高壓電動機(jī)變頻運(yùn)行方式下保護(hù)問題的研究

牟明朗 李 佳 羅明鳳

（四川工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 成都 611830）

高壓電動機(jī)變頻運(yùn)行方式下保護(hù)問題的研究

牟明朗 李 佳 羅明鳳

（四川工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 成都 611830）

文章通過高壓電動機(jī)變頻調(diào)速中保護(hù)問題分析，指出高壓電動機(jī)的綜合保護(hù)的必要性，并對比了工頻與變頻運(yùn)行下的不動情形，提出了合理的綜合保護(hù)方案。

高壓電動機(jī)；變頻；調(diào)速；保護(hù)

1 高壓變頻電動機(jī)的保護(hù)

大功率(一般指超過200Kw)電動機(jī)、風(fēng)機(jī)、泵等這類大功率電動機(jī)基本上都采用高壓電動機(jī)（國內(nèi)多為6KV，個(gè)別為10KV），對這種電動機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)現(xiàn)一般采用的就是直接高壓變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，就是用額定電壓為6KV的高壓變頻器直接驅(qū)動6KV的電動機(jī)，實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速，這樣節(jié)能效果顯著，還可以有效的抑制諧波、提高功率因數(shù)和總效率，穩(wěn)定性也較好，因而得到了廣泛的應(yīng)用。

火電廠頻繁的調(diào)峰任務(wù)使高壓電機(jī)的啟停次數(shù)增加，在啟動過程中因受沖擊而造成過熱、絕緣損壞以至燒壞電機(jī)的情況逐年增加，嚴(yán)重影響電動機(jī)的機(jī)械壽命；另一方面，采用調(diào)整擋板、閥門的開度或空放回流的辦法進(jìn)行輸出量的調(diào)節(jié)，導(dǎo)致輔機(jī)和驅(qū)動電動機(jī)長期運(yùn)行在低效率工作區(qū)，造成大量節(jié)流損失，能源浪費(fèi)嚴(yán)重。為降低廠用電率，對發(fā)電廠機(jī)組進(jìn)行高壓變頻技術(shù)改造的更是非常的普遍。

本文以發(fā)電廠用的高壓變頻系統(tǒng)為例，談?wù)劯邏弘妱訖C(jī)變頻運(yùn)行方式下保護(hù)問題。

對于高壓變頻電動機(jī)的保護(hù)措施，分為兩個(gè)層面的：一是變頻器自帶的保護(hù)功能，二是綜合的保護(hù)措施。

2 變頻器一般都帶有常規(guī)的保護(hù)功能

變頻器生產(chǎn)廠家較多，且每個(gè)廠家的型號不同，造成不同的變頻器在保護(hù)配置上有一些區(qū)別。一般來說，每種變頻器都有以下幾種保護(hù)功能：過流保護(hù)、欠壓保護(hù)、過壓保護(hù)和過載保護(hù)。

2.1 過流保護(hù)

變頻器過流保護(hù)的對象主是變頻器自身。控制電路、驅(qū)動回路誤動作或誤配線，都會造成逆變器上、下橋臂直通等短路事故。短路電流流過逆變器的開關(guān)元件會造成元件燒毀，因此必須在極短時(shí)間內(nèi)封鎖PWM驅(qū)動信號輸出，使逆變器停止工作，同時(shí)還應(yīng)使輸入側(cè)電源開關(guān)跳閘。短路電流的整定值一般設(shè)置為逆變器輸出額定電流的2到3倍。超過逆變器額定電流2倍以上的電流，應(yīng)立即采取保護(hù)措施。當(dāng)逆變器發(fā)生內(nèi)部短路時(shí)，電流變化非?？?，必須快速檢測出過流信號。一般采用霍爾元件快速檢測電流，其檢測點(diǎn)可設(shè)置在中間直流母線、逆變器輸出電路、或IGBT元件上。

2.2 過載保護(hù)

變頻器的過載保護(hù)是指由于電動機(jī)過載，逆變器的電流達(dá)到逆變器額定輸出電流150%以上時(shí)，采取相應(yīng)措施對IGBT施加的保護(hù)。一般情況下，過載保護(hù)具有反時(shí)限特性。過載電流越大，允許繼續(xù)運(yùn)行的時(shí)間越短，保護(hù)動作的時(shí)間也越短。過載保護(hù)按反時(shí)限特性整定：1到1.1倍額定電流下允許長期工作：1.1倍以上額定電流，動作延時(shí)時(shí)間按反比例變化。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。另外，電動機(jī)根據(jù)其發(fā)熱情況是允許短時(shí)間過載的。由于發(fā)熱時(shí)間常數(shù)較長，所以，電動機(jī)的所謂短時(shí)間過載，一般都在數(shù)分鐘以上：而變頻器所允許的過載能力，通常只有1分鐘（過載150%）。因此當(dāng)電動機(jī)過載時(shí)，變頻器的過載保護(hù)先于電動機(jī)過載保護(hù)動作，即變頻器可以對過載電動機(jī)進(jìn)行保護(hù)，因此改造后不再考慮電動機(jī)的過載保護(hù)功能。

2.3 過壓保護(hù)

過電壓產(chǎn)生的原因主要有：①電網(wǎng)輸入電壓長時(shí)間過高；②減速太快，引起泵升電壓過高。當(dāng)電壓超過IGBT的安全工作電壓時(shí)，就可能造成IGBT的損壞，應(yīng)關(guān)閉逆變器。過壓信號采樣點(diǎn)與欠壓采樣點(diǎn)相同。過電壓保護(hù)的整定值為逆變器開關(guān)元件IGBT值1．7倍左右。

2.4 欠壓保護(hù)

欠壓產(chǎn)生的原因主要有：①輸入交流電壓長期低于標(biāo)準(zhǔn)值的90%以下，或發(fā)生缺相斷相；②電容不足或電容損壞。從IGBT的特性可知，當(dāng)電源電壓較低時(shí)，會因其驅(qū)動功率不足而造成元件損壞。另外，當(dāng)逆變器直流側(cè)大電容兩端出現(xiàn)欠壓時(shí)，也應(yīng)立即關(guān)閉逆變器，否則也會導(dǎo)致IGBT永久損壞。欠壓保護(hù)整定值為逆變器開關(guān)元件IGBT值的90%。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)。由于該電容具有一定的儲能作用，因此變頻器在電壓降低情況下仍然具備一定的帶載能力，而且在裝置內(nèi)濾波電容越大、負(fù)荷運(yùn)行頻率越低、輸出功率越小，則可維持的時(shí)間越長。所以，欠壓檢測應(yīng)該采用中間直流采樣，即在大電容兩端采樣。這樣既能在真正欠壓缺相時(shí)，檢出信號進(jìn)行保護(hù)，又不至于因短時(shí)間欠壓并未構(gòu)成危險(xiǎn)時(shí)而保護(hù)誤動作，提高了變頻器的抗干擾能力和運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性。

3 對于高壓電機(jī)必須采用綜合保護(hù)措施

對于低壓電機(jī)而言，使用變頻器自身的保護(hù)一般就夠用了，可是對于高壓電機(jī)和系統(tǒng)而言，安裝綜合保護(hù)是必須的。

3.1 變頻器出現(xiàn)嚴(yán)重故障時(shí)，工頻旁路可以使機(jī)組不停機(jī)

高壓變頻系統(tǒng)通常由6KV電源進(jìn)線開關(guān)、移相變壓器、高壓變頻器、6KV輸出接觸器和電動機(jī)構(gòu)成。雖然火電廠重要輔機(jī)采用高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)能節(jié)能降耗、實(shí)現(xiàn)軟啟動和減少磨損，但對于發(fā)電廠而言，設(shè)備運(yùn)行的可靠性是絕對第一位的，高壓變頻器節(jié)能降耗所產(chǎn)生的效益與因廠用輔機(jī)故障停機(jī)而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組減負(fù)荷甚至非正常停機(jī)、鍋爐熄火等事故所造成的損失是無法相提并論的。所以作為一種萬全措施，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(yán)重故障或正常情況下例行檢修維護(hù)時(shí)，通過旁路斷路器，電動機(jī)可以直接掛在電網(wǎng)上運(yùn)行，不影響機(jī)組的正常發(fā)電。

（1）高壓電動機(jī)工頻旁路的實(shí)現(xiàn)

高壓電動機(jī)工頻旁路原理是在變頻器輸入側(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。如下圖

當(dāng)電機(jī)功率較大(一般100kW以上)，尤其是高壓變頻器切換時(shí)，切換過程不僅要求變頻器輸出的電壓和頻率與電網(wǎng)一致，而且兩者的相位也必須相同。如果相位相差較大，會造成對電網(wǎng)和變頻器雙方的沖擊，不僅達(dá)不到軟啟動的效果，還會影響電網(wǎng)上其他設(shè)備的正常工作并損壞變頻器。同步切換是指在檢測電壓的幅值、頻率和相位后，控制高壓變頻器輸出同頻、同相、幅值可控的電壓，實(shí)現(xiàn)變頻器與電網(wǎng)之間相互平穩(wěn)切換的方式。

發(fā)電廠中使用的各種電機(jī)容量較大，而且許多風(fēng)機(jī)、水泵在生產(chǎn)過程中是不允許停機(jī)的，一旦發(fā)生故障會造成嚴(yán)重后果，所以在切換時(shí)多采用同步切換方式。

（2）高壓電動機(jī)在工頻方式下的保護(hù)配置方案

另外要注意當(dāng)切換供電方式時(shí)，保護(hù)裝置也要及時(shí)地切換保護(hù)配置和整定值選取。例如，假設(shè)變頻供電時(shí)保護(hù)裝置使用采樣值差動保護(hù)，當(dāng)切換到工頻供電時(shí)，保護(hù)裝置也需要停止采樣值差動保護(hù)的運(yùn)算，而將此采樣電流值投入到工頻供電時(shí)的常規(guī)電流差動保護(hù)的運(yùn)算中。工頻運(yùn)行方式下，電動機(jī)的故障形式主要分為繞組損壞和軸承損壞兩方面。由于電動機(jī)的微機(jī)保護(hù)主要通過測量電量(電流、電壓以及開關(guān)狀態(tài)等)來監(jiān)測電動機(jī)的運(yùn)行狀況，因此面對的主要是繞組故障，繞組保護(hù)有：電流速斷保護(hù)和縱聯(lián)差動保護(hù)、零序電流保護(hù)、低電壓保護(hù)、溫度保護(hù)、過電流保護(hù)、長啟動保護(hù)等實(shí)現(xiàn)電動機(jī)綜合保護(hù)。

3.2 變頻方式下電動機(jī)保護(hù)

（1）變頻方式下電動機(jī)保護(hù)面臨的問題

變頻運(yùn)行方式下電動機(jī)運(yùn)行有以下幾個(gè)方面區(qū)別于工頻：

采用變頻裝置后，電動機(jī)實(shí)現(xiàn)了軟啟動，啟動電流從零開始平滑上升，啟動電流顯著減小，只有額定電流的1.2～1.5倍（工頻可達(dá)5倍左右） ，電動機(jī)可以在較小的電流下實(shí)現(xiàn)加速、減速，發(fā)熱較小。但是，同時(shí)啟動時(shí)間卻有所延長。這對按照躲過啟動電流整定的保護(hù)和按啟動時(shí)間整定的保護(hù)會帶來一定的影響。

目前主流的高壓變頻器為電壓型，而電壓型高壓變頻器一般都裝設(shè)有移相變壓器。在高壓變頻器、 電動機(jī)組啟動瞬間，根據(jù)實(shí)驗(yàn)實(shí)測，移相變壓器將會產(chǎn)生5-7倍勵(lì)磁涌流。

變頻器輸出側(cè)頻率將根據(jù)現(xiàn)場運(yùn)行情況不斷調(diào)整和變化，輸出側(cè)電流的頻率可在0.2～400Hz內(nèi)變化 ，同時(shí)變頻器輸出側(cè)電流存在一定諧波分量，尤其當(dāng)電動機(jī)在低頻段工作時(shí)，諧波分量更高。由于諧波電流的影響，電動機(jī)的發(fā)熱量較工頻運(yùn)行方式下有所增加，這對電動機(jī)的溫度保護(hù)會產(chǎn)生一定的影響。

對于變頻調(diào)速系統(tǒng)，由于附加了變頻器裝置，變頻器的輸入電流和輸出電流在頻率和相位上沒有必然的聯(lián)系。這是影響電動機(jī)繼續(xù)使用相量差動保護(hù)的最大障礙；電動機(jī)相量差動保護(hù)的工作原理是基于比較電動機(jī)兩端電流的大小與相位的。然而變頻器輸入輸出側(cè)的電流在相位上不一致，在工頻運(yùn)行方式下的差動保護(hù)中，即使電動機(jī)在正常工作情況下也會有相當(dāng)數(shù)量的差流出現(xiàn)。但是，對于電動機(jī)的輸入和輸出電流，它們的頻率和相位是一致的，因此可以考慮對電動機(jī)單獨(dú)進(jìn)行差動保護(hù)，差動保護(hù)所需電流取自電動機(jī)的輸入側(cè)和輸出側(cè)。

綜合以上各方面可知，變頻方式下電動機(jī)保護(hù)的裝設(shè)位置、配置形式等都會不同于工頻運(yùn)行方式。

（2）變頻方式下電動機(jī)應(yīng)設(shè)置如下綜合保護(hù)措施

當(dāng)前，我國變頻電機(jī)保護(hù)的配置方案通常是：根據(jù)高壓電機(jī)的容量、用途和負(fù)荷特性，選擇差動保護(hù)或電流速斷保護(hù)作為主保護(hù)，以長啟動保護(hù)、低電壓保護(hù)、過電流保護(hù)、接地保護(hù)等保護(hù)作為后備保護(hù)。

因高壓變頻器輸出電流的頻率會根據(jù)實(shí)際運(yùn)行需要不斷調(diào)整。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(zhǔn)確的電流值。因此，電流速斷保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、過電流保護(hù)等保護(hù)所需的電流應(yīng)取自變頻器輸入側(cè)。類似于工頻方式下電動機(jī)的保護(hù)配置，對于三相異步電動機(jī)，應(yīng)裝設(shè)電動機(jī)綜合保護(hù)測控裝置，電動機(jī)綜合保護(hù)測控裝置裝設(shè)在母線出口斷路器QF的開關(guān)柜中；對于大型(2MW及以上，或主保護(hù)靈敏度校驗(yàn)不合格)三相異步電動機(jī)，還應(yīng)裝設(shè)電動機(jī)差動保護(hù)裝置。

①長啟動保護(hù)：根據(jù)前面分析，電動機(jī)在變頻運(yùn)行方式下，啟動時(shí)間應(yīng)適當(dāng)延長。 實(shí)測的電動機(jī)啟動時(shí)間tqd是指當(dāng)電動機(jī)的最大相電流從零突變到0.1Ie時(shí)開始計(jì)時(shí)，直到啟動電流過峰值后下降到 1.2Ie的時(shí)間。取電機(jī)啟動的前1.2tqd時(shí)間作為觀測時(shí)間段，如果 Imax<1.125Ie，則電動機(jī)正常啟動，長啟動保護(hù)不動作；否則，說明電動機(jī)未能正常啟動，長啟動保護(hù)動作。

②電流速斷保護(hù)：對于高壓來講，電流速斷保護(hù)用以作電機(jī)的相間短路保護(hù)，多數(shù)為瞬時(shí)動作。采用變頻器供電后，啟動時(shí)基本沒有沖擊，最大啟動電流僅略高于電動機(jī)的額定電流。出口的沖擊電流主要是高壓變頻器投入時(shí)，移相變壓器的空載合閘時(shí)的勵(lì)磁沖擊電流。高壓變頻器中移相變壓器的低壓側(cè)直接帶功率單元，功率單元中含有大容量電容，移相變壓器帶功率單元合閘時(shí)，勵(lì)磁涌流將比空載投入時(shí)小，且移相變壓器采用的特殊結(jié)構(gòu)大大抑制了勵(lì)磁涌流。變頻器高壓充電時(shí)，移相變壓器勵(lì)磁涌流還是可以達(dá)到變壓器額定電流的5～6倍，有時(shí)更大一點(diǎn)，在4個(gè)周波內(nèi)電流降至額定電流左右。

正因?yàn)殡娏魉贁啾Ｗo(hù)整定值往往較大，所以運(yùn)行時(shí)靈敏度不太理想。為此，國內(nèi)的一些廠家將電流速斷動作電流在電動機(jī)啟動過程和運(yùn)行過程按不同的方式整定：在規(guī)定的啟動時(shí)問內(nèi)取高整定值，以躲開大的啟動電流；啟動結(jié)束后取低整定值，此時(shí)只需考慮躲開正常運(yùn)行時(shí)最大的負(fù)荷電流，這樣既可以避開電動機(jī)啟動開始瞬間的暫態(tài)峰值電流，又提高了電流速斷保護(hù)在正常運(yùn)行狀態(tài)下的靈敏度，金智WDZ-400EX系列微機(jī)廠用電綜臺保護(hù)制控裝置年和南自凌伊的DGR2342電動機(jī)綜合保護(hù)測控裝置都是這種原理的產(chǎn)品。

③采樣值差動保護(hù)：常規(guī)電流差動保護(hù)，差動量和制動量反應(yīng)的是電流的有效值或平均值，再通過數(shù)字濾波等辦法消除非周期分量和諧波影響。但在故障時(shí)，一個(gè)周期內(nèi)開始采樣值中含較高的非基波分量，則將影響計(jì)算的準(zhǔn)確性，如果為保證動作的可靠，延長周期時(shí)間，則不能保證動作的速度。

采樣值差動保護(hù)對每一個(gè)時(shí)刻的采樣值進(jìn)行差動判別，在連續(xù)R次判別中如有S次滿足判據(jù)，則輸出動作信號。在遇到一個(gè)甚至幾個(gè)壞數(shù)據(jù)時(shí)，只要壞數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)小于S，保護(hù)均不會誤判。從CT特性看，即使CT飽和比較嚴(yán)重，在過零點(diǎn)附近也會有一段線性傳變區(qū)，只要合理地選擇S、R值，就可保證外部故障時(shí)滿足動作判據(jù)的點(diǎn)數(shù)不足S點(diǎn)。因此，采樣值差動保護(hù)動作的可靠性將高于有效值差動保護(hù)。此外，采樣值差動保護(hù)最快動作時(shí)間為故障后的S個(gè)采樣點(diǎn)發(fā)跳閘指令，S的取值小于一個(gè)周波采樣點(diǎn)數(shù)，所以其動作速度一般快于常規(guī)相量差動保護(hù)。

在實(shí)際運(yùn)用中，S、R的取值除滿足上述基本條件外，還應(yīng)根據(jù)被保護(hù)對象的特點(diǎn)進(jìn)行選取。對于母線和短輸電線保護(hù)，其CT飽和問題比較突出，而對于變壓器保護(hù)，空投時(shí)的勵(lì)磁涌流則是應(yīng)重點(diǎn)考慮的。一般的取法有：N=12時(shí)，對于母線保護(hù)，可取S=4，R=6；對于短輸電線保護(hù)，可取S=6，R=8；對于變壓器保護(hù)，可取S=8，R=10。N=20時(shí)，對于短輸電線保護(hù)，可取S=12，R=14；對于變壓器保護(hù),可取S=13，R=16。

另外，應(yīng)用了變頻器，不光是產(chǎn)生了諧波電流，而且變頻器的輸入和輸出電流在相位上沒有必然的聯(lián)系，所以不能將其納入差動保護(hù)的范圍，而是在電機(jī)的輸入和輸出兩側(cè)。

和相量差動保護(hù)一樣，采樣值差動保護(hù)的判據(jù)一般由折線式制動特性曲線構(gòu)成，以二段折線為例，動作特性如下圖所示。采樣值的動作判據(jù)一般為：式中K為采樣時(shí)刻，imin為最小動作電流，K為制動系數(shù)，為差動電流（以流入電動機(jī)方向?yàn)檎?，izd(k)為制動電流。

imin為保證動作的準(zhǔn)確性，通常采用重復(fù)多判別方法，即在連續(xù)R次采樣中判別中如有S次及以上符合動作判據(jù)，則輸出動作信號。

④低壓保護(hù)：當(dāng)供電網(wǎng)絡(luò)電壓降低時(shí)，異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速都要下降，而當(dāng)供電母線電壓又恢復(fù)時(shí)，大量電動機(jī)自啟動，吸收較其額定電流大好幾倍的起動電 流，致使電壓恢復(fù)時(shí)間拖長。為防止電動機(jī)自起支時(shí)使電網(wǎng)電壓長時(shí)間嚴(yán)重降低，通常要在次要電動機(jī)上裝設(shè)低電壓保護(hù)，當(dāng)供電母線電壓降低到一定值時(shí)，延時(shí)將次要電動機(jī)切除，使供電母線有足夠的電壓，以保證重要電動機(jī)自啟動。低電壓保護(hù)的動作時(shí)限分為兩級：一級是為保證重要電動機(jī)的自動起動，在其他不重要的電機(jī)上設(shè)0.5到1秒的低電壓保護(hù)，動作于斷路器跳閘；另一級是當(dāng)電源電壓長時(shí)間降低或消失時(shí)，為了人身和設(shè)備安全等，在不允許自動重起的電動機(jī)上，設(shè)低電壓保護(hù)，經(jīng)5到10秒，動作于斷路器跳閘。

對于重要輔機(jī)，為確保在母線電動機(jī)成組自啟動時(shí)能夠持續(xù)運(yùn)行，低電壓動作定值一般不大于65%Un ,對電壓源型變頻器而言，它有大容量的高壓電容器作為整流濾波環(huán)節(jié)，由于該電容具有一定的儲能作用，因此變頻器在電壓降低情況下仍然具備一定的帶載能力，所以對于功率不太大的電機(jī)，保護(hù)動作時(shí)間的設(shè)置應(yīng)該比工頻運(yùn)行時(shí)長，這樣才能保證在系統(tǒng)外部故障導(dǎo)致瞬時(shí)暫態(tài)欠壓時(shí)電動機(jī)不會造成跳閘停機(jī)。在動作電流的整定上可以等同于工頻運(yùn)行方式下；而在動作時(shí)間上應(yīng)有適當(dāng)?shù)难訒r(shí)。對于有中間煤倉制粉系統(tǒng)的磨煤機(jī)和灰渣泵、灰漿泵、碎煤機(jī)等的電動機(jī)，低電壓保護(hù)的動作電壓為：

動作時(shí)限為1.5秒。

對于具有自動投入備用機(jī)械的給水泵和凝結(jié)水泵以及循環(huán)水泵的電動機(jī)、送風(fēng)機(jī)和直吹爐制粉系統(tǒng)磨煤機(jī)的電動機(jī)，低電壓保護(hù)的動作電壓為：

動作時(shí)限為lO秒。

⑤過電流保護(hù)：當(dāng)變頻器的輸出側(cè)發(fā)生短路或電動機(jī)堵轉(zhuǎn)、輸出側(cè)電容超過限定值、或變頻器加減速參數(shù)設(shè)置不合理時(shí)，變頻器都將出現(xiàn)過電流，造成損壞。為了防止過電流，應(yīng)設(shè)置過電流保護(hù)。變頻器的過電流保護(hù)，可以參考電機(jī)的過電流繼電保護(hù)算法，按躲過保護(hù)安裝處的最大負(fù)載電流來整定。但變頻器過載能力很差，不能按照電機(jī)的啟動時(shí)間來整定，應(yīng)該只按照移相變壓器的過電流時(shí)間來整定，是一個(gè)反時(shí)限曲線：即電流超過越多則產(chǎn)生保護(hù)時(shí)間越短，電流超過越少，產(chǎn)生保護(hù)需要的時(shí)間越長。

⑥接地保護(hù)：電動機(jī)的單相接地是較為常見的故障，但由于高壓變頻器主流的是電壓型，均有移相變壓器，將電動機(jī)與系統(tǒng)電網(wǎng)隔離，在變頻器輸出電纜或電動機(jī)發(fā)生單相接地短路時(shí)對廠用電母線系統(tǒng)側(cè)基本沒有多大影響，再加之變頻器與電動機(jī)間電纜短，電容電流小。使用傳統(tǒng)的零序 CT方法來檢測電動機(jī)或電纜單相接地故障變得非常困難，所以在使用變頻器后，電動機(jī)一般沒有配置接地保護(hù)。

不過電機(jī)繞組單相接地后易導(dǎo)致絕緣損壞，對火電廠的重要風(fēng)機(jī)和水泵電動機(jī)，極有可能擴(kuò)大為相間短路時(shí)，可能造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)和社會影響。

故單機(jī)容量在300MW及以上機(jī)組的高壓廠用系統(tǒng)，為保證單相接地時(shí)零序過電流保護(hù)同時(shí)滿足選擇性和靈敏性的要求，既防止誤動，又防止不動。采用變壓器中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式，可以實(shí)現(xiàn)接地保護(hù)。

由于零序保護(hù)采樣電阻遠(yuǎn)大于中性點(diǎn)接地電阻，并聯(lián)后阻值接近于接地電阻，正常運(yùn)行中的共模電流不易造成接地保護(hù)的誤動作。其接地電阻遵循各級零序過電流保護(hù)，既有選擇性又有足夠的靈敏度，同時(shí)單相接地電流在短時(shí)間（通常在0～1秒時(shí)間）內(nèi)不致加重一次設(shè)備破壞程度的原則?；静粫又亟拥囟搪伏c(diǎn)的損壞程度。發(fā)生單相接地時(shí)，接地電壓隨著輸出頻率的變化而變化。如果通過對中性點(diǎn)接地采樣電阻壓降或接地電流進(jìn)行采樣以判斷是否接地，保護(hù)有死區(qū)。輸出頻率較低時(shí)，特別是在0到變頻器最低頻率圍間，接地保護(hù)有可能無法動作。不能實(shí)現(xiàn)全工況下從變頻器中性點(diǎn)到電機(jī)定子繞組百分之百范圍內(nèi)的接地故障保護(hù)。

為實(shí)現(xiàn)接地保護(hù)除了以上方法，還可以考慮變頻系統(tǒng)發(fā)生單相接地后，輸出電壓、電流等電氣參數(shù)也將有相應(yīng)的變化，通過合理地設(shè)計(jì)也可以檢測出單相接地的發(fā)生。

⑦溫升保護(hù)：電動機(jī)變頻運(yùn)行方式下，由于諧波影響，發(fā)熱多于工頻方式，電機(jī)溫度升高，縮短了使用壽命。因此，只有利用移相變壓器，通常一次側(cè)為Y接，二次側(cè)為三角接法；通過二次側(cè)三角形的延邊差異實(shí)現(xiàn)移相，以減少變頻器的輸入諧波，使這種情況可以得到改善。

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2011-06-03

牟明朗，男，四川工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，碩士，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)應(yīng)用及自動控制；李偉，男，四川工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，研究方向?yàn)閿?shù)控技術(shù)應(yīng)用及自動控制；羅明鳳，女，四川工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，碩士，研究方向?yàn)樽詣涌刂萍半娮有畔ⅰ?/p>