大容量变频器对电动机继电保护的影响分析

大容量变频器对电动机继电保护的影响分析

王红军

中国石油化工股份有限公司天津分公司热电部 300270

摘要：变频器设备在现代化多领域中得到了空前的应用，无论是电力、矿山、交通、冶金等领域都会有非常广泛的应用，因此需要树立好节能的观念，做好变频器的整体控制，提升整体的性能。现阶段，变频技术的应用范围不断拓宽，该技术的应用不再局限于单一发电领域，在石油化工领域也发挥出了巨大应用价值。在电动机继电保护中应用大容量变频器，不仅能够实现对流量的调节，而且还具有节省电能的效果。

关键词：大容量变频器；电动机；继电保护；影响

一、变频器原理分析

变频器主要是应用微电子和变频技术，改变电机工作电源的频率来控制交流电机。它是一种常见的电源控制器件，可以将频率和电压恒定的交流电压转换成频率和电压可变的交流电压。变频器主要由整流器、滤波器、制动单元、检测单元、驱动单元等重要部件组成。为了保证变频器的正常运行，还需要在变频器外部设置相应的控制端子，可分为输入控制端子、输出指示端子和主电路端子。变频器是采用变频技术与微电子技术相结合，建立在转变电机工作电源频率的方式之上，有效控制交流电动机的电力水平。变频器可的潜在市场非常大。常压变频变频器占市场总份额的60%左右，而中高压变频器的需求量则相对较少，但是整体是1200到1800亿的市场，也让变频器市场需求不断增长，而在大约十年之后，变频器市场才会不断饱和。

二、电动机继电保护

继电保护技术与电力系统的发展密切相关。传统继电保护技术对电力系统运行的稳定性有非常严格的要求。在电气设备功率增大、电动机容量增大的过程中，电力系统中的工作电流和短路电流不断增大，这对继电保护技术提出了更为严格的要求。电动机属于电力系统的重要设备，在保护技术落后的情况下经常发生烧毁问题。这会对生产安全性造成严重影响，因此加强对电动机继电保护具有十分重要的意义。

三、大容量变频器对电动机继电保护的影响分析

目前很多企业采用的继电保护方案主要是根据变频器的开关柜和自带保护功能的综合保护装置来设定的。充分发挥变频器的自我保护功能，通常在需要调频运行时，通常在工频运行时使用开关柜的综合保护装置。如果需要大容量变频器对电机进行中继，此时需要通过电力电子、频率整流逆变、工频等改变电机中的电源。因此，电动机的继电保护可能会对传统的电动机与变频器之间的电源连接比和相角的保护功能产生一定的影响，所以这种继电保护方案还是存在一些问题的。

（一）灵敏度问题

电机用大容量变频器的继电保护系统属于自身的保护系统，实现电机电流速断的保护。虽然目前大容量变频器采用的速断方式可以使变频器和电机的灵敏度达标，但这些保护并不能满足电机运行和定子线圈短路灵敏度的要求。通常情况下，电动机继电保护属于等差形式，在后备保护出现问题的情况下，可能会对大容量变频器对电动机机电保护的形式造成影响，导致大容量变频器难以在最短时间内处理好这种故障问题。

（二）开关柜综合保护装置问题

大容量变频器运行时，差动保护应退出，但在大容量变频器的控制系统中有保护功能，不包括变频器电缆和开关柜的运行。如果退出差动保护功能，最终会导致大容量变频器无法正常运行^[1]。同时，大容量变频器会对电机回路的电压互感器产生一定的影响，因为变频器控制系统中的内置保护功能在变频器电缆和开关柜中无法使用，这就导致大容量变频器也无法在电压互感器上发挥相应的作用。

四、消除大容量变频器对电动机机电保护影响的措施分析

（一）消除综合保护装置影响的对策

电动机在变频工作的过程中，电动机的差动比和保护定位主要由CT的配置决定。用于电机机电保护的大容量变频器综合保护装置，相应的输出接点需要与大容量变频器的控制系统联动，将二者有效联系起来，这样一来电动机在变频工作的时候，就能够保证综合保护装置正常发挥自身自动定位功能，这样不仅有利于减少工作的难度，而且还能够促进电动机自动化运行，对提高电动机运行的自动化水平有很好地帮助。

（二）消除电流与差动影响的对策

可以将电力比例、差动比例以及瓷瓶与灵虚电流三种保护功能进行整合，强化这三种功能与现有后备保护功能的联系，通过这种方式构架一种适用于大容量变频器工作的电动机机电保护的综合保护装置，这样一来就能够提高保护装置运行的稳定性与可靠性，同时还能够保证相应的精度，这样电流与差动对策能够让大容量变频器在电动机继电保护过程中发挥更好的效果^[3]。

（三）消除硬件影响的对策

在实际的工作中，应注意大容量变频器对电动机继电保护中综合保护装置等硬件设施的升级。只有应用最科学、最先进、最有效的技术，才能进一步保证综合保护装置的硬件能更好地适应各种工作，保证综合保护装置的硬件能进行多任务操作。这样可以更好地实现大容量、高速度、高精度的目标，实现实时信息处理，还可以使用高分辨率的A/D转换技术，通过这种方式更好地满足快速采集与计算等方面的要求

^[2]。

（四）对电动机两侧电流与开关柜影响的对策

想要确保大容量变频器对电动机继电保护顺利进行，还应当充分把握好以下几个方面的内容：

首先要保证需要连接的综合保护装置的电流，如电机两侧、断路器、开关柜、电机旁路的辅助接入点等。为了保证保护效果，要进行单独的工频变换差动保护。

其次，积极创新，加大技术研发力度，及时创新变频运行保护装置。最后，要加强对电机磁平衡的保护。只有充分控制电动机继电保护的关键点，才能不再通过电流回路、保护出口等接线部分，而是通过综合保护装置软件部分的应用，实现变频和工频方式的切换，同时实现自动投切等功能。比如通过研发工频变频自适应保护装置，可以避免手动模式切换，结合电机运行模式的自动化，自动判断和切换电机当前的运行模式。在电力变频自适应保护装置的研发过程中，可以对综合保护装置的硬件进行更新和更换，采用多任务操作系统，同时实现各种信息的自动处理。高分辨率转换器的应用可以实现各种信息的快速采集和计算，从而提高综合保护装置的适应运行水平^[4]。

最后，当现有的电动机综合保护装置因使用变频器而不能发挥其正常功能，而变频器本身的保护功能又不能保护线路时，我们可以将现有的变频器速度保护、现有的电动机差动保护和磁平衡零序电流功能进行整合，通过这种方式开发出一种新的具有强自适应特性的综合保护装置，实现对这三种保护功能的应用^[3]。

（五）电动机接地保护对策

在大容量变频器对电动机的继电保护过程中，大容量变频器的输出没有接地保护，大容量变频器与电动机之间的电缆距离短，电容器的电流小，用传统的零序ct法检测电动机可能会很困难。另外，此时变频器的自保护功能无法发挥其正常作用，所以在设计大容量变频器的过程中，需要将大容量变频器和电机尽量设计为接地。

结语：综上所述，在石油化工领域应用大容量变频器，能够实现平滑调速与节能的目的，在实际应用大容量变频器的过程中，应当注重大容量变频器对电动机继电保护的影响，注重大容量变频器运行稳定性的提升，通过这种方式为保障电动机运行的稳定性创造良好的条件。

参考文献

[1]李学文.大容量变频器对电动机继电保护的影响分析[J].化工管理,2016(18):202.

[2]刘鹏.浅议大容量变频器对电动机继电保护的影响与研究[J].科技资讯,2011(26):136.DOI:10.16661/j.cnki.1672-3791.2011.26.020.

[3]李立峰,赵伟,丁健,周正权.高压变频器对电动机继电保护的影响及解决措施[J].广东电力,2010,23(08):83-85.

[4]张超,张艳艳,黄生睿.大容量变频器对电动机继电保护的影响[J].继电器,2007(17):9-11.