专利名称：一种高压变频器拖动电动机方式下电动机差动保护方法
技术领域：
本发明属于电动机差动保护的技术领域，是一种应用于电厂及各类工矿企业的 高压变频器(一般为6kV或IOkV)拖动电动机运行方式下，电动机差动保护装置的实现 方法，为一种高压变频器拖动电动机方式下的电动机差动保护装置及其保护方法。
背景技术：
现有相关规程规定，超过2000kW的电动机必须配置差动保护，差动保护的电流 互感器CT安装在机端侧和中性点侧，以保证电动机保护的可靠性和灵敏度。现有的电动 机差动保护主要设计原则为1.根据电动机母线侧电流和中性侧电流构成电流差动保护。2.电动机电流采样按照固定50Hz工频采样，对采样数据利用傅里叶算法进行各 种计算。现有的电动机差动保护装置未考虑高压变频器拖动电动机运行方式下差异，主 要为电动机母线侧电流为50Hz工频电流，电动机中性侧电流为变频器输出电流，频 率为变频器输出频率；两个不同频率之间的电流无法进行差动保护电流的计算，差动保 护无法正常工作，所以目前的实际操作当中，常规电动机差动保护在变频器拖动电动机 方式下是退出的，降低了电动机保护的可靠性和灵敏度。
发明内容
本发明要解决的问题是常规的电动机差动保护在高压变频器拖动电动机方式 下无法正常工作，在变频器拖动电动机方式下是退出的，降低了电动机保护的可靠性和 灵敏度。本发明的技术方案为一种高压变频器拖动电动机方式下电动机差动保护方 法，高压变频器为10kV/6kV，电动机设有差动保护装置，利用电压频率跟踪，保证在变 频器输出频率为20Hz 50Hz情况下各相电流以及差动保护电流的正确计算，从而确保 差动保护的正确动作，包括以下步骤1)在变频器柜中安装电子式电压电流组合式互感器，将电子式电压电流组合式 互感器的电压、电流小信号接入差动保护装置；电动机中性侧设有电流互感器，电流互 感器的二次大电流信号接入差动保护装置；2)差动保护装置利用电子式电压电流组合式互感器的电压小信号，采用电压过 零点软件测频技术，获取当前变频器输出频率；采用频率跟踪技术，调整差动保护装置 的A/D采样芯片的采样间隔，保证差动保护装置对电子式电压电流组合式互感器和电流 互感器的电压、电流在每一周波电流有相同的采样点数；3)将差动保护装置通过A/D采样芯片获得的电子式电压电流组合式互感器的电 流数据、电动机中性侧电流互感器二次电流数据，利用傅里叶算法进行计算，实现电流差动保护，从而实现高压变频器拖动电动机方式下电动机差动保护。本发明在变频器柜中增加电子式电压电流组合式互感器，通过电压频率跟踪的 方式使差动保护装置获取变频器的输出频率，进而保证在采集变频器输出电流和电动机 中性侧电流时，每周波采样频率固定，也就是针对变频器的频率变化对采样频率进行跟 踪控制，保证电流差动保护在变频器拖动电动机方式下也能够正常进行。本发明具有以下有益效果1.现有传统差动保护无法在变频器拖动电动机的方式下对电动机提供差动保 护，降低了电动机保护的可靠性和灵敏度；本发明增加变频器拖动电动机方式下的电 动机差动保护，简便易行，是一种自适应的保护方法，可以提高电动机的可靠性和灵敏 度；2.本发明对变频器输出频率进行跟踪，差动保护装置在对电流采样时实现频率 跟踪控制，保证电流差动保护在变频器拖动电动机方式下也能够正常进行；采用电子式 电流电压组合互感器，可直接安装在变频器柜中，电子式电流电压组合互感器输出的电 压信号供差动保护装置进行采样频率跟踪，电流信号用于差动保护计算，既保证了电流 采样的正确，同时无需增加设备来采集变频器的输出电流，保证了差动保护的正确性、 可靠性和灵敏度。
图1是本发明中所涉及的变频器拖动电动机方式下差动保护一次示意图。
具体实施例方式以下结合图1对本发明做进一步的说明。图1是一种变频器拖动电动机方式下 差动保护一次示意图。本发明适用的高压变频器为10kV/6kV，电动机设有差动保护装 置，利用电压频率跟踪，保证在变频器输出频率为20Hz 50Hz情况下各相电流以及差 动保护电流的正确计算，从而确保差动保护的正确动作，包括以下步骤1)在变频器柜中安装电子式电压电流组合式互感器，将电子式电压电流组合式 互感器的电压、电流小信号接入差动保护装置；电动机中性侧设有电流互感器，电流互 感器的二次大电流信号接入差动保护装置；2)差动保护装置利用电子式电压电流组合式互感器的电压小信号，采用电压过 零点软件测频技术，获取当前变频器输出频率；采用频率跟踪技术，调整差动保护装置 的A/D采样芯片的采样间隔，保证差动保护装置对电子式电压电流组合式互感器和电流 互感器的电压、电流每周波采样点数固定，也就是实现频率跟踪；3)将差动保护装置通过A/D采样芯片获得的电子式电压电流组合式互感器的电 流数据、电动机中性侧电流互感器二次电流数据，利用傅里叶算法进行计算，实现电流 差动保护，从而实现高压变频器拖动电动机方式下电动机差动保护。电子式电压电流组合式互感器体积较小，如目前西安高研电器有限责任公司提 供的ZHC-12型电子式电流电压组合互感器体积为350 (长)*155 (宽)*220 (高)mm，完 全可以安装于变频器柜中。且电子式电压电流组合式互感器可同时提供电压信号和电流 信号输出，利用电压信号，采用过零点软件测频技术，获取当前变频器输出频率，采用频率跟踪技术，调整差动保护装置的A/D采样芯片的采样间隔，保证对电压、电流每周 波采样点数固定；利用电子式电压电流组合式互感器的电流信号和电动机中性侧传统电 流互感器二次电流信号，采用傅里叶算法，构成电动机差动保护，从而实现高压变频器 拖动电动机方式下电动机差动保护。图1虚框内为变频器及旁路部分，其中ΚΙ、K2、K3开关为切换电动机在变频 器拖动下运行还是正常工频运行。当旁路开关K3打开，ΚΙ、K2闭合，电动机此时在变 频器拖动下运行；当旁路开关K3闭合，ΚΙ、K2打开，电动机为正常工频运行。去掉图1虚框内变频器及旁路部分，即为现有技术中常规电动机差动保护一次 示意图，差动保护的两组CT 一般装在电机两侧，利用差电流原理保护电机内部故障，在 实际应用中一组CT装在开关出线侧，一组CT装在电机就地中性点侧，由电动机母线侧 电流(CTl处电流Ial、IbU Icl)和中性侧电流(CT2处电流Ia2、Ib2、Ic2)构成差动保 护，电流采样频率固定为工频50Hz。增加变频器后，变频器装在电源开关与电机之间， 开关侧CT感受到的是50Hz的电流，而电机侧CT感受的则是变频后的电流，其频率、大 小均不同，由于电动机母线侧电流频率为工频50Hz，中性侧电流频率为变频器实际输出 频率，两电流频率不一致，此时如果投入差动保护，就会动作跳开电源开关，无法进行 正常的差动保护。因此，常规电动机差动保护在使用变频器情况下均退出。本发明考虑到高压变频器拖动电动机运行方式，针对增加的变频器，采用变频 器电流与电动机中性侧电流进行差动保护。但是在采集变频器电流时，如果只是简单 增加变频器下方、电动机上方一组电流互感器，即在图1中PCT处增加一组电流互感器 CT,理论上此组电流互感器和电动机中性侧电流互感器电流同为变频器输出电流，频率 同为变频器输出频率，两电流频率一致，可进行差动保护电流的计算。这种情况下差动 保护装置不能按照工频50Hz进行采样，必须按照变频器输出频率进行采样，否则傅里叶 算法不能正确对电流进行计算。但根据启停机保护设置的原因分析可以知道，差动保护 装置严格的来讲其动作特性是受采样频率影响的，也就是说差动保护装置即使各侧电流 输入频率都是相同的，但只要偏离了工频50Hz，也会对其动作正确性有影响的。也就是 说，即使把原来电动机母线侧的那组CT移到变频器输出端，差动保护也不一定能够正确 动作。本发明又进一步采用频率跟踪技术，调整差动保护装置的A/D采样芯片的采样 间隔，保证差动保护装置对电子式电压电流组合式互感器和电流互感器的电压、电流在 每一周波电流有相同的采样点数，也就是保证差动保护装置的采样频率固定在50Hz，保 证了动作的正确性。综上所述，本发明能够在高压变频器拖动电动机方式下对电动机进行差动保 护，易于实现，正确性及可靠性高。
权利要求
1. 一种高压变频器拖动电动机方式下电动机差动保护方法，其特征是高压变频器为 10kV/6kV，电动机设有差动保护装置，利用电压频率跟踪，保证在变频器输出频率为 20Hz 50Hz情况下各相电流以及差动保护电流的正确计算，从而确保差动保护的正确动 作，包括以下步骤1)在变频器柜中安装电子式电压电流组合式互感器，将电子式电压电流组合式互感 器的电压、电流小信号接入差动保护装置；电动机中性侧设有电流互感器，电流互感器 的二次大电流信号接入差动保护装置；2)差动保护装置利用电子式电压电流组合式互感器的电压小信号，采用电压过零点 软件测频技术，获取当前变频器输出频率；采用频率跟踪技术，调整差动保护装置的A/ D采样芯片的采样间隔，保证差动保护装置对电子式电压电流组合式互感器和电流互感 器的电压、电流在每一周波电流有相同的采样点数；3)将差动保护装置通过A/D采样芯片获得的电子式电压电流组合式互感器的电流数 据、电动机中性侧电流互感器二次电流数据，利用傅里叶算法进行计算，实现电流差动 保护，从而实现高压变频器拖动电动机方式下电动机差动保护。
全文摘要
一种高压变频器拖动电动机方式下电动机差动保护实现方法，差动保护装置采集电子式电压电流组合式互感器输入电压、电流小信号和常规电流互感器输入大电流信号，利用电压进行频率跟踪，保证在变频器输出频率为20Hz～50Hz情况下各相电流以及差动保护电流的正确计算。本发明方法解决了传统差动保护在变频器拖动电动机方法下无法使用的问题，提高了高压变频器拖动电动机方式下电动机保护的可靠性和灵敏度。
文档编号H02H7/08GK102013665SQ20101056808
公开日2011年4月13日 申请日期2010年12月1日 优先权日2010年12月1日
发明者丁宁, 仲伟, 张洁 申请人:江苏金智科技股份有限公司