火电发电厂高压变频电机保护系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设计火电厂电机保护领域，具体为一种火电发电厂高压变频电机保护系 统。
【背景技术】
[0002] 随着国家能源政策的要求，节能减排作为一项重要的工作已在多个行业展开，而 在大型火力发电厂，厂用电率的降低势在必行。对于占厂用电绝大部分的高压电动机来说， 节能领域的重要技术措施就是高压变频技术的应用。随着电力电子技术的发展，特别是国 内变频器厂家的发展，变频器价格越来越低，使得变频器在电厂得到了越来越广泛的应用。 目前的新建电厂，重要辅机如风机、水泵等，一般均要求考虑配置变频器拖动；越来越多的 已建电厂正在进行或已完成高压电动机采用变频器的改造。高压电动机采用采用变频器拖 动后，电动机保护如何配置才能保证机组安全可靠的运行，成为电厂、设计院、保护厂家十 分关注的问题。
[0003] 高压变频调速：在火力发电厂中，锅炉引风机、送风机、汽轮机电动给水泵、凝结水 泵等耗电量大，同时这些水泵和风景所在系统通常需要频繁且幅度较大的流量调节。传统 流量调节方法是调整这些系统管路中的风门或调节阀开度。只要这些风门或调节阀不是全 开，电动机所消耗的功率就有一部分转化为克服这些风门或调节阀阻力的无用功。如果风 门或调节阀全开，通过调节电动机速度来调节电动机输出功率，从而调节流体流量，就可实 现电动机效率的最优化。
[0004] 现有的一般变频器电动机保护配置有：电动机保护测控装置、电动机差动保护装 置(对于2000kW以上电动机配置)、变压器保护测控装置。电动机保护装置和变压器保护装 置通过旁路开关进行功能的投退：即旁路开关断开，此时为变频器拖动电动机方式，变压器 保护装置投入，电动机保护装置和电动机差动保护装置退出；当旁路开关闭合，此时为工频 电网直接拖动电动机，电动机保护装置和电动机差动保护装置投入，变压器保护装置退出。 此种保护配置方式主要存在两个问题：对于2000kW以上的电动机，规程规定需要配置差动 保护，因此，在变频器拖动电动机情况下，电动机差动保护退出，保护的可靠性受到影响；任 意时刻，变压器保护装置、电动机保护装置只有一台投入使用，降低了装置的使用效率。
[0005] 因此，改变现有电动机的保护系统，使其保护的可靠性更稳定，且大大提高使用效 率的高压变频电机保护系统，已经是一个急需解决的问题。
【发明内容】
[0006] 为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供了一种电路结构简单，且在高压变 频电机在运行过程中，能够实现可靠性更加稳定，且使用效率高的火力发电厂高压变频电 机保护系统。
[0007] 本发明的目的是这样实现的： 火电发电厂高压变频电机保护系统，包括高压电动机，与高压电动机连接的变频器，变 频器通过设置有进线开关QF的进线连接厂用高压母线；所述的变频器的下方设置有工频 旁路，所述的工频旁路一端连接高压电动机，另一端连接设置有进线开关QF所在的进线； 所述的工频旁路为三组并列设置的带有旁路开关K3的电路； 所述的变频器包括整流变压器和控制柜，电机保护系统采用差动保证装置，所述的差 动保护装置的电流设置有3组CT，即设置在开关侧的CT1、变频器下方电动机上方增加的 CT2和中性侧CT3和同时引入的工频旁路开关接点； 所述的CT2安装于变频器柜中，与CT3为同一频率下的电流，二者构成差动保护； 所述的火电发电厂高压变频电机保护系统的保护方法为： 当电动机通过工频旁路运行，此时由厂用电中高压母线IOkV工频电压直接驱动电动 机，进线开关QF处保护装置的保护对象是开关出线以及电动机本体；此时按照常规电动机 保护的要求配置电动机保护，有差动保护要求的，配置电动机差动保护； 当旁路开关K3断开，电动机由变频器拖动，进线开关QF处保护装置的保护对象是开关 出线以及变频器，由于变频器包括整流变压器和控制柜，即进线开关QF处保护装置的保护 对象是开关出线以及整流变压器；此时电动机成为与厂用电母线隔离后的高压变频器的负 荷，因而电动机的保护由高压变频系统的控制器实现。
[0008] 积极有益效果：本发明为电路结构简单，且在高压变频电机在运行过程中，能够实 现可靠性更加稳定，使用效率高，可以自适应电动机工频或变频方式的运行，无需认为干预 的火力发电厂高压变频电机保护系统。
【附图说明】
[0009] 图1为本发明的结构示意图； 图2为保护动作逻辑框图一； 图3为比率差动保护的动作曲线图； 图4为保护动作逻辑框图二。
【具体实施方式】
[0010] 下面结合附图，对本发明做进一步的说明： 如图1所示，火电发电厂高压变频电机保护系统，包括高压电动机，与高压电动机连接 的变频器，变频器通过设置有进线开关QF的进线连接厂用高压母线；所述的变频器的下方 设置有工频旁路，所述的工频旁路一端连接高压电动机，另一端连接设置有进线开关QF所 在的进线； 所述的工频旁路为三组并列设置的带有旁路开关K3的电路； 所述的变频器包括整流变压器和控制柜，电机保护系统采用差动保证装置，所述的差 动保护装置的电流设置有3组CT，即设置在开关侧的CT1、变频器下方电动机上方增加的 CT2和中性侧CT3和同时引入的工频旁路开关接点； 所述的CT2安装于变频器柜中，与CT3为同一频率下的电流，二者构成差动保护； 所述的火电发电厂高压变频电机保护系统的保护方法为： 当电动机通过工频旁路运行，此时由厂用电中高压母线IOkV工频电压直接驱动电动 机，进线开关QF处保护装置的保护对象是开关出线以及电动机本体；此时按照常规电动机 保护的要求配置电动机保护，有差动保护要求的，配置电动机差动保护； 当旁路开关K3断开，电动机由变频器拖动，进线开关QF处保护装置的保护对象是开关 出线以及变频器，由于变频器包括整流变压器和控制柜，即进线开关QF处保护装置的保护 对象是开关出线以及整流变压器；此时电动机成为与厂用电母线隔离后的高压变频器的负 荷，因而电动机的保护由高压变频系统的控制器实现。
[0011] 当电动机通过旁路运行，此时由厂用电中高压母线IOkV工频电压直接驱动电动 机，进线开关QF处保护装置的保护对象是开关出线以及电动机本体。因此，此时应该按照 常规电动机保护的要求配置电动机保护，有差动保护要求的，需要配置电动机差动保护。
[0012] 当旁路开关K3断开，电动机由变频器拖动时，进线开关QF处保护装置的保护对象 是开关出线以及变频器，由于变频器一般由整流变压器、控制柜等部分构成，即进线开关QF 处保护装置的保护对象是开关出线以及整流变压器。此时电动机成为与厂用电母线隔离后 的高压变频器的负荷，因而电动机的保护应由高压变频系统的控制器实现。
[0013] 1、变频器电动机差动保护原理 在使用变频器拖动电动机的情况下，传统电动机差动保护无法使用的原因为：电动机 机端CT为图1中开关柜处的CTl和电动机中性侧CT即CT3这两处CT的电流频率不相同。 有文献提出采用磁平衡差动保护来实现，但实际中存在几个问题： 1) 目前发电厂使用的电动机基本上都无法提供磁平衡差动所需要的中性侧电缆引 出； 2) 磁平衡差动的电流是在变频器下方，非工频电流，对于微机保护，按照工频50Hz整 定的定值不适用于非工频情况下。
[0014] 由于差动保护的两侧电流必须为同一频率下电流，可考虑在变频器下方、电动机 上方加装一组CT，即CT2,此组CT可安装于变频器柜中，由CT2和CT3两组电流构成差动保 护。
[0015] 常规差动保护为相量差动，其原理是用傅立叶算法，根据一个周波的采样点计算 出流入流出电流的实虚部，再计算出差动电流和制动电流的幅值、相位后用相量比较的方 式构成判据。由于电流非50HZ工频，因此在进行傅里叶计