電力系統(tǒng)繼電保護

1、電力系統(tǒng)繼電保護的概念及作用

1.1、電力系統(tǒng)的各種故障和不正常運行狀態(tài)

電力系統(tǒng)由很多設(shè)備組成，在電力系統(tǒng)運行過程中，由于各種因素的存在，如自然條件（雷擊、鳥獸害等）、設(shè)備質(zhì)量、運行維護及人為誤操作等，可能出現(xiàn)各種形式的故障和異常運行（工作）狀態(tài)，而一旦設(shè)備出現(xiàn)故障或異常運行狀態(tài)，即將對設(shè)備及設(shè)備所在系統(tǒng)產(chǎn)生種種不良后果甚至嚴重的后果。因此，為了保護設(shè)備及系統(tǒng)的安全，有關(guān)《規(guī)程》規(guī)定：電力系統(tǒng)中所有投入運行的設(shè)備，都必須配置相應(yīng)的繼電保護裝置。

故障：包括各種短路（三相短路K(3)、兩相短路K(2)、單相接地短路K(1)、兩相接地短路K(1.1)）以及電機和變壓器繞組的匝間短路和斷線（單相和兩相），其中三相短路、兩相短路又稱相間短路，單相接地短路、兩相接地短路又稱接地短路，并以三相短路最為危險，以單相接地短路最為常見。

在發(fā)生短路時可能產(chǎn)生以下的后果：

(1)通過故障點的很大的短路電流和所燃起的電弧，使故障元件損壞。

(2)短路電流通過非故障元件，由于發(fā)熱和電動力的作用，引起它們的損壞或縮短它們的使用壽命。

(3)電力系統(tǒng)中部分地區(qū)的電壓大大降低，破壞用戶工作的穩(wěn)定性或影響工廠產(chǎn)品質(zhì)量。

(4)破壞電力系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性，引起系統(tǒng)振蕩，甚至使整個系統(tǒng)瓦解。

不正常運行狀態(tài)：電力系統(tǒng)中電氣元件的正常工作遭到破壞，但沒有發(fā)生故障的運行狀態(tài)。如：過負荷、頻率降低、過電壓、電力系統(tǒng)振蕩等。

事故：系統(tǒng)或其中一部分的正常工作遭到破壞，并造成對用戶少送電或電能質(zhì)量變壞到不能容許的地步，甚至造成人身傷亡和電氣設(shè)備的損壞。

1.2、電力系統(tǒng)繼電保護

電力系統(tǒng)繼電保護是繼電保護技術(shù)或繼電保護裝置的統(tǒng)稱。

繼電保護技術(shù)是一個完整的體系，它主要由電力系統(tǒng)故障分析、繼電保護原理及實現(xiàn)、繼電保護配置設(shè)計、繼電保護運行及維護等技術(shù)構(gòu)成。

繼電保護裝置是能反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)，并動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置。

1.3、繼電保護的基本任務(wù)

(1)自動、迅速、有選擇性地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于繼續(xù)遭到破壞，保證其他無故障部分迅速恢復(fù)正常運行。

(2)反應(yīng)電氣元件的不正常運行狀態(tài)，并根據(jù)運行維護的條件(例如有無經(jīng)常值班人員)，而動作于發(fā)出信號、減負荷或跳閘。

2、繼電保護裝置的基礎(chǔ)元件

2.1、電壓互感器

一、原理

電壓互感器（TV，現(xiàn)場一般稱作PT）是隔離高電壓，供繼電保護、自動裝置和測量儀表獲取一次電壓信息的傳感器。是一種特殊型式的變換器。

   特點： 

① 容量?。ㄍǔＶ挥袔资不驇装俜玻?nbsp;

② 一次電壓（即電網(wǎng)電壓）不受二次電壓的影響 

③ 正常運行時近似空載，二次電壓基本上等于二次感應(yīng)電動勢。

④ 二次側(cè)嚴禁短路，一次、二次一般接有熔斷器保護 

⑤ 二次額定電壓一般為100/√3V、100/3V、100V

二、結(jié)構(gòu)形式：

分為電磁式電壓互感器、電容式電壓互感器、光電式互感器 
  （1）電磁式電壓互感器

  優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，暫態(tài)響應(yīng)特性較好。

 缺點：因鐵芯的非線性特性，容易產(chǎn)生鐵磁諧振，引起測量不準確和造成電壓互感器的損壞。       典型接

  （2）電容式電壓互感器（CVT）

     優(yōu)點：沒有諧振問題，裝在線路上時可以兼作高頻通道的結(jié)合電容器。

     缺點：暫態(tài)響應(yīng)特性較電磁式差。

       帶載波附件的電容式電壓互感器原理接線如圖所示，電容分壓后的電壓經(jīng)T變換輸出。

  （3）光電式互感器

     特點：無飽和，高精度，線性度好，體積小，重量輕，可靠性、安全性高等。 光電互感器的采集器單元（包括電流電壓傳變和信號處理等）與電力設(shè)備的高電壓部分等電位，高低壓之間連接全部使用光纖，將一次電流電壓傳變?yōu)樾‰妷盒盘?，就地轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，通過光纖傳輸給保護、測量和監(jiān)控等設(shè)備使用。
            

電容式電壓互感器

三、誤差

     額定變比:   

    (1）變比誤差

      定義：用電壓互感器測出的電壓nTVU2與實際電壓U1之差與實際電壓U1之比的百分值表示，即：

   (2）角誤差

      角誤差是指電壓互感器一次電壓向量與反向二次電壓向量之間的夾角δ。

   (3）電壓互感器的準確度級

      a: 對于測量用電壓互感器的標準準確度級有：0.1、0.2、0.5、1.0、3.0五個等級

          
      b：繼電保護用電壓互感器的標準準確度級有3P和6P兩個等級 

2.2、電流互感器

一、工作原理

電流互感器（TA，現(xiàn)場一般叫CT）就是把大電流按比例降到可以用儀表直接測量的數(shù)值，以便用儀表直接測量，并作為各種繼電保護的信號源。且其一、二次繞組之間有足夠的絕緣，從而保證所有低壓設(shè)備與高電壓相隔離。 

特點 ：

① 二次側(cè)接的是儀表和繼電器的電流線圈，阻抗很小，接近于短路工作狀態(tài)；

② 二次側(cè)阻抗很小，N2／N1也很小，故對一次側(cè)的電流幾乎無影響，一次側(cè)電流取決于電網(wǎng)負載；

③ I1= N1／N2I2，如測得I2，而N1，N2已知，就可得到I1。

④ 電流互感器運行時，應(yīng)特別注意防止二次繞組開路。 

⑤ 二次額定電流一般為5A、1 A

電流互感器在使用中應(yīng)注意事項：

1、運行中的電流互感器二次側(cè)決不允許開路，在二次側(cè)不能安裝熔斷器、刀開關(guān)。這是因為電流互感器二次側(cè)繞組匝數(shù)遠遠大于一次側(cè)匝數(shù)，在開路的狀態(tài)下，電流互感器相當(dāng)于一臺升壓變壓器。根據(jù)有關(guān)資料顯示，其電壓值可達1000V左右。危及工作人員安全。故在一次側(cè)有電流的情況下，二次側(cè)除了采用相應(yīng)短接措施外（電流互感器在工作時近似處于短路狀態(tài)，故可將K1、K2直接短接并接地），不得施工。切記。

2、電流互感器安裝時，應(yīng)將電流互感器的二次側(cè)的一端（一般是K2）、鐵芯、外殼做可靠接地。以預(yù)防一、二側(cè)繞組因絕緣損壞，一次側(cè)電壓串至二次側(cè)，危及工作人員安全。

3、電流互感器安裝時，應(yīng)考慮精度等級。精度高的接測量儀表，精度低的用于保護。選擇時應(yīng)予注意。

4、電流互感器安裝時，應(yīng)注意極性（同名端），一次側(cè)的端子為L1、L2（或P1、P2），一次側(cè)電流由L1流入，由L2流出。而二次側(cè)的端子為K1、K2（或S1、S2）即二次側(cè)的端子由K1流出，由K2流入。L1與K1，L2與K2為同極性（同名端），不得弄錯，否則若接電度表的話，電度表將反轉(zhuǎn)。

5、電流互感器一次側(cè)繞組有單匝和多匝之分，LQG型為單匝。而使用LMZ型（穿心式）時則要注意銘牌上是否有穿心數(shù)據(jù)，若有則應(yīng)按要求穿出所需的匝數(shù)。注意：穿心匝數(shù)是以穿過空心中的根數(shù)為準，而不是以外圍的匝數(shù)計算（否則將誤差一匝）。

6、電流互感器的二次繞組有一個繞組和二個繞組之分，若有二個繞組的，其中一個繞組為高精度（誤差值較?。┑囊话阕鳛橛嬃渴褂?，另一個則為低精度（誤差值較大）一般用于保護。

7、電流互感器的聯(lián)接線必須采用2.5mm2的銅心絕緣線聯(lián)接，有的電業(yè)部門規(guī)定必須采用4mm2的銅心絕緣線。

二、 電流互感器極性 

在繼電保護中按“減極性”原則標示。即一次電流由“*”端流入電流互感器作為它的假定正方向，而二次電流由“*”端流出電流互感器作為它的假定正方向。如下圖所示：    

三、電流互感器接線方式 

兩相不完全星形接線用于35kV及以下電壓等級小電流接地系統(tǒng) ?？梢垣@得A、C相電流。    

    三相完全星形接線用于110kV及以上電壓等級大電流接地系統(tǒng)，可以獲得三相相電流。 

     三相完全星形接線的中線上可以獲得三相電流之和，即3倍的零序電流。

四、電流互感器的誤差 

如上圖所示：TA的誤差主要來自于勵磁電流，一次電流中有一部分流入勵磁支路而不變換至二次側(cè)。

影響TA誤差的主要因素是二次負載及一次電流大小。

二次負載↑→勵磁電流↑→TA誤差↑

一次電流↑→TA鐵芯趨向飽和→勵磁阻抗下降↓→勵磁電流增大↑→TA誤差增大↑

五、電流互感器的準確度級

   a：測量用電流互感器的準確度級為：0.1、0.2、0.5、1、3、5等六個標準 

   b：保護用電流互感器的準確度級有5P和10P兩個準確度級

2.3、變換器

一、變換器的作用

    保護裝置動作判據(jù)主要為母線電壓（線路電壓）、線路電流。因此需要將母線（線路）電壓互感器、電流互感器輸出的二次電壓、電流再經(jīng)變換器進行線性變換后送入繼電保護裝置的測量電路。變換器的基本作用如下：

   (1)電量變換:將互感器二次側(cè)電壓(額定100V)、電流(額定5A或1A)，轉(zhuǎn)換成弱電壓（數(shù)伏），以適應(yīng)弱電元件的要求。 
   (2)電氣隔離:電流、電壓互感器二次側(cè)的保安、工作接地，是用于保證人身和設(shè)備安全的，而弱電元件往往與直流電源連接，直流回路不允許直接接地，故需要經(jīng)變換器實現(xiàn)電氣隔離。
   (3)調(diào)節(jié)定值:整流型、晶體管型繼電保護可以通過改變變換器一次或二次線圈抽頭來改變測量繼電器的動作值。

二、變換器的分類

繼電保護中常用的變換器有電壓變換器(UV)、電流變換器(UA)和電抗變壓器(UX)，UV作用是電壓變換，UA、UX作用是將電流變換成與之成正比的電壓。

三、電壓變換器(UV)

如上圖所示：UV原方與電壓互感器相聯(lián)，TV二次側(cè)有工作接地，UV副方的“直流地”為保護電源的0V，電容C容量很小，起抗干擾作用 。

    從UV原方看進去，輸入阻抗很大，對于負載而言UV可以看出一個電壓源， UV兩側(cè)電壓成正： 

四、電流變換器（UA）

    如上圖所示：從UA原方看進去，輸入阻抗很小，對于負載而言UA可以看成一個電流源。

    UA二次電流（一般為mA級）與一次電流成正比，二次電流在電阻上形成二次電壓：

五、電抗變壓器（UX） 

                    c 

UX等效電路如圖上所示，UX輸入阻抗很小，串于TA二次回路；對于負載，UX近似為電壓源。UX勵磁阻抗相對于負載來說很小，二次回路近似于開路，可以認為一次電流全部用于勵磁，這樣二次電壓

其中KI 稱為UX的轉(zhuǎn)移阻抗。 與使UA的電壓變換電路不同，UX輸出電壓超前輸入電流一定相位角，具有“電抗特性”。 

2.4、電磁繼電器

一、電磁型繼電器的工作原理

     電磁型繼電器主要有三種不同的結(jié)構(gòu)型式，即螺管線圈式、吸引銜鐵式和轉(zhuǎn)動舌片式，如下圖所示。

    電磁型繼電器的基本工作原理如下：
    當(dāng)在繼電器的線圈3中通入電流IK時，就在鐵芯中產(chǎn)生磁通φ，鐵芯、空氣隙和銜鐵構(gòu)成閉合磁路。銜鐵被磁化后，產(chǎn)生電磁力F和電磁力矩M ，當(dāng)IK足夠大時，電磁力矩足以克服彈簧的反作用力矩，銜鐵被吸向電磁鐵，動合觸點閉合，繼電器動作。
    電磁力矩與電流平方成正比，與通入線圈中電流方向無關(guān)，為一恒定旋轉(zhuǎn)方向力矩。

二、 電磁型電流繼電器(KA) 

      當(dāng)繼電器動作，其動合觸點閉合。

    式中： Me－電磁力矩
           Ms－彈簧力矩
           Mf－摩擦力矩

（動合觸點：當(dāng)繼電器無輸入量時打開，繼電器動作后閉合，也稱為常開接點，意思是常態(tài)時觸點為打開狀態(tài)。）
    當(dāng)  即電流減小到電磁力矩不足以反抗彈簧力矩時，繼電器返回，動合觸點斷開。

    1.動作電流：能使電流繼電器動作的最小電流，以Iact表示；
    2.返回電流：能使電流繼電器返回的最大電流，以Ire表示 。
    3.返回系數(shù)：返回電流與動作電流之比，即

      注：電流繼電器返回系數(shù)小于1，一般為0.85～0.9。

   4.電流繼電器特性：
      當(dāng)輸入電流IK>Iact時，繼電器動作，動合觸點閉合；若IK<Ire，繼電器返回，觸點又斷開。

三、 電磁型電壓繼電器 (KV)

    其線圈所用導(dǎo)線細且匝數(shù)多，流入繼電器中的電流正比與加于繼電器線圈上的電壓。

    1.分類：分為過電壓繼電器和低電壓繼電器
    2.低電壓繼電器的工作原理：電力系統(tǒng)正常運行時，電壓較高，低電壓繼電器動斷觸點斷開，當(dāng)發(fā)生故障，電壓低于動作電壓時，繼電器動作，觸點閉合；故障切除后系統(tǒng)電壓升高時，繼電器返回，觸點再次斷開。（動斷觸點，也稱為常閉：指不加入電壓時其觸點是閉合的。）
     繼電器實際上可分為兩大類：過動作量繼電器（電流繼電器、過電壓繼電器）和欠動作量繼電器（低電壓繼電器）

 四、輔助繼電器 
   1.時間繼電器 （KT)
     作用是以建立保護裝置動作時限 。
     結(jié)構(gòu):

    時間元件有如下功能：

　　          
 　  2.中間繼電器(KCO) 
     作用是以同時接通或斷開幾條獨立回路和用以代替小容量觸點或者帶有不大的延時來滿足保護的需要 。
     結(jié)構(gòu):

     應(yīng)用:

           
    3.信號繼電器 (KX)
   作用是在保護動作時，發(fā)出燈光和音響信號，并對保護裝置的動作情況有記憶作用，以便記錄保護裝置動作情況和分析電力系統(tǒng)故障性質(zhì)、保護動作的正確性。

2.5 現(xiàn)場微機保護裝置:

   采用微機來實現(xiàn)的保護稱為微機保護，具有如下優(yōu)點： 
    （1）可靠性高；
    （2）靈活性強；
    （3）性能改善，功能易于擴充； 
    （4）維護調(diào)試方便；
    （5）有利于實現(xiàn)變電站綜合自動化 
   微機保護裝置從功能上可以分為六個部分，如圖所表示：

　　　　　　
   各部分的功能如下：
    1.模擬量輸入系統(tǒng)（數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) ）——采集由被保護設(shè)備的電流電壓互感器輸入的模擬信號，將此信號經(jīng)過濾波，然后轉(zhuǎn)換為所需的數(shù)字量。
    2.CPU主系統(tǒng)——包括微處理器CPU，只讀存儲器（EPROM）、隨機存取存儲器（RAM）及定時器（TIMER）等 。CPU執(zhí)行存放在EPROM中的程序，對由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輸入至RAM區(qū)的原始數(shù)據(jù)進行分析處理，并與存放于E2PROM中的定值比較，以完成各種保護功能 。
    3.開關(guān)量輸入/輸出回路——由并行口、光電耦合電路及有接點的中間繼電器等組成，以完成各種保護的出口跳閘、信號指示及外部接點輸入等工作。
    4.人機接口部分——包括打印、顯示、鍵盤、各種面板開關(guān)等，其主要功能用于人機對話，如調(diào)試、定值調(diào)整等。
    5.通訊接口——用于保護之間通訊及遠動。
    6.電源——提供整個裝置的直流電源。
3、變壓器保護

3.1、變壓器的故障

   ①油箱內(nèi)的故障：繞組的相間短路、接地短路、匝間短路以及鐵心的燒損等。

   ②油箱外的故障：主要是套管和引出線上發(fā)生相間短路和接地短路。

3.2、變壓器的不正常運行狀態(tài)主要有

①由于變壓器外部相間短路引起的過電流和外部接地短路引起的過電流和中性點過電壓；

   ②由于負荷超過額定容量引起的過負荷以及由于漏油等原因而引起的油面降低。

   ③大容量變壓器在過電壓或低頻率等異常運行方式的過勵磁故障 

3.3、變壓器的保護方式

 （1）瓦斯保護

   ①瓦斯保護作用：反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)的各種故障以及油面的降低
   ②瓦斯保護基本原理：反應(yīng)油箱內(nèi)部所產(chǎn)生的氣體或油流而動作。
   ③瓦斯保護分類：輕瓦斯保護動作于信號，重瓦斯保護動作于跳開變壓器各電源側(cè)的斷路器。
 （2）縱差動保護或電流速斷保護
     作用 ：反應(yīng)變壓器繞組、套管及引出線上的故障。
  上述各保護動作后，均應(yīng)跳開變壓器各電源側(cè)的斷路器。
 （3）反應(yīng)外部相間短路時引起的過電流和作為變壓器的后備保護
   ①過電流保護
   ②復(fù)合電壓起動的過電流保護靈敏度不滿足要求的降壓變壓器上
   ③負序電流及單相式低電壓起動的過電流保護
   ④阻抗保護
  （4）外部接地短路時，

     對中性點直接接地電力網(wǎng)內(nèi)，由外部接地短路引起過電流時，如變壓器中性點接地運行，應(yīng)裝設(shè)零序電流保護。
     對自耦變壓器和高、中壓側(cè)中性點都直接接地的三繞組變壓器，當(dāng)有選擇性要求時，增設(shè)零序方向元件。

 當(dāng)電力網(wǎng)中部分變壓器中性點接地運行，為防止發(fā)生接地短路時，中性點接地的變壓跳開后，中性點不接地的變壓器(低壓側(cè)有電源)仍帶接地故障繼續(xù)運行，應(yīng)根據(jù)具體情況，裝設(shè)專用的保護裝置，如零序過電壓保護，中性點裝放電間隙加零序電流保護等。

  （5）過負荷保護

  （6）過勵磁保護

  （7）其它保護

對變壓器溫度及油箱內(nèi)壓力升高和冷卻系統(tǒng)故障，應(yīng)按現(xiàn)行變壓器標準的要求，裝設(shè)作用于信號或動作于跳閘的裝置。

3.4 變壓器差動保護

1、變壓器差動保護的工作原理
   與線路縱差保護的原理相同，都是比較被保護設(shè)備各側(cè)電流的相位和數(shù)值的大小。   

2、變壓器差動保護與線路差動保護的區(qū)別：
   由于變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)的額定電流不相等再加上變壓器各側(cè)電流的相位往往不相同。因此，為了保證縱差動保護的正確工作，須適當(dāng)選擇各側(cè)電流互感器的變比，及各側(cè)電流相位的補償使得正常運行和區(qū)外短路故障時，兩側(cè)二次電流相等。 例如下圖所示的雙繞組變壓器，應(yīng)使

3、變壓器縱差動保護的特點 

　勵磁涌流的特點及克服勵磁涌流的方法
?。?）勵磁涌流：

在空載投入變壓器或外部故障切除后恢復(fù)供電等情況下，變壓器勵磁電流的數(shù)值可達變壓器額定6～8倍變壓器勵磁電流通常稱為勵磁涌流。

（2）產(chǎn)生勵磁涌流的原因

因為在穩(wěn)態(tài)的情況下鐵心中的磁通應(yīng)滯后于外加電壓90°，在電壓瞬時值u=0瞬間合閘，鐵芯中的磁通應(yīng)為-Φm。但由于鐵心中的磁通不能突變，因此將出現(xiàn)一個非周期分量的磁通+Φm，如果考慮剩磁Φr，這樣經(jīng)過半個周期后鐵心中的磁通將達到2Φm+Φr，其幅值為如圖所示。此時變壓器鐵芯將嚴重飽和，此時變壓器的勵磁電流的數(shù)值將變得很大，達到額定電流的6～8倍，形成勵磁涌流。

（3）勵磁涌流的特點：

   ①勵磁電流數(shù)值很大，并含有明顯的非周期分量，使勵磁電流波形明顯偏于時間軸的一側(cè)。
   ②勵磁涌流中含有明顯的高次諧波，其中勵磁涌流以2次諧波為主。

   ③勵磁涌流的波形出現(xiàn)間斷角。

（4）克服勵磁涌流對變壓器縱差保護影響的措施：

  ①采用帶有速飽和變流器的差動繼電器構(gòu)成差動保護；
   ②利用二次諧波制動原理構(gòu)成的差動保護；
   ③利用間斷角原理構(gòu)成的變壓器差動保護；
   ④采用模糊識別閉鎖原理構(gòu)成的變壓器差動保護。
2、 不平衡電流產(chǎn)生的原因
（1）穩(wěn)態(tài)情況下的不平衡電流
   ①變壓器兩側(cè)電流相位不同
    電力系統(tǒng)中變壓器常采用Y，d11接線方式，因此，變壓器兩側(cè)電流的相位差為30°，如下圖所示，Y側(cè)電流滯后△側(cè)電流30°，若兩側(cè)的電流互感器采用相同的接線方式，則兩側(cè)對應(yīng)相的二次電流也相差30°左右，從而產(chǎn)生很大的不平衡電流。

②電流互感器計算變比與實際變比不同

由于變比的標準化使得其實際變比與計算變比不一致，從而產(chǎn)生不平衡電流。

③變壓器各側(cè)電流互感器型號不同

由于變壓器各側(cè)電壓等級和額定電流不同，所以變壓器各側(cè)的電流互感器型號不同，它們的飽和特性、勵磁電流（歸算至同一側(cè)）也就不同，從而在差動回路中產(chǎn)生較大的不平衡電流。

④變壓器帶負荷調(diào)節(jié)分接頭

變壓器帶負荷調(diào)整分接頭，是電力系統(tǒng)中電壓調(diào)整的一種方法，改變分接頭就是改變變壓器的變比。整定計算中，差動保護只能按照某一變比整定，選擇恰當(dāng)?shù)钠胶饩€圈減小或消除不平衡電流的影響。當(dāng)差動保護投入運行后，在調(diào)壓抽頭改變時，一般不可能對差動保護的電流回路重新操作，因此又會出現(xiàn)新的不平衡電流。不平衡電流的大小與調(diào)壓范圍有關(guān)。

　（2）暫態(tài)情況下的不平衡電流
    暫態(tài)過程中不平衡電流的特點：
    ①暫態(tài)不平衡電流含有大量的非周期分量，偏離時間軸的一側(cè)。
    ②暫態(tài)不平衡電流最大值出現(xiàn)的時間滯后一次側(cè)最大電流的時間（根據(jù)此特點靠保護的延時來躲過其暫態(tài)不平衡電流必然影響保護的快速性，甚至使變壓器差動保護不能接受）。    

3、減小不平衡電流的措施
?。?span style="font-family:Times New Roman">1）減小穩(wěn)態(tài)情況下的不平衡電流
    變壓器差動保護各側(cè)用的電流互感器，選用變壓器差動保護專用的D級電流互感器；當(dāng)通過外部最大穩(wěn)態(tài)短路電流時，差動保護回路的二次負荷要能滿足10%誤差的要求。
?。?span style="font-family:Times New Roman">2）減小電流互感器的二次負荷
    這實際上相當(dāng)于減小二次側(cè)的端電壓，相應(yīng)地減少電流互感器的勵磁電流。減小二次負荷的常用辦法有：減小控制電纜的電阻(適當(dāng)增大導(dǎo)線截面，盡量縮短控制電纜長度)；采用弱電控制用的電流互感器(二次額定電流為lA)等。
　（3）采用帶小氣隙的電流互感器
    這種電流互感器鐵芯的剩磁較小，在一次側(cè)電流較大的情況下，電流互感器不容易飽和。因而勵磁電流較小，有利于減小不平衡電流。同時也改善了電流互感器的暫態(tài)特性。 
?。?span style="font-family:Times New Roman">4）減小變壓器兩側(cè)電流相位不同而產(chǎn)生的不平衡電流采用相位補償

變壓器相間短路的后備保護可采用過電流保護、低電壓起動的過電流保護、復(fù)合電壓起動的過電流保護或負序電流保護等。 

3.5、過電流保護

   1、變壓器過電流保護的單相原理接線如下圖所示。 

  4、保護的靈敏系數(shù)按下式校驗： 

要求：作為近后備保護，取變壓器低壓側(cè)母線為校驗點，要求Ksen=1.5～2.0；作為遠后備保護，取相鄰線路末端為校驗點，要求Ksen≥1.2。

   5、保護的動作時限
    應(yīng)比相鄰元件保護的最大動作時限大一個階梯時限△t。 

3.6、低電壓啟動的過電流保護 

   1、低電壓啟動的過電流保護原理接線如下圖所示。 

   2、低電壓啟動的過電流保護工作原理
    保護的啟動元件包括電流繼電器和低電壓繼電器，只要當(dāng)電流元件和電壓元件同時動作后，才能起動時間繼電器經(jīng)預(yù)定時間后，起動出口中間繼電器動作與跳閘。

4、電動機保護

電動機的故障

主要有定子繞組的相間短路、單相接地短路和一相繞組的匝間短路。

對電動機定子繞組的相間短路應(yīng)裝設(shè)相間短路保護。容量在2MW以下的電動機裝設(shè)電流速斷保護（保護宜采用兩相式）；容量在2MW以上或容量小于2MW但靈敏度不滿足要求的電動機裝設(shè)縱差保護。保護裝置動作于跳閘，對同步電動機還應(yīng)進行滅磁。

   對電動機的單相接地應(yīng)裝設(shè)單相接地短路保護，并動作于跳閘。對3～6kV電動機因電網(wǎng)中性點不接地，只有當(dāng)接地電流大于5A時，才裝設(shè)單相接地保護裝置，動作于跳閘或信號。

   電動機的不正常運行狀態(tài)

有過負荷、相電流不平衡、低電壓、堵轉(zhuǎn)、同步電動機還有異步運行和失磁等。

　　對經(jīng)常過負荷的電動機可裝設(shè)過負荷保護，保護應(yīng)根據(jù)負荷特性，帶時限動作于信號或跳閘。
　　為反應(yīng)相電流的不平衡，對容量為2MW及以上的電動機，可裝設(shè)負序過流保護，動作于信號或跳閘。

   電網(wǎng)電壓降低時，為保證重要電動機的正常運行，在次要電動機上應(yīng)裝設(shè)低電壓保護。此外，在運行中不允許自起動的電動機也應(yīng)裝設(shè)低電壓保護。低電壓保護動作于跳閘。

  　同步電動機需裝設(shè)失步保護和失磁保護。 

   電壓在500V以下的電動機，特別是容量為0.075MW及以下的電動機，廣泛采用熔斷器或自動空氣開關(guān)作為相間短路和單相接地短路保護；用磁力起動器或接觸器中的熱繼電器作為過負荷和兩相運行保護。只有對不能采用熔斷器保護的較大容量高壓電動機，才裝設(shè)專用的保護裝置。

4.1、相間短路保護

一、電流速斷保護
    容量在2000KW以下的電動機上廣泛裝設(shè)電流速斷保護作為相間短路保護，為了在電動機內(nèi)部及電動機與斷路器之間的連接電纜上發(fā)生故障時保護均能動作，電流互感器盡可能安裝在斷路器側(cè)。通常對于不易過負荷的電動機，宜采用兩相不完全星形接線，可采用DL—11型電流繼電器。對易產(chǎn)生過負荷的電動機，宜采用兩相電流差接線，可采用感應(yīng)型電流繼電器（如GL-14型），其中的速斷部分用作相間 短路保護，反時限部分用作過負荷保護 。

二、縱差動保護

   電動機容量在5MW以下時，縱差動保護采用兩相式接線，在5MW以上時，采用三相式接線，以保證一點在保護區(qū)內(nèi)另一點在保護區(qū)外兩點接地時的快速跳閘。

4.2、單相接地保護

中性點非直接接地電網(wǎng)中的高壓電動機，當(dāng)發(fā)生單相接地且接地電流大于5A時，應(yīng)裝設(shè)單相接地保護。
   電動機單相接地保護接線如圖所示，其中TA為零序電流互感器，電纜頭的接地線應(yīng)通過TA鐵心窗口接地。零序電流繼電器KAZ的動作。 
        

4.3、低電壓保護

                 
　                 3～6 kV廠用電動機低電壓保護接線圖

在圖(a)的交流回路中，1QS為電壓互感器一次側(cè)的隔離開關(guān)，當(dāng)電壓互感器停用時，通過輔助觸點1QS1~1QS6將二次回路全部斷開，消除電壓互感器二次側(cè)向一次側(cè)倒送電的可能；同時，通過1QS7觸點解除了圖(b)直流回路的控制電源，防止保護誤動作（注意，此時直流電源監(jiān)視繼電器KVS處于失磁狀態(tài)，光字牌H1亮）。1KVU~3KVU為接于相間電壓上的低電壓繼電器，KV1為接于電壓互感器TV開口三角形繞組上的對地絕緣監(jiān)視繼電器。當(dāng)發(fā)生接地短路時，KV1處于動作狀態(tài)。

   電動機的低電壓保護一般設(shè)兩個時限，以較短的時限（一般取0.5s）跳開次重要電動機，如圖（b）中的時間繼電器1KT；以較長的時限（一般取9～10s）跳開重要電動機，如圖（b）中的時間繼電器2KT。當(dāng)電源三相短路消失或三相電壓降低到低電壓繼電器的動作值時，1KVU、2KVU、3KVU動斷觸點閉合，動合觸點斷開，1KC失磁，于是1KT起動，經(jīng)0.5s，控制電壓“＋”極加于小母線W1上，切除次重要電動機。如電壓仍不能恢復(fù)，則4KVU仍處于動作狀態(tài)，時間繼電器2KT也處于動作狀態(tài)，經(jīng)8～9s，控制電壓“＋”極加于小母線W2上，切除不允許自起動的重要電動機。低電壓保護動作后，光字牌H3亮。
   當(dāng)電壓互感器一次側(cè)或二次側(cè)發(fā)生斷線時，1KVU~3KVU相應(yīng)的動斷觸點閉合，因不是三相斷線，1KVU~3KVU的動合觸點總有一個閉合，于是1KC起動。1KC動作后，一方面斷開了1KT、2KT的起動回路，防止低電壓保護誤動作；另一方面光字牌H1亮，發(fā)出電壓回路斷線信號。

   當(dāng)直流控制電源消失時，KVS失磁，光字牌H1亮

4.4、微機型電動機的保護

一、電流速斷保護
   電流速斷保護，作為電動機相間故障的主保護。該保護分別設(shè)置高靈敏度定值Isdg，低靈敏度定值Isdd。能有效地防止啟動過程中因啟動電流過大引起的誤動，同時還能保證正常運行中保護具有較高的靈敏度。

其動作判據(jù)為：
          Imax= max(Ia ,Ib ,Ic)

            Imax>Isdg       在額定啟動時間內(nèi)

            Imax>Isdd       在額定啟動時間后

二、負序過流保護

    防止電動機電流不對稱，出現(xiàn)較大的負序電流；而負序電流在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生2倍工頻的電流，使轉(zhuǎn)子發(fā)熱大大增加，危及電動機的安全運行。負序過電流保護分兩段：

   （1）負序過電流一段保護

   當(dāng)電動機發(fā)生斷相、反向或匝間短路時，將產(chǎn)生負序電流，裝置根據(jù)負序電流值提供保護。

I2.act.1= (0.6~1) IN ；t2.act.1 按躲過開關(guān)不同期合閘出現(xiàn)的暫態(tài)過程的時間整定。負序過電流一段跳閘動作條件如下：

            I2 > I2.act.1      ；     t > t2.act.1

  式中 I2.act.1——電動機負序電流一段定值(A);

           I2——負序電流(A);

      t2.act.1——負序電流一段保護動作時間(s);

   （2）負序過電流二段保護

    當(dāng)電動機嚴重不平衡,按電動機承受不平衡工況整定.

   其動作判據(jù)為             

                I2 > I2.act.2    ；    t > t2.act.2

  式中 I2.act.2——電動機負序電流二段定值(A);

           I2——負序電流(A);

       t2.act.2——負序電流二段保護動作時間(s);

三、 定子單相接地保護
   對于電動機所在的低壓電網(wǎng)，中性點一般不接地或經(jīng)消弧線圈/電阻接地，其定子單相接地主要由絕緣損壞引起，其零序電流主要為電容電流，采用零序電流互感器獲取電動機的零序電流．構(gòu)成電動機的單相接地保護。為防止在電動機較大的啟動電流下．由于零序不平衡電流引起本保護誤動作，本保護采用了最大相電流Imax作制動量Ibrk，其動作特性見圖。

                                    
四、 堵轉(zhuǎn)保護
   為了保證電動機不因堵轉(zhuǎn)而燒壞，用電動機轉(zhuǎn)速開關(guān)和相電流構(gòu)成堵轉(zhuǎn)保護。其動作條件如下：
             

   條件滿足時，轉(zhuǎn)速開關(guān)觸點閉合。

式中  Idact——堵轉(zhuǎn)保護動作電流整定（A）,

      tdact——堵轉(zhuǎn)保護動作時間。 

   本保護引入電動機轉(zhuǎn)速開關(guān)信號，當(dāng)電動機啟動時，堵轉(zhuǎn)保護元件自動退出。

六、起動時間過長保護 

    當(dāng)電動機在規(guī)定的起動時間內(nèi)沒有完成起動時保護動作。起動時間按下式整定： 

七、 過負荷保護 

   過負荷保護 主要防止由過負荷、定子斷線等引起的電動機過熱，也做電動機短路、起動時間過長、堵轉(zhuǎn)等其他故障的后備保護。其動作判據(jù)如下： 

     式中IL.act 過負荷保護電流動作值(A); 

        tLact 過負荷保護動作時間(s)。 

八、 低電壓保護 
    當(dāng)電源電壓降低或短時中斷，為了保證重要電機自啟動及根據(jù)生產(chǎn)過程和技術(shù)保安要求，電動機需配置低電壓保護；三個線電壓均小于低電壓保護定值，電壓保護動作。TV斷線后設(shè)定閉鎖低電壓保護。其動作判據(jù)如下：
   低壓保護啟動前Umax＞1.05Uact
   式中，Uact——低電壓保護電壓動作值（A）； 

         tact——低電壓保護動作時間（s）。

5、電動機繼電保護計算

5.1、 異步電動機 繼電保護 計算

一、異步電動機 繼電保護方式的選擇

（1）電壓低于是1000V的電動機一般功率不大，重要性較小，可采用下列保護：

① 熔斷器保護：

② 在一臺電動機短路時，斷開幾臺電動機的公用斷路器；

③ 自動空氣開關(guān)作為低電壓保護。

（2）電壓為3～10KV、功率大于150KW、小于2000KW的電動機，應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護；當(dāng)電流速斷保護不能滿足靈敏度要求時需裝設(shè)縱聯(lián)差動保護。

（3）電壓為3～10KV的電動機，若生產(chǎn)過程中易發(fā)生過負荷時，或起動、自起動等條件嚴重時，均應(yīng)裝設(shè)過負荷保護。另外，當(dāng)單相接地電流大于5A時，需裝設(shè)單相接地保護，一般5～10A時可作用于信號，也可作用于跳閘；大于10A時作用于跳閘。

（4）3～35KV網(wǎng)絡(luò)的中性點是不接地的，為保護電動機 ，應(yīng)在電動機母線上裝設(shè)“絕緣監(jiān)視”裝置。

（5）當(dāng)電動機必要裝設(shè)低電壓保護裝置時，可采用在線電壓上的低電壓繼電器將電動機斷開；必要時可采用兩個繼電器的低電壓保護。

二、異步電動機 繼電保護的整定

電壓低于1000V異步電動機的繼電保護整定計算

電壓高于1000V異步電動機的繼電保護整定計算

注：對于一般電動機tdz=(1.1～1.2)tq(其中tdz為保護裝動作時間；tq為電動機起動及自起動時間)。對于傳動風(fēng)機負荷的電動機tdz=(1.2～1.4)Iq  

3、電流速斷保護靈敏度校驗

K（2）m=KmxdI``(3)d·min/Idz≥2，Idz =Idzjnl/kjx  ；其中Kmxd  —相靈敏系數(shù)，I``(3)d·min  —最小運行方式下，電動機出線端三相適中時流過保護安裝處的超瞬變電流（A）；Idz —保護裝置的一次動作電流（A），nl —電流互感器變比；

kjx —接線系數(shù)，接于相電流時取1，接于相電流差時取  3

例：試選擇一臺6KV、380KW電動機的保護。電動機裝在經(jīng)常有人值班的機房內(nèi)，運行過程中有過負荷的可能。已知電動機的額定電流Ied為47.5A，起動電流倍數(shù)kq為4。在最小運行方式下電動機出線端三相短路時，流過保護安裝處的超瞬變電流I``(3)d·min 為6500A，穩(wěn)態(tài)電流I``(3)d·min  為4800A

 解（1）保護裝置的選擇：因電動機在運行過程中有過負荷的可能性，故需裝過負荷保護。電動機由于經(jīng)常有值班人員照顧，因此不需裝防止長時間失壓的低電壓保護。裝設(shè)電流速斷保護和過電流保護（與電流速斷共用一感應(yīng)型電流繼電器）采用接于兩相電流差的DL—11/100型電流繼電器。

（2）保護裝置整定計算及靈敏度校驗：

①電流速斷保護繼電器的動作電流：Idzj=kkkjxkqIed/nl=1.6X   3   X(4X47.5/15)=35.2A ，取40A

保護裝置的一次動作電流為  Idz=Idzjnl=40X15=600A

靈敏度校驗  k(2)m=kmxd I``(3)d·min/Idz= 0.5X6500/600=5.4>2

②過電流保護繼電器的動作電流Idzj=k`kjxIed/khnl=1.25X   3   X (47.5/0.85X15)=8.0A， 取8A

保護裝置的一次動作電流為  Idz=Idzjnl=8X15=120A

靈敏度校驗

K(2)m=Kmxd I``(3)d·min /Idz=0.5X4800/120=11.7>1.5

二、 同步電動機繼電保護計算

1、  同步電動機繼電保護方式的選擇

（1）       電壓為3～10KV、功率小于2000KW的電動機裝設(shè)電流速斷保護；當(dāng)電流速斷保護不能滿足靈敏度要求時應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動保護。

（2）       同異步電動機繼電保護方式的選擇3。

（3）       電壓為3～10KV的電動機，均需裝設(shè)失步保護

2、  同步電動機繼電保護的整定

3、  靈敏度校驗

（1）       電流速斷保護靈敏度校驗：同異步電動機電流速斷保護靈敏度校驗。

（2）       縱聯(lián)差動保護靈敏度校驗：

①     采用BCH—2型差動繼電器時：先確定繼電器的差動線圈和平衡的匝數(shù)：

差動繼電器計算匝數(shù)Wjs  

表8—16同步電動機繼電保護的整定計算

注：同步電動機出線端三相短路時，輸出的超瞬變電流

I``dd(3)=(1.05/x``d+0.95sin∮e)Ied  x``d為同步電動機超瞬變抗標公值；∮e為同步電動機額定功率因數(shù)角；Ied為同步電動機額定電流（A）

Wjs=AW/Idzj 要求Wjs≥W1=Wc      W1=W2

式中：AW0—繼電器動作安匝數(shù)，應(yīng)采用實測值；如無測值，可取60

W1、W2—第一和第二平衡線圈的實用匝數(shù)；

Wc—差動線圈的實用匝數(shù)

 適中線圈的抽頭：一般選取抽頭3—3或2—2；功率大于5000KW的同步電動機可選取2—2或1—1。

再進行保護裝置的靈敏度校驗：

Km(2)=(W1+Wc)/AW0KmxdKjxI``(3)d·min≥2

式中：Kmxd—相對靈敏系數(shù)，

I``(3)d·min—最小運行方式下，電動機出線端三相短路時流過保護安裝處的超瞬變電流（A）；

其它符號同前

②采用DL—11型電流繼電器時：

K(2)m=Kmxd I``(3)d·min/Idz≥2

4、  同步電動機自控設(shè)備基這設(shè)備的整定

（1）低電壓保護裝置的整定：

①用于電源的低電壓繼電器，可采用DJ—122/160型電壓繼電器。

Udzj=(0.6~0.7)Uce

式中：Udzj—電壓繼電器動作電壓整定值（V）

Uce—電網(wǎng)額定電壓（V）

保護裝置動作時限為0.5S。

②用于強勵磁的低電壓繼電器，可采用DJ—122/160型電壓繼電器。

Udzj=0.8ce,動作延時10s 

③用于控制回路和保護與信號回路低電壓繼電器，可采用JT3—11/1型電壓繼電器。

Udzj=0.8Uke，動作延時0.5s

式中：Uke—控制回路和保護信號回路的額定電壓（V）

（2）輔助電動機聯(lián)鎖繼電器時間的整定：考慮輔助電動機的自動起動時間，輔助電動機停車聯(lián)鎖繼電器時間可整定3S左右。

星—三角起動器的選擇

起動器在起動時將電動機 的定子繞組接星形，正常運轉(zhuǎn)時接成三角形，以減小起動電流。

1、  星——三角起動器原理

（1）繞組接成星形起動時：

Uy=U/   3   ,Iy=Ixy=Uy/Z = U/   3  Z   式中：U—三相電源線電壓（V）； Uy—電動機繞組接成Y形的相電壓（V）；Iy、Ixy—電動機繞組接成Ｙ形的線電流和起動相電流；Ｚ—電動機起時的一相等效阻抗。

（２）繞組接成三角形起動時：

Ｕ△—Ｕ，Ｉ△＝　3   Ix△=       3  U△/Z=   3  U/Z

式中：U△—電動機繞組接成△形時的相電壓（V）；I△、Ix△——電動機繞組接成△形時的線電流和起動相電流（A）。

由此得Iy/I△=U/   3  Z/    3  U/Z=1/3

可見，電動機繞組接成Y形起動時的電流要比接成△形時的起動電流小2/3，從而有效地限制起動電流。但

My∝U2y=U2/3,  M△∝U2△=U2 故 My=M△/3 可見，起動轉(zhuǎn)矩卻隨之減小到1/3。

星——三角起動器多用于起動設(shè)備的轉(zhuǎn)矩不大于電動機起動轉(zhuǎn)矩的1/3、功率不大于125KW的三相鼠籠型異步電動機。

三、 自耦減壓起動器的選擇與計算

1、  自耦減壓起動器的選擇

自耦減壓起動器是利用自耦變壓器降低電源電壓，以減小起動電流，同時還能通過選擇自耦變壓器的不同抽頭改起動電流并達到改變起動轉(zhuǎn)矩的目的。通常用于控制320KV以下的三相鼠籠型異步電動機作不頻繁起動、停止之用，具有過載和失壓保護功能，其原理接線如圖所示。

自耦減壓起動器的起動電流和起動轉(zhuǎn)達矩有如下關(guān)系：

I1q=k2Iqe , Mq=k2Mqe

式中：k——自耦變壓器的變比，k=U2/U1<1

I1q——降壓起動時自耦變壓器的一次側(cè)電流（A）；

Iqe——在額定電壓下的起動電流（A）；

Mq——降壓起動時電動機的起動轉(zhuǎn)矩（N·m）

Mqe——在額定電壓正氣起動轉(zhuǎn)矩（N·m）

四、 星——三角變換的節(jié)電計算

當(dāng)電動機負載低于50%時可考△ — Y變換的節(jié)電措施。

1、  △接法改為Y接法后，電動機各種損耗的變化

改成Y接后，電動機相電壓降壓    3  倍，此時鐵耗降低3倍。由于電動機轉(zhuǎn)速基本不彎，故機械損耗基本不變。附加損耗與電流平方成正比，改成Y接法后，由于定子電流較小，所以定子附加損耗不大或加有正點降，功率因數(shù)得到善，達到節(jié)電效果。

 但在電動機轉(zhuǎn)矩不變的條件下，改拉忍氣吞聲轉(zhuǎn)子電流增加了   3  倍，所以轉(zhuǎn)子銅耗也增加了3倍，轉(zhuǎn)子附加損耗會增加。電動轉(zhuǎn)差率增大3倍左右。

2、  改接的條件

β=βlj時，改接意義不大，因為浪費電能負載區(qū)比節(jié)能負載區(qū)大，有功損耗可能增加。β＞βlj時，改接沒有意義。只有β＜βlj時，改接才有意義。β為電動機實際負載率；βlj為臨界負載率，即Y接法與△接法的總損耗相等時的負載率，可按下列公式計算：

（1）       公式一：

βlj=   βlj1/2[（1/ηe-1）Pe—P0△]

式中βlj1=0.67(P0-Pj+K   3  UeI0×10-3)

βlj2=(P0/ηetg￠ —    3  UeI0 10-3)K

符號同前

（b）公式二（簡化計算）

βlj=     0.67PFe△+0.75P0cu△/2[(1/ηe — 1)Pe — P0△]

式中：PFe△—△接法時的鐵耗（KV）

P0cu△—△接法時的空載銅耗（KW）

P0△—△接法時的空載損耗（KW）

其它符號同前。

如用公式一計算，改接后節(jié)約的有功功率（KW）為

△P=2β2[（1/ηe — 1）Pe—P0+（Pe/ηetg￠ —   3  UeI0 ×10-3）K]—0.67(P0—Pj +K   3  UeI0×10-3)

當(dāng)△P＜0時，表示節(jié)電；△P＞0時，表示多用電。

由于電動機極數(shù)不同，故臨界負載率也汀同。為了便于計算，現(xiàn)將部分電動機的臨界負載率列于表5—17，供參考。

改接后節(jié)約的有功功率只能等于或少于額定負載時的總損耗，其計算公式如下

∑△P= Pe[（1-ηe）]/ηe

如Y160M—6，7.5KW電動機，（ηe=86%），總損耗為

∑△P = 7.5[(1 — 0.86)/0.86]=1.22 (KW)

該電動機由△接法改為Y接法后，所節(jié)約的有功功率不會超過1.22KW

表5—17部分電動機的臨界負載率