基于变频运行状态的高压电动机保护方法研究

摘要

在世界能源越来越紧缺的今天，对于电力系统来说，节能高效逐渐成为主题。高压变频器以其优越的节能与调节的特性受到人们的重视，并得到了广泛的应用。伴随着电力系统的蓬勃发展，在安全运行上对于高压电动机提出了更高的要求。电动机的安全主要是通过继电保护来保障的。然而传统的、基于工频状态的高压电动机的继电保护则无法适用于变频运行状态，研究出一套适合变频运行状态的高压电动机继电保护方法则可以解决这个问题。 本文根据电力系统继电保护原理、微型机继电保护原理、电动机变频理论，采用电力系统故障分析技术与算法，以工频运行时的高压电动机继电保护研究为起点，研究变频运行状态下，高压电动机的各种故障情况，并对其继电保护进行合理配置。在理论研究的基础上，采用MATLAB/SIMULINK仿真技术，搭建了工频、变频状态下的高压电动机故障仿真模型。通过对输出波形的研究，提出了变频运行状态下的继电保护方案。在变频器末端安装一组宽频采样CT来测量变频运行状态下电流。在变频运行时，电动机低电压保护、过电压保护、过负荷保护、起动时间过长保护可取消。可配置纵差动保护、电流速断保护、接地保护、负序电流保护、堵转保护满足高压电动机的保护要求。 最后进行了现场的应用试验，试验结果证明，本文所研究的高压变频电动机的继电保护方法是有效的，可解决工程实际中高压变频电动机保护配置缺少的问题，提高设备安全运行等级。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究的背景和意义

1．1．1 电力系统的运行状态

1．1．2 继电保护的任务与特性

1．1．3 电动机及变频的应用

1．2 国内外相关研究概况及发展趋势

1．3 变频对电动机保护带来的问题及保护研究现状

1．4 论文主要研究内容

2 工频状态下电动机特性及故障分析

2．1 工频状态下三相异步电动机特性

2．2 工频状态下三相异步电动机故障分析

2．2．1 对称分量法介绍

2．2．2 电力系统中的相序网络

2．2．3 三相异步电动机故障分析

2．3 电动机故障仿真

2．3．1 建立电动机故障仿真模型

2．3．2 电动机各种类型故障的仿真

2．4 本章小结

3 工频状态下电动机的继电保护配置

3．1 电动机纵差动保护

3．1．1 电动机纵差动保护原理

3．1．2 电动机纵差动保护整定计算

3．2 电动机电流速断保护

3．2．1 电流速断保护原理

3．2．2 电流速断保护整定计算

3．3 电动机接地保护

3．3．1 中性点不接地系统的接地保护整定计算

3．3．2 中性点经电阻接地系统的接地保护整定计算

3．4 电动机负序电流保护

3．4．1 保护原理

3．4．2 保护整定计算

3．5 电动机低电压保护

3．6 电动机过电压保护

3．7 电动机过负荷保护

3．8 电动机起动时间过长保护

3．9 电动机堵转保护(正序过电流保护)

3．10 电动机过热保护

3．11 本章小结

4 变频运行时电动机特性及故障分析

4．1 变频运行时电动机特性

4．2 变频运行时电动机故障仿真分析

4．2．1 模型建立

4．2．2 变频运行状态下的电动机仿真

4．3 本章小结

5 变频状态下高压电动机的继电保护配置

5．1 变频装置配置的保护

5．2 变频运行下电动机继电保护配置

5．2．1 互感器的要求

5．2．2 纵差动保护

5．2．3 电流速断保护

5．2．4 电动机接地保护

5．2．5 负序电流保护

5．2．6 电动机低电压保护

5．2．7 电动机过电压保护

5．2．8 电动机过负荷保护

5．2．9 电动机起动时间过长保护

5．2．10 电动机堵转保护

5．2．11 电动机过热保护

5．3 本章小结

6 高压变频电动机继电保护改造试验

6．1 变频运行状态下电动机继电保护配置

6．1．1 电动机纵差动保护

6．1．2 电动机电流速断保护

6．1．3 电动机接地保护

6．1．4 电动机负序保护

6．1．5 电动机堵转保护(正序过流保护)

6．2 装置改造试验

6．2．1 装置改造

6．2．2 现场试验

6．3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢