【正文】 能抑制短路等故障時電流的上升率，故電流源型變頻器的過流和短路保護容易實現(xiàn)；電壓源型變頻器在直流供電輸人端并聯(lián)有大電容，一般電壓源型變頻器的過流和短路保護實現(xiàn)起來則較為困難，只有二電平電壓源型變頻器設(shè)有直流電感，可抑制ｄｉ／ｄｔ的上升速率，易實現(xiàn)過流保護和短路保護。整流電路一般采用二極管，鉗位采用高壓快恢復(fù)二極管，逆變部分功率器件采用ＧＴＯ、ＩＧＢＴ或ＩＧＣＴ。由于三電平變頻器低速區(qū)變頻器的波形極差，基本上不能滿足工況的要求，因此，在變頻器的輸出側(cè)必須配置ＬＣ濾波器才能用于普通的鼠籠型電機。３ｋＶ有１２個功率單元，每４個功率單元串聯(lián)構(gòu)成一相。以中間△接法為參考（ｏ。其特點是由低壓的功率器件所組成的功率單元相串聯(lián)，從而實現(xiàn)高壓的輸出。高．低．高變頻調(diào)速系統(tǒng)普遍采用可控硅整流逆變電路，從７０年代問世以來，逐步走向成熟，也有很多應(yīng)用成功的例子，但此種系統(tǒng)存在著較多的問題：（１）高．低．高變頻調(diào)速系統(tǒng)需要用升壓和降壓兩個變壓器，以實現(xiàn)６ＫＶ電壓直接輸出，從而降低了效率，會增加損耗，并且降壓變壓器和升壓變壓器不能互換，升壓變壓器需要特制，以減弱高次諧波的影響。該調(diào)速系統(tǒng)一般使用一臺變壓器與電網(wǎng)隔離，變頻器輸出直接到電機，由于采用了橋式整流電路，在整個調(diào)速系統(tǒng)中功率因數(shù)較高，不需要裝設(shè)無功補償裝置，又因為高．高變頻調(diào)速系統(tǒng)采用多重化脈寬控制，通過模塊輸出串聯(lián)疊加消除高次諧波的影響。高．高變頻系統(tǒng)在整個調(diào)速范圍內(nèi)效率穩(wěn)定在９５－９７％之間，而高低．高變頻系統(tǒng)在整個誦速范圍內(nèi)在８１－－９３％之間變化，高低高變頻系統(tǒng)可以采用不使用變壓器的方案，則滿負荷運行時，又可節(jié)約３％左右的能量（變壓器的損耗隨負荷變化不大）。短路電流的整定值一般設(shè)置為逆變器輸出額定電流的２００％～３００％。電壓源型變頻器采用大容量的高壓電容器作為整流濾波環(huán)節(jié)。４．過載保護變頻器的過載保護是指由于電動機過載，逆變器的電流達到逆變器額定輸出電流１５０％以上時，采取相應(yīng)措施對ＩＧＢＴ施加的保護。２．５變頻系統(tǒng)中的電動機保護分析２．５．１變頻系統(tǒng)中接線方式的比較與選擇高壓變頻系統(tǒng)通常由６ＫＶ電源進線開關(guān)、移相變壓器、高壓變頻器、６ＫＶ輸出接觸器和電動機構(gòu)成，作為一種萬全措施，變頻器在發(fā)電廠應(yīng)用中，還要配備工頻旁路，一旦變頻器出現(xiàn)嚴重故障或正常情況下例行檢修維護時，通過旁路斷路器，電動機可以直接掛在電網(wǎng)上運行，不影響機組的正常發(fā)電。若考慮自動旁路方式，如方式一、二，一般采用斷路器或接觸器，方式一采用小車開關(guān)，變頻器檢修時將輸入／輸出側(cè)小車拉出即可產(chǎn)生明顯斷開點，還可以方便同時進行開關(guān)檢修工作，另ＱＦｌ、ＱＦ２開關(guān)均具備切斷故障電流的能力。因此，電動機由變頻切換到工頻時，投入瞬間定子繞組中感應(yīng)電壓的大小、相位將影響到能否平穩(wěn)切換。當電機在變頻器的控制下，轉(zhuǎn)速達到額定值且變頻器輸出電壓的頻率與電網(wǎng)頻率（５０Ｈｚ）一致時，將電機從變頻器驅(qū)動切換到工頻電源驅(qū)動。發(fā)電廠中使用的各種電機容量較大，而且許多風機、水泵在生產(chǎn)過程中是不允許停機的，一旦發(fā)生故障會造成嚴重后果，建議在切換時采用同步切換方式，功能時所錄的電動機定子電流波形。為了盡量減小切換過程中對變頻器的沖擊作用，在鎖定狀態(tài)變頻器合閘之前，應(yīng)稍稍調(diào)低變頻器輸出電壓的幅值，以免合閘時造成對變頻器過大的沖擊電流。繞組相間短路時，對于２ＭＷ以下的高壓（３ＫＶ以上）電動機一般裝設(shè)兩相式電流速斷保護；為了迅速切斷電源，《繼電保護及安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，２ＭＷ及以上的電動機，或２ＭＷ以下但電流速斷保護靈敏系數(shù)不符合要求時，應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)著動保護。一些因生產(chǎn)工藝過程不允許或不需要自啟動的電動機也必須裝設(shè)低電壓保護，出口跳閘停機。啟動時間過長保護可作為電動機啟動過程中短路保護的后備保護。在高壓變頻器、一電動機組啟動瞬間，根據(jù)實驗實測，移相變壓器將會產(chǎn)生５＂－７倍勵磁涌流。另外由于其它諸多區(qū)別，還會造成電動機變頻運行方式下的保護會不同于工頻運行方式下。在電流中含高次諧波成分的干擾下，使用傅氏算法并不能得到準確的電流值，具體分析見４．３．１節(jié)。在電動機發(fā)生斷相運行、反相運行、供電電壓不平衡以及各種不對稱故障時，鑒于負序電流可以對電動機提供了有效的保護，目前，研究電動機保護原理的文獻很多，保護原理因此也相對成熟。圖３．１示出磁平衡式縱差保護三相接線圖，電動機每相繞組的始端和終端引線分別接入、出磁平衡式ＣＴ的環(huán)形鐵芯窗口一次。而傳統(tǒng)的電磁式電流互感器是利用電磁感應(yīng)原理通過鐵芯耦合實現(xiàn)一、二次電流變換的。另外，鐵芯剩磁率還與短路故障切除后，ＣＴ一次電流強迫為０而二次電流（殘余電流）衰減到０的時間有關(guān)，剩磁率越大，殘余電流衰減時間越短，反之亦然。該區(qū)域內(nèi)動作值大于動作區(qū)內(nèi)相同制動電流條件下的動作值，對應(yīng)的是內(nèi)部嚴重故障時的短路電流，一般ＣＴ飽和的差流不會進入該區(qū)域，故設(shè)置該區(qū)域為ＣＴ飽和無制動區(qū)，對進入該區(qū)域的工作點不判ＣＴ飽和，經(jīng)短延時后直接動作出口。諧波法判ＣＴ飽和目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用在不少廠家的微機保護裝置中。（４）．附加飽和區(qū)判別法該方法在制動區(qū)內(nèi)設(shè)置一段附加飽和區(qū)，一般在外部故障發(fā)生后，工作點會立即進入該區(qū)域。在工程上可以采用的是故障分量異步啟動的ＣＴ飽和諧波判別法。由于采樣壞數(shù)據(jù)的隨機性和離散性，對于動作時間要求性高的保護受到壞數(shù)據(jù)的影響更大。若數(shù)據(jù)存儲過程中發(fā)現(xiàn)數(shù)組下標越界，即發(fā)現(xiàn)的可疑數(shù)據(jù)個數(shù)超過事先設(shè)定的最大值，此時認為采樣值的增大是因為發(fā)生了系統(tǒng)發(fā)生了內(nèi)部或外部故障，不再閉鎖保護。４．２電流速斷保護電機的電流速斷保護可以保護電機的相間短路故障，并用電機出口的故障短路電流來校驗。從該波形可以看出，變頻器充電．移相變壓器勵磁，其后按８倍變壓器額定電流整定后多次臺閘均朱發(fā)生臺閘時電漉速斷跳閘情況。通常的差動保護是算好了系數(shù)保存為定值直接取用，比較好實現(xiàn)，而此方案則需要實時的計算每個采樣點的余弦系數(shù)和正弦系數(shù)，而且該計算是超越函數(shù)運算，所需計算量較大，難以滿足繼電保護快速實時計算的要求；（２）存在計算準確度問題。頻率跟蹤時有Ｎ＝Ｚ／彳成立，Ｚ為基波頻率。因此還可以克服傳統(tǒng)的電流平衡式縱差保護在電動機啟動和外部短路時，由于電動機兩側(cè)的電流互感器暫態(tài)特性不一致造成的誤動作。這個定理首先是按各支路電流的瞬時值計算的。和常規(guī)差動保護一樣，為躲過電動機正常運行時不平衡電流的影響，采樣值差動保護采用非線性的制動特性，動作曲線如圖４＿５所示（以兩折線為例）。對于采樣值差動保護而言，有一些采樣點制動效果較差，而另一些采樣點制動效果較好。對每一個采樣點，其制動特性的關(guān)系都不一樣。Ｒ值的選取，需重點考慮以下２個因素：１．內(nèi)部故障時，采樣值差動數(shù)據(jù)窗可能遇上過零點，導(dǎo)致采樣值差動判據(jù)不滿足。以及i＞Ｉｏ的模糊區(qū)，以下關(guān)于模糊區(qū)的討論均基于 Ｒ ≥ Ｎ ／２的前提下展開的.４．３．５采樣值差動保護抗ＣＴ飽和原理ｚｌ包括了電流互感器的漏抗和二次負載阻抗，一般電阻分量占優(yōu)，在定性分析時可以當作純電阻處理。這樣，在外部嚴重故障，ＣＴ飽和，但故障發(fā)展至內(nèi)部時，將會使保護延后１００毫秒跳閘。即內(nèi)部短路時，差動保護與故障啟動元件幾乎是同時刻動作的。同樣的整定值，但對于采樣初始時刻不同的兩個采樣序列ａ和ｂ的判斷結(jié)果是不同的，采樣序列ａ有三個采樣點滿足式i＞Ｉｏ，而采樣序列ｂ只有兩個采樣點滿足式i＞Ｉｏ，也就是說為了能夠有三個點能夠滿足式i＞Ｉｏ，那么采用ｂ采樣序列的電流幅值會大于采用ａ采樣序列的電流幅值，因此瞬時采樣值電流差動保護在動作值上可能不同，也就是動作區(qū)間上有模糊區(qū)。存在這樣的一種設(shè)想，即認為提高采樣率可以有下列好處： 一是提高動作速度，即在相同的Ｒ、Ｓ值下，采樣率高或采樣周期短，則總的動作時間可以縮短；二是在動作時間不變的情況下可以增加重復(fù)次數(shù)，從而提高了可靠性。４．３．３Ｒ、Ｓ及Ｒ．Ｓ的選取原則文獻【３３】從確保采樣值差動保護的制動性能不低于常規(guī)相量差動保護的角度分析得出結(jié)論：判別數(shù)據(jù)對應(yīng)的角度ｐ必須滿足０≥９００，設(shè)周波采樣點數(shù)為Ⅳ，則Ｓ應(yīng)該滿足Ｓ≥（Ｎ／４）＋ｌ：文獻【３４】把差動保護判據(jù)歸納為ＩＡｓｉｎｏｌ＞ｌＢｓｉｎ（０－ＡＯ）ｌ形式，經(jīng)過嚴格的數(shù)學推導(dǎo)，證明對于采樣值電流差動保護，其動作判據(jù)的誤判區(qū)口≤７ｒ／２，為保證采樣值差動保護的可靠性，使其制動特性優(yōu)于至少等于常規(guī)相量差動保護，判別數(shù)據(jù)窗對應(yīng)的角度需滿足口≥ａ＇／２，同樣得出Ｓ≥（Ｎ／４）＋ｌ的結(jié)論。在穩(wěn)態(tài)過程，常規(guī)的差動保護中，用的是有效值，差動電流和施加的制動電流都是一個不隨時間變化的確定值，因而其保護的制動特性不會因為采樣數(shù)據(jù)窗的移動而發(fā)生變化。當發(fā)生橫向短路故障，亦即被保護設(shè)備額外增加一個支路時，原來各支路電流的瞬時值之和便等于新增故障支路電流的瞬時值。也就是說，目前高壓變頻電動機保護配置不足，需要研究新的適合寬范圍調(diào)頻高壓電動機的保護配置方案。對于變頻運行方式下電動機的主保護，文獻［２】提出采用磁平衡式縱差保護。但也存在問題：當工作頻率高于工頻時不會影響到采樣的測量精度，但當頻率降得很低的時候，還保持一周波固定點采樣則會對測量精度有較大影響。綜上所述，應(yīng)圳高壓變顛器后電機的速斷保護按Ｆ式整定： 速斷動作時間０可?。埃保担埃玻懊?４．３采樣值差動保護及相關(guān)原理研究４．３．１相量差動保護所遇到問題的分析１．頻率寬范圍變化對保持采樣率不變方法的影響波的采樣值計算出采樣電流相量的實部和虛部。高壓變頻器中移相變壓器的低壓刪直接帶功率單元，當移相變壓器低壓側(cè)出現(xiàn)短路時，高壓受頻器必然應(yīng)停止工作。本章將詳細討論電機在變頻運行方式時，上述保護在保護原理、整定數(shù)值上的變化。從發(fā)生故障到故障切除，故障電流會持續(xù)一段時間，這段時間一般大于一個周波，而因采樣壞數(shù)據(jù)引起的采樣值異常增大，即使是連續(xù)的，也往往只持續(xù)極少數(shù)幾個點。３．２采樣壞數(shù)據(jù)的判別及處理方法除了Ａ／Ｄ采樣回路硬件故障的情況外，采樣壞數(shù)據(jù)還可以因為以下原因出現(xiàn)：在強電磁干擾的條件下，Ａ／Ｄ采樣回路中產(chǎn)生了尖峰脈沖，使該時刻的Ａ／Ｄ采樣值異常增大，采用了該采樣值計算的保護量會出現(xiàn)一定程度的誤差。由于ＣＴ暫態(tài)飽和后，非周期分量衰減較快，故ＣＴ飽和應(yīng)有一個最大判別時間，從工作點附加飽和區(qū)開始計時，超過該時間后，即認為暫態(tài)飽和結(jié)束，應(yīng)該重新開放差動保護。另外，某些故障（如機端三相短路）初始時刻的諧波含量豐富，可能會造成誤判Ｃ－ｑ＇飽和而使保護拒動。故判別ＣＴ飽和的依據(jù)為：該方法能充分利用了波形特征，能有效判別嚴重的ＣＴ暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)飽和。減小二次側(cè)負載可以采取的措施有：避免保護與測量共用同一個ＣＴ；縮短ＣＴ二次電纜長度，增大其截面積等。以該錯誤傳變的電流作為保護量，必然引起保護的錯誤動作。諺表清楚地顯示出，電動機自啟動過程中，傳統(tǒng)的縱差保護將有很大的不平衡差流，同時準穩(wěn)態(tài)的諧波分析結(jié)果顯示出，這種不平衡差流中有十分顯著的二次諧波成分，而且二次諧波電流與基波電流之比（ｈ／１１）并不隨著暫態(tài)不平衡電流的衰減而減小。電動機縱聯(lián)差動保護是比較電動機中性點與機端電流大小和相位的一種保護，當電動機未發(fā)生橫向故障時，兩側(cè)電流相量之差應(yīng)為零，而當電動機發(fā)生橫向故障時，中性點與機端引出的電流相量之差不為零，它能反映電動機及其引出線的相間短路故障（即保護區(qū)域為兩側(cè)ＣＴ之間的部分）。２．６本章小結(jié)本章首先介紹了變頻器的原理，對主流變頻器的性能進行了分析和比較。變頻改造后，可以在ｂ、Ｃ兩處使用差動原理來單獨保護電動機的安全運行。其次，由于目前常規(guī)相量差動保護都是針對工作頻率為工頻附近設(shè)計的，不適用于寬頻率工作范圍，這是影響電動機繼續(xù)使用相量差動保護的最大障礙；電動機相量差動保護的工作原理是基于比較電動機兩端電流的大小與相位的。明確系統(tǒng)變頻、工頻兩種不同運行方式下的差異，是區(qū)分兩種運行方式下保護配置、整定發(fā)生變化原因的關(guān)鍵。利用慣性熔斷器、配電用低壓斷路器、各種型式的反時限特性過電流繼電器，這些保護電器的動作特性應(yīng)與電動機的熱特性相配合，使電動機既得到安全保護，又不致過早動作而影響電動機的使用。若接地電流小于１０Ａ，保護可以作用于信號也可以作用于跳閘。另外要注意當切換供電方式時，保護裝置也要及時地切換保護配置和整定值選取。由于進行了同步操作，變頻器的輸出參數(shù)與電網(wǎng)參數(shù)保持一致，在接入電網(wǎng)時對變頻器和電動機都不會有什么影響。這種方式要求系統(tǒng)能夠容許切換時的沖擊和轉(zhuǎn)矩變化，一般只用于小功率低壓變頻系統(tǒng)。這種方式最為簡單，只要增設(shè)兩個適當容量的斷路器或接觸器即可，切換過程既可以手動也可由ＰＬＣ控制。故電機變頻一次系統(tǒng)設(shè)計推薦方式一，其中ＱＦｌ、ＱＦ２為小車真空開關(guān)，ＫＭＩ為小車Ｆ＋Ｃ開關(guān)。方式一中變頻器輸入側(cè)、工頻旁路采用真空斷路器小車，變頻器輸出側(cè)采用高壓限流熔斷器＋真空接觸器，旁路控制方式為手／自動旁路；方式二中變頻器輸入腧出側(cè)均采用手動隔離刀閘＋真空接觸器，工頻旁路采用真空接觸器，旁路控制方式為手／自動旁路：方式三中變頻器輸入／輸出側(cè)、工頻旁路均采用手動隔離刀閘，旁路控制方式為手動旁路；方式四中變頻器輸入側(cè)采用手動隔離刀閘．輸出側(cè)及工頻旁路采用手動單刀雙擲隔離刀閘，旁路控制方式為手動旁路。過載信號采用霍爾電流檢測元件檢測，信號數(shù)值取自中間直流母線。３．過壓保護過電壓產(chǎn)生的原因主要有：①電網(wǎng)輸入電壓長時間過高；②減速太快，引起泵升電壓過高。２．欠壓保護欠壓產(chǎn)生的原因主要有：①輸入交流電壓長期低于標準值的９０％以下，或發(fā)生缺相斷相；②電容不足或電容損壞。一般來說，每種變頻器都有以下幾種保護功能：過流保護、欠壓保護、過壓保護和過載保護。變頻器的逆變器輸出電壓和電流波形接近正弦波，從而解決了由于以矩形波供電引起的轉(zhuǎn)矩降低問題，改善了電動機的運行性能，高．高變頻調(diào)速系統(tǒng)適用于常規(guī)電機和電纜的絕緣要求，現(xiàn)有的電機和電纜可以繼續(xù)使用。（４）高．低．高變頻控制系統(tǒng)需要兩臺變壓器，變壓器需要裝設(shè)相應(yīng)的保護，成本也會有所上升，另外，使用高．低．高變頻系統(tǒng)占地面積較大。功率較大（一般指超過２００Ｋｗ）的電動機基本上都采用高壓電動機，這些電動機的能耗是電廠用電的主要部分，高壓變頻指的就是這些電動機的變頻調(diào)速。、－２４。變壓