機(jī)械工業(yè)出版社教材配套電子教案電力系統(tǒng)繼電保護(hù)第二版劉學(xué)軍編制第9章電動(dòng)機(jī)和電力電容器的保護(hù)第9章電動(dòng)機(jī)和電力電容器的保護(hù)第9章電動(dòng)機(jī)和電容器的保護(hù)9.1電動(dòng)機(jī)的故障、不正常工作狀態(tài)及其保護(hù)方式9.2廠用電動(dòng)機(jī)保護(hù)9.3同步電動(dòng)機(jī)保護(hù)9.4失磁保護(hù)9.5微機(jī)繼電器電動(dòng)機(jī)保護(hù)原理9.6電力電容器保護(hù)9.1電動(dòng)機(jī)的故障、不正常工作狀態(tài)及其保護(hù)方式在發(fā)電廠廠用機(jī)械中大多數(shù)采用異步電動(dòng)機(jī)，但是，在廠用大容量給水泵和低速磨煤機(jī)等設(shè)備上，則采用同步電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)的主要故障是定子繞組的相間短路，其次是單相接地故障引起一相繞組的匝間短路。9.1電動(dòng)機(jī)的故障、不正常工作狀態(tài)及其保護(hù)方式定子繞組的相間短路是電動(dòng)機(jī)最嚴(yán)重的故障，它會(huì)引起電動(dòng)機(jī)本身的嚴(yán)重?fù)p壞，使供電網(wǎng)絡(luò)的電壓顯著下降，破壞其他用電設(shè)備的正常工作。因此，對于容量為2000kW及其以上的電動(dòng)機(jī)，或容量小于2000kW，但有6個(gè)引出線的重要電動(dòng)機(jī)，都應(yīng)該裝設(shè)縱差保護(hù)。對一般高壓電動(dòng)機(jī)則應(yīng)該裝設(shè)兩相式電流速斷保護(hù)，以便盡快地將故障電動(dòng)機(jī)切除。單相接地對電動(dòng)機(jī)的危害程度取決于供電網(wǎng)絡(luò)中性點(diǎn)的接地方式。對于小接地電流系統(tǒng)中的高壓電動(dòng)機(jī)，當(dāng)接地電容電流大于5～10A時(shí)，若發(fā)生接地故障就會(huì)燒壞繞組和鐵芯，因此應(yīng)該裝設(shè)接地保護(hù)，當(dāng)接地電流大于5A動(dòng)作于信號，當(dāng)接地電流大于10A時(shí)，動(dòng)作于跳閘。9.1電動(dòng)機(jī)的故障、不正常工作狀態(tài)及其保護(hù)方式9.1電動(dòng)機(jī)的故障、不正常工作狀態(tài)及其保護(hù)方式一相繞組匝間短路，會(huì)破壞電動(dòng)機(jī)的對稱運(yùn)行，并使相電流增大。最嚴(yán)重的情況是，電動(dòng)機(jī)的一相繞組全部短接，此時(shí)，非故障相的兩個(gè)繞組將承受線電壓，使電動(dòng)機(jī)遭到損壞。但是，目前還沒有簡單而又完善的方法來保護(hù)匝間短路，所以，一般不裝設(shè)專門的匝間短路保護(hù)。電動(dòng)機(jī)的不正常工作狀態(tài)，主要是過負(fù)荷運(yùn)行。產(chǎn)生過負(fù)荷的原因是：所帶機(jī)械過負(fù)荷；供電網(wǎng)絡(luò)電壓和頻率的降低而使轉(zhuǎn)速下降；熔斷器一相熔斷造成兩相運(yùn)行；電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和自啟動(dòng)的時(shí)間過長。較長時(shí)間的過負(fù)荷會(huì)使電動(dòng)機(jī)溫升超過它的允許值，這樣就加速了繞組絕緣的老化，甚至?xí)㈦妱?dòng)機(jī)燒壞。對于容易發(fā)生過負(fù)荷的電動(dòng)機(jī)應(yīng)該裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù)，動(dòng)作于信號，以便及時(shí)進(jìn)行處理。9.1電動(dòng)機(jī)的故障、不正常工作狀態(tài)及其保護(hù)方式9.1電動(dòng)機(jī)的故障、不正常工作狀態(tài)及其保護(hù)方式電動(dòng)機(jī)電源電壓因某種原因降低時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速將下降，當(dāng)電壓恢復(fù)時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)，將從系統(tǒng)中吸取很大的無功功率，造成電源電壓不能恢復(fù)。為保證重要電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)，應(yīng)裝設(shè)低電壓保護(hù)。9.2廠用電動(dòng)機(jī)保護(hù)對于廠用電動(dòng)機(jī)，容量為2000kW以下時(shí)，一般可以裝設(shè)電流速斷保護(hù)。容量在2000kW及其以上的電動(dòng)機(jī)，或容量小于2000kW，但有6個(gè)引出線的重要電動(dòng)機(jī)，當(dāng)電流速斷保護(hù)不能滿足靈敏系數(shù)的要求時(shí)，都應(yīng)該裝設(shè)縱差保護(hù)。此外，對生產(chǎn)過程中容易發(fā)生過負(fù)荷的電動(dòng)機(jī)應(yīng)該裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù)。9.2.1縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)在小接地電流系統(tǒng)供電網(wǎng)絡(luò)（3～6kV）中，電動(dòng)機(jī)的縱差保護(hù)一般采用兩相式接線，保護(hù)的原理接線圖如圖9-1所示。電動(dòng)機(jī)的縱差保護(hù)由兩個(gè)差動(dòng)繼電器構(gòu)成，保護(hù)裝置瞬時(shí)動(dòng)作于斷路器跳閘。圖9-1電動(dòng)機(jī)縱差保護(hù)原理接線圖高壓電動(dòng)機(jī)縱差保護(hù)所用的電流互感器的變比和型號應(yīng)該相同而且滿足10%誤差曲線的要求。保護(hù)裝置的動(dòng)作電流可以按照躲過電動(dòng)機(jī)額定電流來整定（考慮二次回路斷線），即

(9-1)式中Krel——可靠系數(shù)，當(dāng)采用BCH～2型繼電器時(shí)取1.3，當(dāng)采用DL～11型繼電器時(shí)，取1.5～2；IN——電動(dòng)機(jī)的額定電流；KTA——電流互感器的變比保護(hù)裝置的靈敏系數(shù)可以按照下式進(jìn)行整定,式中為最小運(yùn)行方式下電動(dòng)機(jī)出口兩相短路電流周期分量的有效值。(9-2)9.2.2電流速斷保護(hù)及過負(fù)荷保護(hù)中小容量的電動(dòng)機(jī)一般采用電流速斷保護(hù)作為電動(dòng)機(jī)相間短路故障的主保護(hù)。電流互感器應(yīng)盡可能安裝在斷路器側(cè)。保護(hù)接線如圖9-2所示。

圖9-2電動(dòng)機(jī)的電流速斷保護(hù)原理接線圖(a)兩相電流差接線方式；(b)兩繼電器的兩相式接線方式電動(dòng)機(jī)電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流可以按照下式計(jì)算式中Krel——可靠系數(shù)，對DL－10型繼電器，采用1.4～1.6，對GL—10型繼電器，采用1.8～2；Kcon——接線系數(shù)，當(dāng)采用不完全星形接線時(shí)，取1，當(dāng)采用兩相電流差接線時(shí)，取；Iss——電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流（周期分量）；KTA——電流互感器的變比保護(hù)裝置的靈敏系數(shù)可以按照下式進(jìn)行校驗(yàn)(9-3)(9-4)電動(dòng)機(jī)過負(fù)荷保護(hù)的動(dòng)作電流按躲過電動(dòng)機(jī)額定電流整定，可以按下式計(jì)算

(9-5)式中Krel

——可靠系數(shù)，動(dòng)作于信號時(shí)，取1.05，動(dòng)作于減負(fù)荷時(shí)，取1.2；Kcon——接線系數(shù)；Kre——返回系數(shù)，取0.85；IN——電動(dòng)機(jī)的額定電流過負(fù)荷的動(dòng)作時(shí)限應(yīng)大于電動(dòng)機(jī)帶負(fù)荷的啟動(dòng)時(shí)間，一般取10～15s。9.2.3電動(dòng)機(jī)單相接地保護(hù)在小接地電流系統(tǒng)中的高壓電動(dòng)機(jī)，當(dāng)容量小于2000kW，而接地電容電流大于10A；或容量等于2000kW及其以上，而接地電容電流大于5A時(shí)，應(yīng)裝設(shè)接地保護(hù)，無延時(shí)地作用于斷路器跳閘。高壓電動(dòng)機(jī)單相接地的零序電流保護(hù)裝置的原理接線圖如圖9-3所示。圖中TAN為一環(huán)形導(dǎo)磁體的零序電流互感器。正常運(yùn)行以及相間短路時(shí)，由于零序電流互感器一次側(cè)三相電流的相量和為零，故鐵芯內(nèi)磁通為零，零序電流互感器二次側(cè)無感應(yīng)電動(dòng)勢，因此電流繼電器KAZ中無電流通過，保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。外部單相接地時(shí)，零序電流互感器將流過電動(dòng)機(jī)的電容電流。圖9-3高壓電動(dòng)機(jī)零序電流保護(hù)裝置的原理接線圖保護(hù)裝置的動(dòng)作電流，應(yīng)該大于電動(dòng)機(jī)本身的電容電流，即

(9-6)式中Krel——可靠系數(shù)，取4～5；

Ksen——外部發(fā)生單相接地故障，由電動(dòng)機(jī)本身對地電容產(chǎn)生的流經(jīng)保護(hù)裝置的最大接地電容電流保護(hù)裝置的靈敏系數(shù)可以按下式校驗(yàn)

(9-7)式中3I0C.min——系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下，被保護(hù)設(shè)備上發(fā)生單相接地故障時(shí)，流過保護(hù)裝置TAN的最小接地電容電流9.2.4電動(dòng)機(jī)的低電壓保護(hù)當(dāng)電動(dòng)機(jī)的供電母線電壓短時(shí)降低或短時(shí)中斷又恢復(fù)時(shí)，為了防止電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)使電源電壓嚴(yán)重降低，通常在次要電動(dòng)機(jī)上裝設(shè)低電壓保護(hù)，當(dāng)供電母線電壓降低到一定值時(shí)，延時(shí)將次要電動(dòng)機(jī)切除，使供電母線有足夠的電壓，以保證重要電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)。低電壓保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限分為兩級，一級是為了保證重要電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)，在其他不重要的電動(dòng)機(jī)上裝設(shè)帶0.5s時(shí)限的低電壓保護(hù)，動(dòng)作于斷路器跳閘；另一級是當(dāng)電源電壓長時(shí)間降低或消失時(shí)，對于根據(jù)生產(chǎn)過程和技術(shù)保安等要求不允許自啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，應(yīng)裝設(shè)低電壓保護(hù)，經(jīng)10s時(shí)限動(dòng)作于斷路器跳閘。對于3～6kV高壓廠用電動(dòng)機(jī)的低電壓保護(hù)接線，一般有以下四點(diǎn)基本要求：（1）當(dāng)電壓互感器一次側(cè)發(fā)生一相和兩相斷線或二次側(cè)發(fā)生各種斷線時(shí)，保護(hù)裝置均應(yīng)不動(dòng)作，并應(yīng)發(fā)出斷線信號。但是在電壓回路發(fā)生斷相故障期間，若廠用電母線上電壓真正消失或下降到規(guī)定值時(shí)，低電壓保護(hù)仍應(yīng)正確動(dòng)作。（2）當(dāng)電壓互感器一次側(cè)隔離開關(guān)或隔離觸頭因誤操作被斷開時(shí)，低電壓保護(hù)不應(yīng)誤動(dòng)作，并應(yīng)該發(fā)出信號。（3）0.5s和10s的低電壓保護(hù)的動(dòng)作電壓應(yīng)分別整定。（4）接線中應(yīng)該采用能長期耐受電壓的時(shí)間繼電器。9.2.4電動(dòng)機(jī)的低電壓保護(hù)9.3同步電動(dòng)機(jī)的保護(hù)1kV以上的電動(dòng)機(jī)應(yīng)該裝設(shè)以下幾種保護(hù)：相間短路保護(hù);單相接地保護(hù);低電壓保護(hù);過負(fù)荷保護(hù);非同步?jīng)_擊保護(hù);失步保護(hù);失磁保護(hù);相電流不平衡保護(hù);堵轉(zhuǎn)保護(hù)。9.3.1過負(fù)荷保護(hù)過負(fù)荷保護(hù)的構(gòu)成和異步電動(dòng)機(jī)的相同。保護(hù)的動(dòng)作電流整定為額定電流的1.4～1.5倍：保護(hù)延時(shí)動(dòng)作于信號或跳閘，其動(dòng)作時(shí)限大于同步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間。9.3.2非同步?jīng)_擊保護(hù)同步電動(dòng)機(jī)在電源中斷又重新恢復(fù)時(shí)，由于直流勵(lì)磁仍然存在，會(huì)象同步發(fā)電機(jī)非同步并入電網(wǎng)一樣，受到巨大的沖擊電流和非同步?jīng)_擊力矩。根據(jù)理論分析，在同步電動(dòng)機(jī)的定子電動(dòng)勢和系統(tǒng)電源電動(dòng)勢夾角為135o，滑差接近于零的最不利條件下合閘時(shí)，非同步?jīng)_擊電流可能高達(dá)出口三相短路的1.8倍；非同步?jīng)_擊力矩可能高達(dá)出口三相短路時(shí)沖擊力矩的三倍以上。9.3.2非同步?jīng)_擊保護(hù)在這樣大的沖擊電流和沖擊力矩的作用下可能發(fā)生同步電動(dòng)機(jī)繞組崩斷，絕緣損傷，連軸器扭壞等后果，還可能進(jìn)一步發(fā)展成為電機(jī)內(nèi)部短路的嚴(yán)重事故。因此，規(guī)程規(guī)定：大容量同步電動(dòng)機(jī)當(dāng)不允許非同步?jīng)_擊時(shí)，宜裝設(shè)防止電源短路時(shí)中斷再恢復(fù)時(shí)造成非同步?jīng)_擊保護(hù)。9.3.2非同步?jīng)_擊保護(hù)在這樣大的沖擊電流和沖擊力矩的作用下可能發(fā)生同步電動(dòng)機(jī)繞組崩斷，絕緣損傷，連軸器扭壞等后果，還可能進(jìn)一步發(fā)展成為電機(jī)內(nèi)部短路的嚴(yán)重事故。因此，規(guī)程規(guī)定：大容量同步電動(dòng)機(jī)當(dāng)不允許非同步?jīng)_擊時(shí)，宜裝設(shè)防止電源短路時(shí)中斷再恢復(fù)時(shí)造成非同步?jīng)_擊保護(hù)。同步電動(dòng)機(jī)在電源中斷時(shí)，有功功率方向發(fā)生變化，因而可用逆功率繼電器，作為同步?jīng)_擊保護(hù)。同時(shí)，由于斷電時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速在不斷地降低，反應(yīng)在電機(jī)端電壓上，是其頻率在不斷降低，因此也可以利用反應(yīng)頻率降低，頻率下降速度的保護(hù)作為非同步?jīng)_擊保護(hù)。9.3.2非同步?jīng)_擊保護(hù)9.3.2非同步?jīng)_擊保護(hù)非同步?jīng)_擊保護(hù)應(yīng)確保在供電電源重新恢復(fù)之前動(dòng)作。保護(hù)作用于勵(lì)磁開關(guān)跳閘和再同步控制回路。這樣，電源恢復(fù)時(shí)，由于電機(jī)已滅磁，就不會(huì)遭受非同步?jīng)_擊。同時(shí)，電機(jī)在異步力矩作用下，轉(zhuǎn)速上升，滑差減小，等到滑差達(dá)到允許滑差時(shí)，再給電機(jī)勵(lì)磁，使其在同步力矩的作用下，很快拉入同步。對于不能再同步或根據(jù)生產(chǎn)過程不需要再同步的電動(dòng)機(jī)，保護(hù)動(dòng)作時(shí)應(yīng)用于斷路器和勵(lì)磁開關(guān)跳閘。非同步?jīng)_擊保護(hù)這個(gè)力矩的量值高達(dá)額定力矩的1.5～3倍。它使電機(jī)繞組的端部綁線、電機(jī)的軸和連軸器等部位受到正負(fù)交變的扭矩的反復(fù)作用。扭矩作用時(shí)間一長，將在這些部位的材料中引起機(jī)械應(yīng)力，影響其機(jī)械強(qiáng)度和使用壽命。失磁異步運(yùn)行的主要問題是引起轉(zhuǎn)子繞組（特別是阻尼繞組）的過熱、開焊甚至燒壞。根據(jù)電機(jī)的熱穩(wěn)定極限，允許電機(jī)無勵(lì)磁運(yùn)行的時(shí)間一般為10min。9.3.3失步保護(hù)

同步電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)由于動(dòng)態(tài)穩(wěn)定或靜態(tài)穩(wěn)定破壞，而導(dǎo)致的失步運(yùn)行主要有兩種情況：一種是存在直流勵(lì)磁時(shí)的失步（以下簡稱帶勵(lì)失步）；另一種是由于直流勵(lì)磁中斷或嚴(yán)重減少而引起的失步（以下簡稱失磁失步）。帶勵(lì)異步運(yùn)行的主要問題是出現(xiàn)按轉(zhuǎn)差頻率脈振的同步振蕩力矩（其最大值為最大同步力矩，即一般電機(jī)產(chǎn)品樣本上所提供的最大力矩倍數(shù)所相應(yīng)的值）。從上述分析可以看出，帶勵(lì)失步和失磁失步都需要裝設(shè)失步保護(hù)。失步保護(hù)通常按以下原理構(gòu)成：1．利用同步電機(jī)失步時(shí)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁回路中出現(xiàn)的交流分量同步電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁回路中僅有直流勵(lì)磁電流，而當(dāng)同步電動(dòng)機(jī)失步后，不論是帶勵(lì)失步或是失磁失步，也不論同步電動(dòng)機(jī)是采用直流機(jī)勵(lì)磁或采用可控硅勵(lì)磁，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁回路中都會(huì)出現(xiàn)交流分量，因此利用這個(gè)交流分量，可以構(gòu)成帶勵(lì)失步和失磁失步的失步保護(hù)。機(jī)械工業(yè)出版社9.3.3失步保護(hù)2．利用同步電動(dòng)機(jī)失步時(shí)的定子電流的增大帶勵(lì)失步時(shí)，由于同步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢和系統(tǒng)電源電動(dòng)勢夾角δ的增大，使定子電流也增大，因此可以利用同步電動(dòng)機(jī)的過負(fù)荷保護(hù)兼作失步保護(hù)，反應(yīng)定子電流的增大而動(dòng)作。同步電動(dòng)機(jī)失磁運(yùn)行時(shí)，其定子電流的數(shù)值決定于電動(dòng)機(jī)的短路比、啟動(dòng)電流倍數(shù)、功率因數(shù)和負(fù)荷率。電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流倍數(shù)和功率因數(shù)通常變化不大，因此考慮電動(dòng)機(jī)的定子電流值時(shí)，主要考慮電動(dòng)機(jī)的短路比和負(fù)荷率。電動(dòng)機(jī)的短路比越大，電動(dòng)機(jī)從系統(tǒng)吸取的無功功率越大，故定子電流越大。9.3.3失步保護(hù)9.3.3失步保護(hù)短路比大于1的電動(dòng)機(jī)，負(fù)荷率影響不大，這種電動(dòng)機(jī)的失磁運(yùn)行時(shí)，定子電流可達(dá)額定電流的1.4倍以上，因此，利用電動(dòng)機(jī)的過負(fù)荷保護(hù)兼作失步保護(hù)，保護(hù)能可靠動(dòng)作。但當(dāng)電動(dòng)機(jī)的短路比小于1時(shí)，負(fù)荷率的影響就較大。負(fù)荷率較低時(shí)，定子電流就達(dá)不到額定電流的1.4倍，此時(shí)過負(fù)荷保護(hù)不能動(dòng)作，因此不能利用過負(fù)荷保護(hù)兼作失步保護(hù)。3．利用同步電動(dòng)機(jī)失步時(shí)定子電壓和電流間相角的變化帶勵(lì)失步時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)定子電動(dòng)勢和系統(tǒng)電源電動(dòng)勢間夾角δ發(fā)生變化，因而定子電壓和定子電流間的相間也隨著變化。失磁失步時(shí)，電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的發(fā)送無功功率變?yōu)槲諢o功功率，因而定子電壓和電流間的相角也會(huì)變化。因此利用定子電壓和電流間相角的變化，也可以構(gòu)成失步保護(hù)。失步保護(hù)應(yīng)延時(shí)動(dòng)作于勵(lì)磁開關(guān)跳閘并作用于再同步控制回路。對于不能再同步或根據(jù)生產(chǎn)過程不需要再同步的電動(dòng)機(jī)，保護(hù)動(dòng)作時(shí)應(yīng)作用于斷路器和勵(lì)磁開關(guān)跳閘。9.4失磁保護(hù)

負(fù)荷變動(dòng)達(dá)的同步電動(dòng)機(jī)，當(dāng)用反應(yīng)定子過負(fù)荷的失步保護(hù)時(shí)，應(yīng)增設(shè)失磁保護(hù)，保護(hù)帶時(shí)限動(dòng)作于跳閘。除以上四種保護(hù)外，其他幾種保護(hù)的裝設(shè)原則、構(gòu)成原理及整定計(jì)算和異步電動(dòng)機(jī)基本相同（低電壓保護(hù)的動(dòng)作電壓較異步電動(dòng)機(jī)略低，約為其額定電壓的50%），此外在保護(hù)動(dòng)作跳閘時(shí)，還須斷開勵(lì)磁開關(guān)。9.5微機(jī)電動(dòng)機(jī)保護(hù)原理

以MPS4260微機(jī)電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)裝置和MPS4270微機(jī)電動(dòng)

機(jī)保護(hù)裝置為例介紹微機(jī)電動(dòng)機(jī)保護(hù)原理。1.差動(dòng)保護(hù)

電動(dòng)機(jī)的差動(dòng)保護(hù)主要包括帶時(shí)限的差動(dòng)速斷保護(hù)和比率差動(dòng)保護(hù)，影響差動(dòng)保護(hù)的因素是穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)不平衡電流。

短路電流的非周期分量，特別是電動(dòng)機(jī)剛起動(dòng)時(shí)的暫態(tài)不平衡電流較大，可能造成電動(dòng)機(jī)誤動(dòng)作。

為保證電動(dòng)機(jī)剛起動(dòng)時(shí)、起動(dòng)過程中和起動(dòng)后正常工作時(shí)的差動(dòng)保護(hù)不拒動(dòng)、不誤動(dòng)，又要滿足零敏度要求，因此要設(shè)置帶時(shí)限差動(dòng)速斷保護(hù)和比率差動(dòng)保護(hù)。9.5微機(jī)電動(dòng)機(jī)保護(hù)原理動(dòng)作電流：

的二次值制動(dòng)電流：

的二次值

式中：

表示A、B、C相

分別表示電源側(cè)、中性點(diǎn)側(cè)經(jīng)平衡系數(shù)校正后的電流相量。（1）差動(dòng)速斷保護(hù)

動(dòng)作條件時(shí)限式中——差動(dòng)速斷電流定值；——比率差動(dòng)速斷保護(hù)時(shí)間定值。9.5微機(jī)電動(dòng)機(jī)保護(hù)原理（2）比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作條件

時(shí)限

Ib1——比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作電流值；Ires.b——比率制動(dòng)電流定值；Tb1——比率差動(dòng)保護(hù)的時(shí)間定值；Kb——比率制動(dòng)系數(shù)定值。（3）TA斷線

在ABC三相電源投入工作時(shí)，TA斷線時(shí)差動(dòng)保護(hù)裝置可閉鎖各種保護(hù)并報(bào)警。注意當(dāng)差動(dòng)保護(hù)裝置工作在AC兩相的條件下，即B相保護(hù)和TA不投入，本裝置的TA斷線功能不能投入使用。

差動(dòng)保護(hù)邏輯圖如圖9-4所示。圖中TJ1~TJ4分別為跳閘回路的中間繼電器，S_XXX分別為邏輯壓板，也稱為“軟壓板”控制字中進(jìn)行設(shè)置，以選擇功能是否投入。9.5微機(jī)電動(dòng)機(jī)保護(hù)原理圖9-4差動(dòng)保護(hù)邏輯框圖9.5微機(jī)電動(dòng)機(jī)保護(hù)原理——電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間定值。上式表示，當(dāng)電流繼電器元件檢測到線路從無流狀態(tài)起動(dòng)（超越5%的電動(dòng)機(jī)額定電流）瞬間，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)判別元件QDJ動(dòng)作，并按電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間定值復(fù)歸。9.5微機(jī)電動(dòng)機(jī)保護(hù)原理3.帶時(shí)限的速斷保護(hù)帶時(shí)限的速斷保護(hù)主要作為2000kW以下電動(dòng)機(jī)的主保護(hù)，也可以作為2000kW以上電動(dòng)機(jī)的后備保護(hù)。動(dòng)作判據(jù)為：（在起動(dòng)過程中）（起動(dòng)結(jié)束后）式中——表示A、S、C三相電流有效值中最大值；——電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程中的速斷電流定值；——電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程后的速斷電流定值；——速斷保護(hù)時(shí)限。9.5微機(jī)電動(dòng)機(jī)保護(hù)原理

速斷保護(hù)通過控制字K4270B-1的邏輯壓板決定是否投入，投入后，速斷保護(hù)的動(dòng)作出口為TJ1并可以通過外接壓板決定是否動(dòng)作。4.過流保護(hù)

帶時(shí)限的過流保護(hù)主要作為電動(dòng)機(jī)的后備保護(hù)。，其動(dòng)作判據(jù)為：

式中

表示A、S、C三相電流有效值中最大值；

為過流保護(hù)定值；

為過流保護(hù)時(shí)限。

過流保護(hù)在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間內(nèi)自動(dòng)被閉鎖。過流保護(hù)有控制字K4270B-1的S_GL邏輯壓板決定是否投入，投入后，過流保護(hù)動(dòng)作出口為TJ2并可以通過外接壓板決定是否動(dòng)作。9.5微機(jī)電動(dòng)機(jī)保護(hù)原理5.不平衡保護(hù)

三相電壓不平衡或短相都可以造成電動(dòng)機(jī)燒毀事故，可以采用兩段定時(shí)限負(fù)序過流元件構(gòu)成電動(dòng)機(jī)的不平衡保護(hù)。（1）負(fù)序過流I段保護(hù)元件的動(dòng)作條件為：動(dòng)作電流：

時(shí)限：

式中：

為負(fù)序過流I段電流定值;

為負(fù)序過流I段時(shí)間定值。（2）負(fù)序過流II段保護(hù)元件的動(dòng)作條件為：動(dòng)作電流：

時(shí)限：

式中：

為負(fù)序過流II段電流定值;

為負(fù)序過流II段時(shí)間定值。上式中負(fù)序過流III段保護(hù)分別有控制字K4270B-1的S-121和S-121邏輯壓板是否投入，投入后，分別由控制字K4270B-1的S-121A和S-122A選擇動(dòng)作與報(bào)警還是動(dòng)作與TJ2出口。9.5微機(jī)電動(dòng)機(jī)保護(hù)原理6.接地保護(hù)

由于電動(dòng)機(jī)外殼接地，因此，當(dāng)出現(xiàn)接地故障時(shí)，可能會(huì)造成電動(dòng)機(jī)損毀，設(shè)置以零序TA采集的零序電流作為動(dòng)作電流構(gòu)成零序過流保護(hù)。其動(dòng)作條件為：

動(dòng)作電流：

時(shí)限：

式中：

為零序電流動(dòng)作定值;

為零序過流保護(hù)的時(shí)間定值。零序過流保護(hù)由控制字K4270B-1的S_10邏輯壓板是否投入，投入后，由控制字K4270B-1的S_10A選擇動(dòng)作于報(bào)警，還是動(dòng)作于TJ2出口。9.5微機(jī)電動(dòng)機(jī)保護(hù)原理7.起動(dòng)時(shí)間過長保護(hù)

當(dāng)電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)或滿載起動(dòng)而造成起動(dòng)時(shí)間過長，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間到達(dá)時(shí)，利用正序過流繼電器元件自動(dòng)投入電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間過長保護(hù)。其保護(hù)動(dòng)作條件為：動(dòng)作電流：

時(shí)限：

式中：

為電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間到達(dá)時(shí)的正序過流定值;

電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間。

電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間過長保護(hù)由控制字K42708B-1的S_I1邏輯壓板決定是否投入，投入后。由控制字K42708B-1的S_I1A選擇動(dòng)作于TJ3出口。9.5微機(jī)電動(dòng)機(jī)保護(hù)原理8.正序過負(fù)荷保護(hù)

當(dāng)電動(dòng)機(jī)由于機(jī)械故障、重負(fù)荷或電壓過低等原因使轉(zhuǎn)子處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，電流急劇增大，使電動(dòng)機(jī)在全壓下運(yùn)行容易燒壞。可以設(shè)置反映正序過流繼電器元件實(shí)現(xiàn)堵轉(zhuǎn)的保護(hù)和對稱性過負(fù)荷保護(hù)，該保護(hù)在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間內(nèi)自動(dòng)被閉鎖。

其保護(hù)動(dòng)作條件為：動(dòng)作電流：

時(shí)限：

式中：

為正序過流定值;

為正序過流時(shí)間定值。

正序過負(fù)荷保護(hù)由K42708B-1的S_Idzh邏輯壓板決定是否投入，投入后。由控制字K42708B-1的S_Idzh選擇動(dòng)作于報(bào)警，還是動(dòng)作于TJ3出口。9.5微機(jī)電動(dòng)機(jī)保護(hù)原理9.過熱保護(hù)

電動(dòng)機(jī)會(huì)因過熱而被損毀。根據(jù)正、負(fù)序電流熱效應(yīng)不同的電動(dòng)機(jī)發(fā)熱模型，提供電動(dòng)機(jī)過熱保護(hù)，過熱保護(hù)動(dòng)作條件為：動(dòng)作時(shí)間：

式中：

為反應(yīng)電動(dòng)機(jī)承受過熱能力的電動(dòng)機(jī)發(fā)熱時(shí)間常數(shù)；IN

為電動(dòng)機(jī)額定電流；K1為電動(dòng)機(jī)正序電流發(fā)熱系數(shù)；K2為電動(dòng)機(jī)負(fù)序電流發(fā)熱系數(shù)。

考慮到電動(dòng)機(jī)不是在冷態(tài)起動(dòng)時(shí)的熱累積量，在過熱保護(hù)采用熱積累量元件，熱積累量元件的表達(dá)式為：

過熱保護(hù)的動(dòng)作條件為：9.5微機(jī)電動(dòng)機(jī)保護(hù)原理

為上一時(shí)刻熱積累量

為熱積累量采集時(shí)間間隔。取

=0.1s。

本裝置過熱保護(hù)的動(dòng)作量為過熱比例系數(shù)Kr，

其表達(dá)式為：

過熱保護(hù)動(dòng)作條件為：

過熱保護(hù)報(bào)警條件為：

為過熱報(bào)警比例系數(shù)。過熱保護(hù)由控制字K42708B-1的S_GR邏輯壓板決定是否投入，投入后動(dòng)作于TJ3出口。過熱報(bào)警由控制字K42708B-1的S_GRA選擇報(bào)警功能的投退。本裝置在電動(dòng)機(jī)停運(yùn)后，將電動(dòng)機(jī)的熱積累量按電動(dòng)機(jī)的散熱時(shí)間常數(shù)的指數(shù)規(guī)律散熱。在電動(dòng)機(jī)停運(yùn)后，本裝置提供過熱比例系數(shù)Kr超過比例系數(shù)Krqd時(shí)禁止合閘操作的過熱禁止再起動(dòng)功能。如需要緊急情況下起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，可以通過面板上復(fù)位操作。手動(dòng)將過熱比例系數(shù)Kr清除。9.5微機(jī)電動(dòng)機(jī)保護(hù)原理過熱禁止再起動(dòng)保護(hù)由控制字K42708B-1的S_RQD邏輯壓板決定是否投入，投入后,電動(dòng)機(jī)閉鎖本裝置的合閘操作，并通過DO1出口至操作回路閉鎖其它合閘操作。10.當(dāng)電動(dòng)機(jī)的供電母線電壓短時(shí)降低又恢復(fù)時(shí)，為了防止電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)使電源電壓嚴(yán)重降低，應(yīng)延時(shí)切除次要電動(dòng)機(jī)，保證主要電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)，本裝置提供低電壓保護(hù)。低電壓保護(hù)動(dòng)作條件為：時(shí)限：式中：

為線電壓最大值；

為低電壓定值;

為低電壓保護(hù)的時(shí)間定值。動(dòng)作電壓：9.5微機(jī)電動(dòng)機(jī)保護(hù)原理由控制字K42708B-2的S_QY邏輯壓板決定是否投入，投入后動(dòng)作于TJ4出口。低電壓保護(hù)投入后，由控制字K42708B-2的S_PTDX邏輯壓板決定是否經(jīng)TV斷線閉鎖。11.TV斷線報(bào)警

TV斷線判據(jù)：(1)正序電壓U1小于30V，而任一相電流大于0.3A；

(2)負(fù)序電壓U2大于8V。

上述任一條件滿足，TV斷線延時(shí)1秒報(bào)警，閉鎖低電壓保護(hù)。12.保護(hù)邏輯。保護(hù)邏輯如圖9-5所示。圖中，TJ1~TJ4分別為跳閘回路中間繼電器，S_XXX分別為邏輯壓板，也稱為“軟壓板”。在控制字中設(shè)置，以選擇功能是否投入。

9.5微機(jī)電動(dòng)機(jī)保護(hù)原理9.6電力電容器的保護(hù)本節(jié)討論的電力電容器的保護(hù)是指并聯(lián)電容器組，它的主要作用是利用其無功功率補(bǔ)償工頻交流電力系統(tǒng)中感性負(fù)荷，提高電力系統(tǒng)的功率因數(shù)、改善電網(wǎng)質(zhì)量、降低線路損耗。電容器組一般由許多單臺(tái)小容量的電容器串并聯(lián)組成。安裝時(shí)可以集中于變電所進(jìn)行集中補(bǔ)償，也可以分散到用戶進(jìn)行就地補(bǔ)償。接線方式是并聯(lián)在交流電氣設(shè)備、配電網(wǎng)以及電力線路上。為了抑制高次諧波電流和合閘涌流，并且能夠同時(shí)抑制開關(guān)熄弧后的重燃，一般在電容器組主回路中串聯(lián)接入一只小電抗器。為了確保電容器組停運(yùn)后的人身安全，電容器組均裝有放電裝置，低壓電容器一般通過放電電阻放電，高壓電容器通常用電抗器或電壓互感器作為放電裝置。為了保證電力電容器安全運(yùn)行，與其他電氣設(shè)備一樣，電力電容器也應(yīng)該裝設(shè)適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)裝置9.6.1并聯(lián)電容器組的主要故障及其保護(hù)方式1、并聯(lián)電容器的主要故障（1）電容器組與斷路器之間連線的短路（2）單臺(tái)電容器內(nèi)部極間短路（3）電容器組多臺(tái)電容器故障2、電容器組的不正常運(yùn)行及其保護(hù)方式（1）電容器組過負(fù)荷（2）母線電壓升高（3）電容器組失壓9.6.2電容器組與斷路器之間連線短路故障的電流保護(hù)當(dāng)電容器組與斷路器之間連線發(fā)生短路時(shí)，應(yīng)裝設(shè)反應(yīng)外部故障的過電流保護(hù)，電流保護(hù)可以采用二相二繼電器式或二相電流差接線，也可以采用三相三繼電器式接線。電容器組三相三繼電器式接線的電流保護(hù)原理圖如圖9－6所示。

圖9－6電容器組過電流保護(hù)原理圖

當(dāng)電容器組和斷路器之間連接線發(fā)生短路時(shí)，故障電流使電流繼電器動(dòng)作，常開觸點(diǎn)閉合，接通KT繞組回路，KT觸點(diǎn)延時(shí)閉合，使KM動(dòng)作，其觸點(diǎn)接通斷路器跳閘繞組YR，使斷路器跳閘。過電流保護(hù)也可以用作電容器內(nèi)部故障后的后備保護(hù)，但只有在一臺(tái)電容器內(nèi)部串聯(lián)元件全部擊穿而發(fā)展成相間故障時(shí)才能動(dòng)作。電流繼電器的動(dòng)作電流可以按照下式整定

(9-8)式中Krel——可靠系數(shù)，一般時(shí)限在0.5s以下時(shí)取2.5，較長時(shí)限時(shí)取1.3；Kcon——接線系數(shù)；Kre——返回系數(shù)，當(dāng)采用三相三繼電器或兩相兩繼電器接線時(shí)取1，當(dāng)采用兩相電流差接線時(shí)，取；INC——電容器組的額定電流；KTA——電流互感器的變比保護(hù)的靈敏系數(shù)按照下式校驗(yàn)(9-9)9.6.3電容器組的橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù)電容器組的橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，用于保護(hù)雙三角形連接電容器組的內(nèi)部故障，其原理接線圖如圖9-6所示。在A、B、C三相中，每相都分成兩個(gè)臂，在每個(gè)臂中接入一只電流互感器，同一相兩臂電流互感器二次側(cè)按電流差接線，即流過每一相電流繼電器的電流是該相兩臂電流之差，也就是說它是根據(jù)兩臂中電流的大小來進(jìn)行工作的，所以叫做差動(dòng)保護(hù)。各相差動(dòng)保護(hù)是分相裝設(shè)的，而三相電流繼電器差動(dòng)接成并聯(lián)。由于電容器組接成雙三角形接線，對于同一相的兩臂電容量要求比較嚴(yán)格，應(yīng)該盡量做到相等。對于同一相兩臂中的電流互感器其變比也應(yīng)相同，而且其特性也盡量一致。

圖9-6電容器組的橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù)原理圖在正常運(yùn)行情況下，電流繼電器都不會(huì)動(dòng)作，如果在運(yùn)行中任意一個(gè)臂的某一臺(tái)電容器的內(nèi)部有部分串聯(lián)元件擊穿，則該臂的電容量增大，其容抗減小，因而該臂的電流增大，使兩臂的電流失去平衡。當(dāng)兩臂的電流之差大于整定值時(shí)，電流繼電器動(dòng)作，并經(jīng)過一段時(shí)間后，中間繼電器動(dòng)作，作用于跳閘，將電源斷開。由圖9－6可以看出，差動(dòng)和信號回路是各自分開的，而時(shí)間及出口回路是各相共用的。電流繼電器的整定按以下兩個(gè)原則進(jìn)行計(jì)算：（1）為了防止誤動(dòng)作，電流繼電器的整定值必須躲開正常運(yùn)行時(shí)電流互感器二次回路中由于各臂的電容量配置不一致而引起的最大不平衡電流，即式中Krel——橫差保護(hù)的可靠系數(shù)，取2；

Iunb.max——正常運(yùn)行時(shí)二次回路最大不平衡電流。（2）在某臺(tái)電容器內(nèi)部有50%～70%串聯(lián)元件擊穿時(shí)，保證裝置有足夠的靈敏系數(shù)，即

(9-10)式中Ksen——橫差保護(hù)的靈敏系數(shù)，取1.5；

Iunb——一臺(tái)電容器內(nèi)部50%～70%串聯(lián)元件擊穿時(shí)，電流互感器二次回路中的不平衡電流。

Qc-單臺(tái)電容器的容量，kvar.-單臺(tái)電容器元件擊穿相對數(shù)，取0.5～0.7為了躲開電容器投入合閘瞬間的充電電流，以免引起保護(hù)的誤動(dòng)作，在接線中采用了延時(shí)0.2s的時(shí)間繼電器。橫差動(dòng)保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)是原理簡單、靈敏系數(shù)高、動(dòng)作可靠、不受母線電壓變化的影響，因而得道了廣泛的利用。其缺點(diǎn)是裝置電流互感器太多，對同一相臂電容量的配合選擇比較費(fèi)事。9.6.4中性線電流平衡保護(hù)中性線電流平衡保護(hù)用于保護(hù)雙星形接線電容器