基于瞬时电流的大容量高压变频电动机差动保护技术研究

基于瞬时电流的大容量高压变频电动机差动保护技术研究

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衢州杭氧深蓝气体有限公司 324000

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摘要：传统的电机差动故障检测一般是单向的，没有很好的针对性，造成了错误的发生率。本文介绍了一种基于瞬时电流的大容量高压变频电动机差动保护技术，并对其进行了理论和实验研究。依据实测要求和规范，首先进行了转换元件的保护布置，在瞬间电流的情况下，采取多阶段的方法，实现了三相异变点的准确位置，从而增强了整个系统差动保护的针对性，在这个前提下，进行了纵差动保护整定计算和暂态电流接地保护的处理，利用变频分区校正，可达到差速保护的目的。实验结果显示，本文所提出的瞬间电流电机差动保护实验组与常规的直流差动保护实验组比较，其最后的误动率低于20%，对于电机工作中的安全防护起到了很好的作用，因而有一定的实用价值。

关键词：瞬时电流，电动机，高压变频，差动保护，控制技术

引言

目前，变频调速技术的革新和发展，为直流电机的应用创造了一个稳定和安全的工作条件，并构成了方向式的差速保护架构。但是，在用电要求越来越高的情况下，常规的大电容直流电机的差速保护已不能适应要求。依据现有的文献，分别建立了两种方向性的差动保护，即常规的磁平衡型和常规的周期型。这两种方法都可以为直流电机的工作提供方向性的防护，然而，由于受到外界因素的干扰，在不稳定的情况下，还可能造成电机的损伤，从而引起不可控制的情况。为此，需要对大电容直流电机的瞬态电流差动保护进行理论和实验研究。瞬态电流是一种能够驱动正弦波回路的即时的、具有超高压、瞬时性、变频率等特性的瞬态能量。针对大容量直流电机的暂态特性，提出了一种新的、稳定的、可变的差动保护方案。通过对电机电流的改变，对多个故障点进行标识，利用变频控制的方法，对电机的电流、电压变换幅值进行调节，目的是为了提高电机的使用效能，为电机创造一个更平稳的工作环境[1]。

1、设计高压变频电动机瞬时电流差动保护技术

1.1变频单元保护配置

电机变频调速系统中的相关装置众多，如果发生故障，很可能会引起其它装置的联动破坏，从而带来更大的经济损失，而产生此现象的根本原因在于频率转换装置的基本保护设定。电机的频率变换器的保护区域和被保护区域一般都是相对固定的，这样做可以达到预定的功能，但是不够灵活，使马达的常规使用受到了限制。为了解决以上问题，本文提出了一种多级互动结构，并设置了频率转换元件的保护设备，以建立更加稳固的防护环境。首先，要确定电机的总体使用范围，根据自己的需要对电机进行分区，在各分区布置一定数目的监控结点，构成一个周期的监控体系。在该理论的指导下，将传感器与相关的变频器连接到电机的控制回路中，设置基本的指标，实现了变频装置的基本性能指标的设置。其次，根据电机控制回路的特点，设置了受控的驱动线路，为电机的正常运转创造了一个良好的工作条件。在此基础上，对频率转换部分进行改进，以保证后继的差分保护信号能够平稳地输出。

1.2三阶段非同步差动瞬间电流的多序异常位置

在瞬间电流作用下，若发生较大幅度的电流、电压变化，将对电机的正常工作产生不利的影响。为此，必须改进三相异步差动故障检测装置，以防止电机受到损害。在一定范围内设置相移互差120度，在此基础上，通过采集回路中异常电压电流的数字数据，并求出该系统的暂态电抗［2］。

1.3纵差动保护的整定与短路故障的处理

在对电机进行了故障诊断后，结合故障录波数据，对电机的差动保护状态进行了分析，并对其进行了整定运算，从而达到了对电机的接地效果。首先测量这一时刻的变频电机的电流值以及电压值，将一台电流变压器设置到内部控制回路中，然后基于电机的刹车电流计算出二次额定电流。接地防护其实就是一种方向性的防护方式，它通常不带电，但当因介质破损或其它原因而有可能带电时，将电气设备的金属部件通过引线牢固地与接地装置相连。可以首先把电机安装到配电站的下面的内置结构中，这样就可以实现基础的差动保护的工作，这时，基础的差动保护的构造就已经完全建立起来了，并且可以随着接地的位置、保护需要和标准的变化，对监控节点的位置进行相应的调节，使整个差动保护的作用得到加强［3］。

1.4变频分设修正实现差动保护

大功率直流电机的差速保护，尽管在瞬间电流的作用下能起到很好的保护作用，但是随着电流的不断变化，也会造成线路的短路和电机的故障。为了防止这种现象发生，可以采取分段频率调节的方法来加强差速保护的功能。采用分段变频调节的校正指数，并与实测资料相结合，达到对各变频分区校正指数进行调节的目的。在这种情况下，采取分流的方法，将残留的电流引入电机，构成一个环形的差速校正保护，保证电机工作的平稳和均衡。

2、实验

本次实验以 R配电站的变频电机为实验对象，以确保实验结果的准确性和可靠性。通过比较来进行分析，参照相关的资料和设置了常规的磁平衡差动保护实验组、常规的周期差动保护实验组和这一次所设计的瞬态电流马达差动保护实验组，并将其与现实的测量需要和规范相融合。对最后得到的测试数据进行对比确认，建立相应的测试环境。

2.1实验准备

设置瞬间电流本底，对大功率直流电机的差动保护进行了理论和实验研究。首先，要对电机的基本参数进行调节，为电机提供一个平稳的工作环境，并在电机内加入一个电感线圈，并与实验环境进行重叠。

2.2实验过程及结果

基于所建立的实验条件，并考虑到实际的瞬态电流，对该方法进行了仿真和实验研究。选择 R配电站的变频器电机为实验对象，设置了6 6 A的接地电压，设置了50 Hz的频率，设置了特定的保护操作和3个差分保护时段。保护的作用和瞬间电流变化有密切关系，即瞬间电流较大时，保护的动作次数较多；当瞬间电流较低时，则可减少保护作用。首先对故障点进行标识，测量3个差动保护时段内的瞬间电流的改变，对电机工作中的误差进行了计算。然后与常规的磁平衡型和常规的周期型差动保护实验组比较，本文所提出的瞬态电流型电机差动保护实验组最后获得的错误发生率低于20%，对于电机在工作中的安全防护起到了很好的作用［4］。

结束语

电机在实际使用中，对周围的环境有着非常苛刻的需求，特别是大容量的高压变频电机，若不加以适当的处置，很容易发生故障。本项目以瞬间电流为研究对象，将变频技术融入其中，构建更为灵活、完备的差动保护架构，并与继电保护设备构成方向重叠，保证电机内的电流和电压的稳定性，增强对电流的扰动的抑制，为大功率直流电机的安全运行，改善了直流电机的差速保护条件。

参考文献

［1］聂善峰.磁平衡差动保护在高压同步电动机上的应用［J］.有色设备，2020，34（5）：19-25.

［2］庄凤华.循环水泵电机差动保护投运数据异常分析［J］.电力安全技术，2022，24（8）：25-28.

［3］夏超.10kV电动机差动保护误动作原因分析［J］.一重技术，2022（3）：58-61.

［4］李永敏.景电工程大型电动机差动保护误动分析［J］.科技资讯，2021，19（21）：32-33+36.