差動保護在高壓變頻器中的應用

王 奧（中國電建集團核電工程有限公司，山東 濟南 250000）

0 引 言

現階段，節能技術已全面融入電廠各運行階段。若仍沿用常規模式開展差動保護，則僅能適應電廠現有的工頻電機。而對于調速范圍較寬的變頻電機，傳統保護模式會呈現多種多樣的弊病。因此，電廠亟需改造原有的繼電保護裝置，并采取綜合性手段與方式提升高壓電動機穩定性。

1 高壓變頻器差動保護的基本原理

當前，部分電廠取消差動保護，僅對高壓電機實施電流速斷保護[1]，導致系統僅能依賴敏銳度較差的主保護，難以做到全方位的變頻系統保護。基于此，電廠應在電動機中性點與開關柜處分設電流互感器，實現兩側的差動保護。

在實際運作中，兩側差動保護的實施會干擾正常的變頻運行，出現電流幅值與電流相位差異較大的現象[2]。在特殊情形下，處于常規狀態下的變頻系統仍會呈現較大幅度的電流差異，或呈現保護誤動的狀態。受低頻運行影響，某些變頻器頻繁表現為CT飽和狀態，或呈現大比例的測量電流差異性。因此，對現有的變頻系統亟待增設必要的差動保護作為輔助。

在實施差動保護的全方位改造時，應將工頻電機的通用差動保護裝置妥善安裝于合適的部位[3]。具體而言，技術人員采用傅里葉變換措施處理其中的數字信號，實現全過程的微機保護操控。傅里葉變換涉及對諧波分量的整數次計算，需建立在得出基波頻率的前提下。同時，運用低通濾波器可以靈活操控其中的微機保護裝置，將其基波頻率控制在50 Hz左右。上述頻率變換的幅度并沒有超出變頻器規范，且偏差度較大。因此，當前較流行的工頻差動保護并不能適用傳統模式的保護手段，從側面突顯出差動保護的價值與意義[4]。

2 差動保護具備的技術優勢

相較于其他保護模式，差動保護具有獨有的技術優勢。傳統保護模式已不適用于當前各種類型的高壓變頻器，而應針對變頻器運行涉及到的兩側CT，運用差動保護使其平衡。在開展全方位的保護改造時，應更注重CT安裝位置的差異性，以此為切入點開展相應的改進與優化。

2.1 統一兩側的電源頻率

在改造現有高壓變頻器時，應將電動機中性點視作改造要點。同時，對于相匹配的變頻器輸出端也要予以差動保護的相關處理。在實現上述改進的基礎下，便可有序統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中。此外，對處在波動狀態的電源頻率也要予以實時性監控，從而全面明晰工頻CT在各時間段表現出的波動趨勢。近年來，技術人員還可靈活運用暫態分析軟件與其他先進軟件，憑借信息化手段開展仿真測試[5]。

在開展仿真具體操作時，應將同等強度的電流幅值施加于兩端。受不同頻率的影響，通過實測獲得的系統波形與CT測量波形并非完全一致，仍需對此實施進一步優化。觀察得知，在電流強度相同的狀態下，CT飽和的速度取決于降低頻率的幅度。在飽和度增加時，與之有關的二次電流也會呈現出明顯的差異性。技術人員一旦察覺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，再次對其開展相應測試。

因此可見，系統如果呈現低頻不飽和趨勢，則整體符合相應的誤差曲線，系統運行誤差不會超出10%。若涉及到額定的5 Hz頻率電流，則可確保其符合現階段變頻差動保護的各項基本需求。在某些特殊情形下，受不同電源頻率引發的差異性影響，技術人員在特定時間段記錄下的差動波形也有所不同。經由實測得知，高壓變頻系統現有的二次變頻電流決定著電流互感器當前能夠達到的整體運行效能，在具體涉及到差動保護時，運用此項技術措施可保證一致的電流傳變特性與差動保護特性[6]。

2.2 避免采樣值與相量的波動

微機差動保護可分成采樣值與相量兩種差動模式。

（1）相量差動的關鍵在于針對流出系統與流入系統開展精確的運算，并依照采樣點具備的周期波動特性全面得出數據差異性。在多數情況下，若變頻電機改變現存頻率，則與之有關的相量數據也會呈現出相應的波動，難以獲取精準度較高的實測信息。由此可見，若未對變頻電機開展相應的保護處理，其會呈現某些異常性波動。

（2）采用采樣值的差動運算方式，可以省略周波相量值的運算。在此基礎上，依照輸出電流與輸入電流達到最佳平衡性的宗旨與原則，可以實現針對系統內各采樣點的精準運算[7]。例如，在某些情形下，如設計了多個采樣點且確保其符合連續性特征，則需憑借設定值的方式判斷是否應開展差動保護，同時還要關注直流分量與系統諧波是否存在。

受變頻供電影響，如在現有系統中加入電子電力元件，會顯著增大原有諧波，引發較大的采樣幅值偏差。對于現有的變頻系統，可運用HHT方式對能量較大的相位信息與幅值分量開展精確的選取，并將其作為主要的系統信號頻率。

3 具體技術運用方案

差動保護是高壓變頻器順利運行的根本保障。近年來，多數電廠著眼于改造現有的引風機等設施，達成優化電廠各項設施，提升綜合保護性能的目的。運用改進后的差動保護舉措，可全面消除變頻系統表現出的隱患，顯著優化大容量電機及其他設施具備的運行效能[8]。

3.1 優化配置變頻保護裝置

針對運行年限較長的高壓變頻裝置，電廠有必要將其納入現有的改造范圍，因地制宜實現全方位的配置方案優化。在具體優化保護裝置的各項配置時，應注重保留原有的綜合性常規保護裝置，確保變頻器安裝在相應的位置上，同時應當妥善消除現存的電動機保護，將新增的差動保護安排在后端的變頻器部位。

此外，對后備性的變頻保護體系也應做到合理的健全與完善，其中涉及過流保護、速斷保護與過熱負荷保護[9]。電動機如表現為故障狀態，需立即對其開展全面檢測。在保留開關柜原有工頻的同時，應對其中的電流互感器實施適度改造。綜合性運用后備保護與變頻差動保護，有助于維持電動機在各時間段的順利運轉。

3.2 妥善安裝保護裝置

在實際運行中，應在旁路柜的變頻器中適當增加機端裝置，或在輸出側對其進行妥善的連接處理。通過開展上述變頻安裝改造，順利替換中性點側原有的電流互感器，將工頻互感裝置更換為變頻差動的新增裝置，進而實現工頻互感器的妥善拆除處理[10]。

4 結 論

通過將差動保護裝置妥善安裝于電廠引風機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信號的產生。同時，運用差動保護可實現對處于不同頻率狀態的變頻器的全面保護，進而優化差動保護的實效性。在實際應用中，電廠與相關部門應密切關注大容量電機在整個變頻系統中起到的關鍵性作用，依照因地制宜的基本宗旨健全現有的變頻保護性能。