高压变频器对电动机继电保护的影响及解决措施

高压变频器对电动机继电保护的影响及

解决措施

摘要：目前，随着国内发电环境竞争日益激烈，发电企业需要降低厂用电率，提高机组经济性。随着科学技术的发展，高压变频技术越来越成熟。为了节能、

降耗、降低发电成本，高压电机变频调速得到了广泛应用。应用该变频器后，传

统的电动机保护装置无法满足差动保护和后备保护的相关要求。在高压变频器的

实际运行中，由于保护配置问题，导致故障扩大的事故时有发生。因此，目前越

来越多的高压电机变频调速技术应用于各电厂，因此有必要对高压电机变频后的

继电保护配置和策略进行研究。

关键词：高压变频器；电动机；继电保护；影响；解决措施

引言

变频技术是当前企业发展节能降耗的主要技术体系，尤其是在当前的工业生

产领域，变频技术的使用，可以为生产体系的节能优化奠定基础。当前，部分生

产企业采取高压电动机变频调速技术来实现电动机系统的性能调控。但是结合实

际情况来看，在增加了变频器之后，原有的高压电动机常规保护装置，整体性能

下降且无法提供全过程保护服务，因此越来越多的企业落实变频调速技术的创新，致力于增强电动机继电保护质量，确保可以为企业生产线的高质量创新奠定良好

基础。

1高压电机继电保护的重要意义

在电力系统运行过程中，可能会出现各种异常工作状态和各种故障，导致电

压和频率突然升高和降低或电流突然增大，还会导致电流和电压之间的相角发生

相应的变化，这不仅会对电网的正常运行造成很大的破坏，还会影响用户用电设

备的正常运行。电机作为现代工农业中的重要生产设备，在许多机械设备中被用

作动力源。电动机的各种异常工况和故障都可以准确地反映在继电保护装置中，

因此可以帮助人们缩小事故范围，有效地预防事故的发生。继电保护装置作为高

压电机的重要组成部分，能够有效地保护高压电机的正常运行。为了防止故障造

成电机损坏，必须选择合理的继电保护方式。高压电动机采用的主要机电保护方

式有:欠压保护、单相接地保护、过载保护、差动保护和电流速断保护。

2使用高压变频器后电动机保护的新问题

2.1应用变频器后电动机保护的问题

给电机加装变频器的方法有很多。目前常用的方法是在功率和频率之间切换。相关的控制设计方案如下。拖拽手动模式是手动旁路的典型方案。在该方案中，

使用QS1、QS2和QS3的高压隔离开关和电动机M。QS1是变频器的入口隔离开关，QS2是变频器的出口隔离开关，QS3是变频器的旁路隔离开关，QF是电源开关。

为了防止工频和变频运行方式的冲突，因此，后两种高压隔离开关必须具有一定

的机械联锁逻辑功能，不能同时闭合。在变频操作期间，高压变频开关3断开，

并且前两个闭合。在工频模式下，前两个关闭，第三个关闭。功能:在检修变频

器的过程中，为了保证检修人员的人身安全，需要设置一定的断电点，也可以手

动进行切换操作。变频器在设置过程中，一般是串联在电路中，正常模式下采用

变频电路，前两个高压开关闭合，第三个断开，工频模式下采用工频启动模式。

相应的变频器采用一定占空比的变频功率单元串联方式进行高压输出。变频器不

会造成明显的谐波污染，输入功率因数高，不会产生与谐波相关的额外发热问题，能有效消除噪音。在运行过程中，不需要增加输出滤波器，也不需要更换电机，

便于进行变频控制。配置:当电机处于工频运行工况时，常规高压电机保护能满

足电机运行时保护配置的要求；当电机处于工频模式时，变频器安装在电机和保

护装置中，使得变频器的输入和输出电流在频率和相位方面没有相关性。如果这

样选择常规高压电机的保护配置，可能无法实现保护功能。因此，在这种情况下，逆变器可以不纳入差动保护，但电机可以单独保护。一般差动保护的范围设置如下:差动保护开头的电流互感器不能安装在电源开关侧，变压器设置在电动机的

中性点侧。在工频模式下，逆变器的输出频率最高可达100 Hz。相应的调频工作

范围约为15~50Hz。而应用频率较高的微机保护装置主要选择50Hz的固定频率进

行采样。在这种情况下，需要考虑如何使微机保护装置在较宽的频率范围内进行

变频保护。此外，还需要考虑逆变器电源输出侧的变压器的安装，电机运行速度

的测量也需要考虑。

2.2电动机保护配置的要求

高压异步电动机应配备纵向差动保护。对于MVA为6.3及以上的变压器，应

装设这种保护，以保护绕组内和出线上的相间短路故障；保护装置应采用三相三

继电器连接，以瞬时跳闸变压器各侧的断路器。当变压器高压侧无断路器时，应

作用于发电机-变压器组总出口继电器，使各侧断路器和灭磁开关跳闸。电流速

断保护灵敏度在2MVA及以上不满足要求的变压器也应装设该保护。目前火力发

电厂高压电动机的设计至少应按照上述规定配备继电保护。电动机一般采用微机

综合保护装置，保护装置安装在电动机的6kV开关柜内。差动保护电流取自6kV

开关柜和电动机中性点侧电流互感器。

3电动机继电保护优化方案

3.1变频差动保护原理

装置的宽频运行采用实时测频、实时频率跟踪和实时电流互感器补偿的方法，实现了变频条件下引风机的差动保护。该装置采用电压和电流相结合的频率测量

方式。当电压无法接入装置外电路时，此时采用电流频率测量。同时，软件过零

测频算法和实时频率跟踪相结合是该装置测频的主要方法。在此基础上，采用自

动补幅功能，主要考虑不同频率下幅频特性的不一致，从而保证装置在不同范围

内可靠的采样精度，进一步实现装置的正确可靠动作。

3.2机电保护方案的改造

采用了变频调速器之后，整体的发电机运行工况为变频工况，在这样的环境下，需要改造原有的机电保护方案，才能够实现差动保护。首先在引风机的断路

器出线侧、变频器出线侧、电动机中性点，设置了三个电流互感器，分别为CT1，CT2，CT3，具体的结构见图1。这其中CT1和CT2能够打造电动机工频状态下的

差动保护体系，CT2和CT3可以打造变频状态下的差动保护体系。