应用变频器的配电系统保护装置如何设置

　　1 应用变频器的配电系统谐波引起保护装置误跳闸的事实

　　事例1 成都国际双流机场在机场改造时，随成套设备由国外带来100 多台75 kW 以上空用晶闸管变频器，配电系统为110 kV 进线，经主变10 kV 配电，配电系统装有漏电保护，由于晶闸管变频器输入电流中含有很高的谐波分量，其中输入电流的5 次谐波达20%，7 次谐波达12%，总的谐波电流失真约为30%，3 的整数倍次谐波电流是零序电流，零序电流在中性线中是相互叠加的。

　　零序使供电系统中的中性线电流很大。当中性线上有较大的谐波电流时，中性导线的阻抗在谐波下能产生大的中性线电压降，此中性线电压降以共模形式产生干扰，有的中性线上的电流还会超过相电流。由于是电缆供电，分布电容较大，对高次谐波为低阻，故漏电流剧增，致使漏电保护经常误跳闸。机场管理人员会同成都市供电局提高了漏电保护整定值，漏电保护不跳闸，但上一级差动保护跳了，发生了与系统解列的事故，经与外商协商，更换GTO变频器为IGBT多重化变频器，谐波达到国家标准要求，漏电保护、差动保护均按国家标准执行。

　　事例2 随着用户各类变频节能设备的广泛应用，使浙江绍兴地区电网的谐波污染问题日趋严重，影响了供电质量。2005 年，电网110 kV 大和变电所，发生主变压器差动保护跳闸，经查找分析发现大和变电所主变压器电流5 次谐波达到10%，之后再对10 kV 出线进行测试，发现有5 条10 kV 线路5次谐波电流超过10%，而其中谐波电流最大的安中线5 次谐波电流达20%。同样还是由于谐波电流过大，而配电线路为电缆，分布电容大，对谐波电流为低阻抗，漏电流超过整定值，经常发生跳闸事故。经供电局同意，提高了整定值，漏电保护不跳了，但上一级差动保护跳闸。因系统中谐波电流普遍存在，故谐波电流造成的电气设备故障与日俱增，潜在的危害大，容易诱发事故。经调查，发现该供线段内的中外合资的友谊特种钢有限公司，新建的年产200 kt不锈钢带钢工程在冶炼过程中，特别是在熔化期，随机且大幅度波动的无功功率会引起供电母线电压的波动，其主要谐波源设备，包括20 t电弧炉3台，25 t精炼炉2台。通过对其电压波动和闪变的评估，波动严重，并构成闪变干扰。为此，在该用户配电设备安装过程中，要求用户配套加装了响应时间约10 ms的SVC 补偿装置，TCR 部分容量为10 000 kvar。

　　该装置投运后，各项指标符合国家标准要求。

　　事例3 湖南怀化集团甲胺生产线共有2 个低压配电房NF71变和NF73变，其中NF71变分别有2 台变压器，容量均为1 600 kV·A，电压等级为6.3 kV/0.4 kV，采用Yyn0 连接方式，阻抗电压百分比为4.3%，2 台变压器长期单独运行。NF73变也分别有2 台变压器，容量均为1 250 kV·A，电压等级为6.3 kV/0.4 kV，采用Yyn0连接方式，阻抗电压百分比分别为4.4%，2 台变压器长期单独运行。因4台变压器下的主要负载都是变频器和部分整流设备，这是主要的谐波源，故分别安装了并联滤波装置。安装之前，根据测试数据分析出 5 次谐波电流为235.6 A（95%概率大值，下同），7次谐波电流为161.2 A，5次、7 次谐波电流均已超出国标值所规定范围，总谐波电流大小为305.9 A，系统功率因数在0.92 左右。在整个测试周期中，系统总电流在665.1~1 023.7 A之间波动，在某些时段内电流短时间的变化幅度特别大，这主要是由于生产工艺对速度、压力等物理量的要求较严格所造成的，对应在这些时段中的谐波电流分量变化也非常大，这就对滤波装置的快速响应能力提出了较高的要求。

　　怀化集团甲胺生产线改造工程在综合考虑以上各方面因素后，选择了上海ZRAF 系列并联有源滤波器。使用并联有源滤波装置后，系统中的各项电能质量指标均达到考核标准，整个生产线的设备运行稳定，原有的变压器和电机出现的温度过高和噪声较大现象均得到明显改善，保护装置也运行正常。怀化集团甲胺生产线因谐波电流影响所导致的各种电气故障，在使用了并联有源滤波装置后得到了明显改善。并联有源滤波装置针对变频器类谐波源的治理效果具体体现为消除谐波电流、降低电气故障率、提高电能使用效率等。随着变频器日益广泛的使用，谐波所造成的电能质量问题越来越受到社会的重视，并联有源滤波装置在治理电能质量问题方面将会有越来越多的应用。

　　事例4 上海浦东金融街电信枢纽工程，装设有100 多台100 kW以上的晶闸管软起动器，谐波电流大也影响保护电路。

　　2 变频器使漏电保护误跳闸原理

　　变频器接入配电系统的主电路及等效电路如图1 所示。

变频器为谐波电流源，如图