差动保护在高压变频器中的应用

王 奥（中国电建集团核电工程有限公司，山东 济南 250000）

0 引 言

现阶段，节能技术已全面融入电厂各运行阶段。若仍沿用常规模式开展差动保护，则仅能适应电厂现有的工频电机。而对于调速范围较宽的变频电机，传统保护模式会呈现多种多样的弊病。因此，电厂亟需改造原有的继电保护装置，并采取综合性手段与方式提升高压电动机稳定性。

1 高压变频器差动保护的基本原理

当前，部分电厂取消差动保护，仅对高压电机实施电流速断保护[1]，导致系统仅能依赖敏锐度较差的主保护，难以做到全方位的变频系统保护。基于此，电厂应在电动机中性点与开关柜处分设电流互感器，实现两侧的差动保护。

在实际运作中，两侧差动保护的实施会干扰正常的变频运行，出现电流幅值与电流相位差异较大的现象[2]。在特殊情形下，处于常规状态下的变频系统仍会呈现较大幅度的电流差异，或呈现保护误动的状态。受低频运行影响，某些变频器频繁表现为CT饱和状态，或呈现大比例的测量电流差异性。因此，对现有的变频系统亟待增设必要的差动保护作为辅助。

在实施差动保护的全方位改造时，应将工频电机的通用差动保护装置妥善安装于合适的部位[3]。具体而言，技术人员采用傅里叶变换措施处理其中的数字信号，实现全过程的微机保护操控。傅里叶变换涉及对谐波分量的整数次计算，需建立在得出基波频率的前提下。同时，运用低通滤波器可以灵活操控其中的微机保护装置，将其基波频率控制在50 Hz左右。上述频率变换的幅度并没有超出变频器规范，且偏差度较大。因此，当前较流行的工频差动保护并不能适用传统模式的保护手段，从侧面突显出差动保护的价值与意义[4]。

2 差动保护具备的技术优势

相较于其他保护模式，差动保护具有独有的技术优势。传统保护模式已不适用于当前各种类型的高压变频器，而应针对变频器运行涉及到的两侧CT，运用差动保护使其平衡。在开展全方位的保护改造时，应更注重CT安装位置的差异性，以此为切入点开展相应的改进与优化。

2.1 统一两侧的电源频率

在改造现有高压变频器时，应将电动机中性点视作改造要点。同时，对于相匹配的变频器输出端也要予以差动保护的相关处理。在实现上述改进的基础下，便可有序统一其中的电流幅值与电流相位要素，确保变频器处于电源频率相同的状态中。此外，对处在波动状态的电源频率也要予以实时性监控，从而全面明晰工频CT在各时间段表现出的波动趋势。近年来，技术人员还可灵活运用暂态分析软件与其他先进软件，凭借信息化手段开展仿真测试[5]。

在开展仿真具体操作时，应将同等强度的电流幅值施加于两端。受不同频率的影响，通过实测获得的系统波形与CT测量波形并非完全一致，仍需对此实施进一步优化。观察得知，在电流强度相同的状态下，CT饱和的速度取决于降低频率的幅度。在饱和度增加时，与之有关的二次电流也会呈现出明显的差异性。技术人员一旦察觉到上述的隐患与缺陷，需将变频电源妥善连接于电流互感器，再次对其开展相应测试。

因此可见，系统如果呈现低频不饱和趋势，则整体符合相应的误差曲线，系统运行误差不会超出10%。若涉及到额定的5 Hz频率电流，则可确保其符合现阶段变频差动保护的各项基本需求。在某些特殊情形下，受不同电源频率引发的差异性影响，技术人员在特定时间段记录下的差动波形也有所不同。经由实测得知，高压变频系统现有的二次变频电流决定着电流互感器当前能够达到的整体运行效能，在具体涉及到差动保护时，运用此项技术措施可保证一致的电流传变特性与差动保护特性[6]。

2.2 避免采样值与相量的波动

微机差动保护可分成采样值与相量两种差动模式。

（1）相量差动的关键在于针对流出系统与流入系统开展精确的运算，并依照采样点具备的周期波动特性全面得出数据差异性。在多数情况下，若变频电机改变现存频率，则与之有关的相量数据也会呈现出相应的波动，难以获取精准度较高的实测信息。由此可见，若未对变频电机开展相应的保护处理，其会呈现某些异常性波动。

（2）采用采样值的差动运算方式，可以省略周波相量值的运算。在此基础上，依照输出电流与输入电流达到最佳平衡性的宗旨与原则，可以实现针对系统内各采样点的精准运算[7]。例如，在某些情形下，如设计了多个采样点且确保其符合连续性特征，则需凭借设定值的方式判断是否应开展差动保护，同时还要关注直流分量与系统谐波是否存在。

受变频供电影响，如在现有系统中加入电子电力元件，会显著增大原有谐波，引发较大的采样幅值偏差。对于现有的变频系统，可运用HHT方式对能量较大的相位信息与幅值分量开展精确的选取，并将其作为主要的系统信号频率。

3 具体技术运用方案

差动保护是高压变频器顺利运行的根本保障。近年来，多数电厂着眼于改造现有的引风机等设施，达成优化电厂各项设施，提升综合保护性能的目的。运用改进后的差动保护举措，可全面消除变频系统表现出的隐患，显著优化大容量电机及其他设施具备的运行效能[8]。

3.1 优化配置变频保护装置

针对运行年限较长的高压变频装置，电厂有必要将其纳入现有的改造范围，因地制宜实现全方位的配置方案优化。在具体优化保护装置的各项配置时，应注重保留原有的综合性常规保护装置，确保变频器安装在相应的位置上，同时应当妥善消除现存的电动机保护，将新增的差动保护安排在后端的变频器部位。

此外，对后备性的变频保护体系也应做到合理的健全与完善，其中涉及过流保护、速断保护与过热负荷保护[9]。电动机如表现为故障状态，需立即对其开展全面检测。在保留开关柜原有工频的同时，应对其中的电流互感器实施适度改造。综合性运用后备保护与变频差动保护，有助于维持电动机在各时间段的顺利运转。

3.2 妥善安装保护装置

在实际运行中，应在旁路柜的变频器中适当增加机端装置，或在输出侧对其进行妥善的连接处理。通过开展上述变频安装改造，顺利替换中性点侧原有的电流互感器，将工频互感装置更换为变频差动的新增装置，进而实现工频互感器的妥善拆除处理[10]。

4 结 论

通过将差动保护装置妥善安装于电厂引风机与其他种类的电厂变频装置，有助于从根源上杜绝异常性的保护信号的产生。同时，运用差动保护可实现对处于不同频率状态的变频器的全面保护，进而优化差动保护的实效性。在实际应用中，电厂与相关部门应密切关注大容量电机在整个变频系统中起到的关键性作用，依照因地制宜的基本宗旨健全现有的变频保护性能。