiàn)出的隱患，顯著優(yōu)化大容量電機(jī)及其他設(shè)施具備的運(yùn)行效能[8]。

3.1 優(yōu)化配置變頻保護(hù)裝置

針對(duì)運(yùn)行年限較長(zhǎng)的高壓變頻裝置，電廠有必要將其納入現(xiàn)有的改造范圍，因地制宜實(shí)現(xiàn)全方位的配置方案優(yōu)化。在具體優(yōu)化保護(hù)裝置的各項(xiàng)配置時(shí)，應(yīng)注重保留原有的綜合性常規(guī)保護(hù)裝置，確保變頻器安裝在相應(yīng)的位置上，同時(shí)應(yīng)當(dāng)妥善消除現(xiàn)存的電動(dòng)機(jī)保護(hù)，將新增的差動(dòng)保護(hù)安排在后端的變頻器部位。

此外，對(duì)后備性的變頻保護(hù)體系也應(yīng)做到合理的健全與完善，其中涉及過(guò)流保護(hù)、速斷保護(hù)與過(guò)熱負(fù)荷保護(hù)[9]。電動(dòng)機(jī)如表現(xiàn)為故障狀態(tài)，需立即對(duì)其開(kāi)展全面檢測(cè)。在保留開(kāi)關(guān)柜原有工頻的同時(shí)，應(yīng)對(duì)其中的電流互感器實(shí)施適度改造。綜合性運(yùn)用后備保護(hù)與變頻差動(dòng)保護(hù)，有助于維持電動(dòng)機(jī)在各時(shí)間段的順利運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.2 妥善安裝保護(hù)裝置

在實(shí)際運(yùn)行中，應(yīng)在旁路柜的變頻器中適當(dāng)增加機(jī)端裝置，或在輸出側(cè)對(duì)其進(jìn)行妥善的連接處理。通過(guò)開(kāi)展上述變頻安裝改造，順利替換中性點(diǎn)側(cè)原有的電流互感器，將工頻互感裝置更換為變頻差動(dòng)的新增裝置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工頻互感器的妥善拆除處理[10]。

4 結(jié) 論

通過(guò)將差動(dòng)保護(hù)裝置妥善安裝于電廠引風(fēng)機(jī)與其他種類的電廠變頻裝置，有助于從根源上杜絕異常性的保護(hù)信號(hào)的產(chǎn)生。同時(shí)，運(yùn)用差動(dòng)保護(hù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)處于不同頻率狀態(tài)的變頻器的全面保護(hù)，進(jìn)而優(yōu)化差動(dòng)保護(hù)的實(shí)效性。在實(shí)際應(yīng)用中，電廠與相關(guān)部門應(yīng)密切關(guān)注大容量電機(jī)在整個(gè)變頻系統(tǒng)中起到的關(guān)鍵性作用，依照因地制宜的基本宗旨健全現(xiàn)有的變頻保護(hù)性能。