一种变频电动机的差动保护装置及算法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种变频电动机的差动保护装置及算法，包括变频器、电动机、电流互感器CT1、CT2和CT3，所述CT1、变频器、CT2、电动机和CT3依次串联，所述变频器设有旁路，所述旁路设有旁路断路器，所述旁路断路器的合闸信号接点接入差动保护装置，当旁路断路器断开时CT2和CT3构成差动保护，当旁路断路器闭合时CT1和CT3构成差动保护。本发明专利技术的有益效果是：在工频运行和变频运行两种方式下实现差动保护。

A differential protection device and algorithm for variable frequency motor

【技术实现步骤摘要】
一种变频电动机的差动保护装置及算法
本专利技术涉及变频电动机的差动保护，尤其涉及一种变频电动机的差动保护装置及算法。
技术介绍
大型火力发电厂主要设备有锅炉、汽轮机、发电机，锅炉配置有一次风机、二次风机、引风机，汽轮机配置有给水泵，风机和水泵均由大型电动机拖动。发电厂产生电能的同时也在消耗大量的电能维持设备运行，其中大型电动机的耗电量占总量的85％左右。在节能发展的大背景下，大型火力发电厂对大型电动机进行变频改造已非常普遍，目的是降低厂用电比率，降低发电成本进而提高竞争力。目前功率大于2000kW的电动机，增加变频器改造完成后，原配置的电动机保护不适用于变频器拖动电机系统，其中差动保护无法在非工频情况下正常投入，并且仅利用高压变频器对电动机保护存在巨大的安全隐患，因为变频器对电动机保护的灵敏度是否满足要求并不能确定。电动机变频改造后，继续使用原配置的保护装置，如图1所示，在电动机机端处安装一组电流互感器，利用电动机机端和中性点构成差动保护，后备保护装置仍使用原电动机保护功能。两组电流互感器的一次侧电流相同，虽然满足了构成差动保护的条件，但是工作的电压频率不是工频，电流互感器是设计在工频系统中使用的，保护装置与电流互感器相同，电流采样回路设计为工频下使用，非工频工况下同样不适用，保护功能的可靠性并不确定。部分现场采用这样的方式来构成差动保护，运行中频繁发生误动作。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术中存在的不足，提供一种变频电动机的差动保护装置及算法，使差动保护适用于变频改造后的电动机。本专利技术是通过以下技术方案予以实现：一种变频电动机的差动保护装置，包括变频器、电动机、电流互感器CT1、CT2和CT3，所述CT1、变频器、CT2、电动机和CT3依次串联，所述变频器设有旁路，所述旁路设有旁路断路器，所述旁路断路器的合闸信号接点接入差动保护装置，当旁路断路器断开时CT2和CT3构成差动保护，当旁路断路器闭合时CT1和CT3构成差动保护。根据上述技术方案，优选地，所述电流互感器CT2和CT3均选用宽频电流互感器。本专利技术的有益效果是：在工频运行和变频运行两种方式下实现差动保护。一种变频电动机的差动保护算法，包括以下步骤：步骤000：变频器、电动机、电流互感器CT1、CT2和CT3，所述CT1、变频器、CT2、电动机和CT3依次串联，所述变频器设有旁路，所述旁路设有旁路断路器，所述旁路断路器的合闸信号接点接入差动保护装置，当旁路断路器断开时CT2和CT3构成差动保护，当旁路断路器闭合时CT1和CT3构成差动保护；步骤010：采用采样值差动，所有通道采样点为电流在同一时刻的瞬时值；步骤020：构成差动保护的电流互感器测得的电流的矢量和为差动电流，制动电流按照两侧电流矢量差的一半计算，差动速断和比率差动采用突变量启动元件和过流启动元件，当差动电流发生突变或者差动电流的最大值大于相应的过流定值时，启动元件动作并保持10s，开放启动继电器。根据上述技术方案，优选地，当旁路断路器断开时，通过平衡系数Kph2修正电动机两侧电流互感器变比不一致的问题。根据上述技术方案，优选地，当旁路断路器闭合时，通过平衡系数Kph1修正电动机两侧电流互感器变比不一致的问题。根据上述技术方案，优选地，差动速断保护动作判据为三相差动电流中最大值大于差动速断保护定值。根据上述技术方案，优选地，比率差动采用三折线比率差动原理。根据上述技术方案，优选地，还包括监测电流互感器断线的算法，其判别逻辑为系统任一侧三相电流有一相或两相电流小于0.125倍额定电流且其它两相或一相电流均大于0.2倍额定电流。根据上述技术方案，优选地，所述监测电流互感器断线的算法在比率差动元件启动后启动。根据上述技术方案，优选地，所述监测电流互感器断线的算法满足以下三个条件中的任意一个，不进行判别：(1)启动前某侧最大相电流小于0.2Ie，则不进行该侧电流互感器断线判别；(2)启动后最大相电流大于1.2Ie；(3)启动后任一侧电流比启动前增加。本专利技术的有益效果是：在工频运行和变频运行两种方式下进行差动保护，并且运用采样值差动计算方法，可以适用于变频拖动电动机系统。附图说明图1示出了现有技术中电动机差动保护接线方式示意图。图2示出了本专利技术一种变频电动机的差动保护装置的一种实施例的变频电动机电气系统示意图。图3示出了本专利技术一种变频电动机的差动保护装置的一种实施例的变频差动保护电流回路原理图。图4示出了本专利技术一种变频电动机的差动保护装置的一种实施例的变频电动机差动保护系统示意图。图5示出了本专利技术一种变频电动机的差动保护算法的一种实施例的差动速断逻辑图。图6示出了本专利技术一种变频电动机的差动保护算法的一种实施例的差动保护动作特性图。图7示出了本专利技术一种变频电动机的差动保护算法的一种实施例的比率差动逻辑图。图8示出了本专利技术一种变频电动机的差动保护装置及算法的一种实施例的通流试验原理图。图9示出了本专利技术一种变频电动机的差动保护装置及算法的一种实施例的通流试验电流相量图。具体实施方式为了使本
的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和最佳实施例对本专利技术作进一步的详细说明。一种变频电动机的差动保护装置，包括变频器、电动机、电流互感器CT1、CT2和CT3，CT1、变频器、CT2、电动机和CT3依次串联，变频器设有旁路，旁路设有旁路断路器，旁路断路器的合闸信号接点接入差动保护装置，当旁路断路器断开时CT2和CT3构成差动保护，当旁路断路器闭合时CT1和CT3构成差动保护。保护装置还需要考虑到变频器拖动电动机系统的运行方式。电动机正常运行时为变频运行，但会出现因变频器自身故障造成电动机电路跳闸的问题，但为了维持电动机继续工作，所以电气系统设计有旁路切换功能，变频器退出后可以通过工频旁路继续维持风机运行，同时为技术人员处理故障创造条件。如图2所示，变频器正常运行时，QF1、KM1、QS1、QS2、KM2合闸，QF2分闸；变频器故障时，KM1、QS1、QS2、KM2分闸，QF1、QF2合闸。变频运行和旁路运行时，电气一次系统发生变化，差动保护装置需要在两种工况下正常工作也是需要解决的问题。变频运行方式，CT1运行在工频下，CT2和CT3一次侧电流为非工频且为同一个电流；旁路运行时，CT1、CT2、CT3一次侧电流均为工频且为同一个电流。通过分析电动机定子绕组电流流入和流出的情况，根据差动保护的原理，我们可以确定差动保护配置的方式。电动机变频运行，由CT2和CT3构成差动保护，保护范围为变频器输出侧至电动机中性点；电动机工频运行，由CT1和CT3构成差动保护，保护范围为高压开关下口至电动机中性点，保护电流回路原理如图3所示。考虑到装置工作方式切换的问题，如图4所示，现场可以利用QF2断路器的合闸信号接点接入保本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变频电动机的差动保护装置，其特征在于：包括变频器、电动机、电流互感器CT1、CT2和CT3，所述CT1、变频器、CT2、电动机和CT3依次串联，所述变频器设有旁路，所述旁路设有旁路断路器，所述旁路断路器的合闸信号接点接入差动保护装置，当旁路断路器断开时CT2和CT3构成差动保护，当旁路断路器闭合时CT1和CT3构成差动保护。/n

【技术特征摘要】
1.一种变频电动机的差动保护装置，其特征在于：包括变频器、电动机、电流互感器CT1、CT2和CT3，所述CT1、变频器、CT2、电动机和CT3依次串联，所述变频器设有旁路，所述旁路设有旁路断路器，所述旁路断路器的合闸信号接点接入差动保护装置，当旁路断路器断开时CT2和CT3构成差动保护，当旁路断路器闭合时CT1和CT3构成差动保护。


2.根据一种变频电动机的差动保护装置，其特征在于：所述电流互感器CT2和CT3均选用宽频电流互感器。


3.一种变频电动机的差动保护算法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤000：变频器、电动机、电流互感器CT1、CT2和CT3，所述CT1、变频器、CT2、电动机和CT3依次串联，所述变频器设有旁路，所述旁路设有旁路断路器，所述旁路断路器的合闸信号接点接入差动保护装置，当旁路断路器断开时CT2和CT3构成差动保护，当旁路断路器闭合时CT1和CT3构成差动保护；
步骤010：采用采样值差动，所有通道采样点为电流在同一时刻的瞬时值；
步骤020：构成差动保护的电流互感器测得的电流的矢量和为差动电流，制动电流按照两侧电流矢量差的一半计算，差动速断和比率差动采用突变量启动元件和过流启动元件，当差动电流发生突变或者差动电流的最大值大于相应的过流定值时，启动元件动作并保持10s，开放启动继电器。


4.根据权利要求3所述的一种变频电动机的差动保护...

【专利技术属性】
技术研发人员：史栓保，
申请(专利权)人：史栓保，
类型：发明
国别省市：内蒙;15