高壓開關柜保護的穩(wěn)定性設計

1、第一章 高壓開關柜二次線路用電力變壓器的穩(wěn)定性設計第一節(jié) 電力變壓器運行狀態(tài)及保護配置一、變壓器故障及異常運行狀態(tài)在供電工程中，變壓器是重要電氣設備之一，盡管變壓器是靜止設備，結構可靠，故障機會比較少，但運行經(jīng)驗表明，在實際運行中仍可能發(fā)生各種類型的故障和異常運行 狀況，給系統(tǒng)的安全可靠運行帶來嚴重影響，必須根據(jù)變壓器的容量及重要性，裝設性能 良好、運行可靠的保護裝置。變壓器的故障可分為油箱內(nèi)部和油箱外部兩種故障。變壓器油箱內(nèi)部故障主要有 相間短路、單相匝間短路、單相接地故障等。變壓器內(nèi)部故障，不僅會燒毀變壓器，而且 由于絕緣物和油在電弧作用下急劇氣化，容易導致變壓器油箱爆炸。變壓器油箱外部故

2、 障主要是絕緣套管和引出線上的相間短路及單相接地故障。此類故障有可能引起變壓 器絕緣套管爆炸，從而破壞電力系統(tǒng)正常運行。此外，變壓器還可能出現(xiàn)一些異常運行狀態(tài)，如漏油造成的油位下降；由于外部短路引 起的過電流或長時間過負荷、過電壓等，使變壓器繞組過熱，繞組絕緣加速老化，甚至引起內(nèi)部故障，縮短變壓器的使用壽命。因此，對這類異常運行也應采取積極措施加以消除。二、變壓器保護配置（1）瓦斯保護。用來反應變壓器內(nèi)部故障，當變壓器內(nèi)部發(fā)生故障，油分解產(chǎn)生氣體 或當變壓器油面降低時，瓦斯保護應動作。容量在 800kVA及以上的油浸式變壓器一般都應裝設瓦斯保護。（2）縱聯(lián)差動保護。用來反應變壓器內(nèi)部及引出線套

3、管的故障，容量在 10MVA及以上單 臺運行的變壓器、容量在 6.3MVA及以上并列運行的變壓器，都應裝設縱聯(lián)差動保護。（3）電流速斷保護。用來反應變壓器外部短路故障。容量在 10MVA以下單臺運行的變壓器、容量在 6.3MVA以下并列運行的變壓器，一般裝設電流速斷保護。（4）過電流保護。用來反應變壓器內(nèi)部和外部故障，作為縱聯(lián)差動保護或電流速斷保護的后備保護。（5）過負荷保護。用來防止變壓器的對稱過負荷，因此保護裝置只接在某一相的電路中，并且動作于信號。（6）溫度信號裝置。為了監(jiān)視變壓器的上層油溫不超過規(guī)定值（一般為 80）而裝 設。當超過油溫規(guī)定值時，溫度信號裝置動作發(fā)出信號或自動開啟變壓器

4、冷卻風扇。第二節(jié) 變壓器瓦斯保護電力變壓器是利用變壓器油作絕緣和冷卻介質的，因此當變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生各種 故障時，短路電流都會產(chǎn)生電弧，使變壓器油和其他絕緣物分解，產(chǎn)生大量的氣體。利用 這些氣體形成的壓力或沖力可使保護動作。這種反應氣體形成的壓力而動作的保護裝置，叫做瓦斯保護。氣體保護的主要元件是氣體繼電器。氣體繼電器安裝在變壓器油箱與油枕之間的連接官道中，為了使氣體在管道中更好地流動，在安裝具有氣體繼電器的變壓器時，變壓器頂蓋與水平面間應有1%1.5%的坡度；通往繼電器的連接管應具有2%4% 的坡度。這樣當變壓器發(fā)生內(nèi)部故障時，可使氣流易于進入油枕，并能防止氣泡積聚在變壓器的頂蓋內(nèi)。目前國內(nèi)

5、中小型變壓器采用的氣體繼電器是 QJ1-80型。它用開口杯代替了老式的密封浮筒，用干簧觸點代替了水銀觸點，從而有效地防止了由于浮筒漏油而產(chǎn)生的誤動作，并提高了氣體繼電器的防振性能。當發(fā)生輕微故障時，氣體聚集在繼電器的上部，油面下降，開口杯露出油面，這時開 口杯在空氣中的重力加上杯內(nèi)油的重力所產(chǎn)生的力矩，大于平衡重錘所產(chǎn)生的力矩，于 是開口杯降下來，使固定在開口杯上的永久磁鐵接近干簧觸點。當氣體聚積到一定容積 時，干簧觸點接通，發(fā)出輕瓦斯信號。還可通過改變輕瓦斯平衡重錘的位置，使輕瓦斯觸 點動作的氣體容積在 250300CM3的范圍內(nèi)調整。當變壓器油箱內(nèi)發(fā)生嚴重故障時，油、氣流沖擊擋板的力量大于

6、彈簧 的彈力時，擋板傾斜了一個角度，使固定擋板上的永久磁鐵靠近重瓦斯的兩對干簧觸點，干簧觸點接通，發(fā)出跳閘脈沖。重瓦斯動作的油流速度可利用流速整定螺桿 0.71.5m/s的范圍內(nèi)調整。值得注意的是，變壓器初次投入運行時，或由于換油等工作，油中混入少量氣體，經(jīng) 過一段時間后，這些氣體又從油中分離出來，逐漸積聚在氣體繼電器的上部，迫使開口杯 下降，使輕瓦斯動作。此時，可通過氣體繼電器頂部放氣閥 將氣體放出。在故障發(fā)生 后，為便于分析故障原因，可通過放氣閥收集氣體，以便化驗分析瓦斯氣體的成分。為了防止變壓器內(nèi)嚴重故障時因油流不穩(wěn)，造成重瓦斯觸點時斷時通的不可靠動作，必須選用具有自保持電流線圈的出口中

7、間繼電器 在保護動作后，借助于斷路器的輔助觸點 來解除出口回路的自保持。在變壓器加油或換油后及氣體繼電器試驗時，為防止重瓦斯誤動作，可利用切換片 使重瓦斯暫時改接到信號位置。瓦斯保護具有靈敏度高、動作迅速、接線簡單等特點，特別是當變壓器內(nèi)發(fā)生匝間短 路的匝數(shù)很少時，故障回路的電流雖然很大（這時將造成嚴重過熱），但反應在外部電路 的電流變化很小，這時差動保護可能不動作，而瓦斯保護卻能可靠地動作。因此，對于變 壓器油箱內(nèi)部的各類故障，瓦斯保護較差動保護更加靈敏可靠。但應注意的是瓦斯保護 只能反應變壓器油箱內(nèi)部范圍出現(xiàn)的故障，對油箱外部的故障它是不能反應的。第三節(jié) 變壓器縱差保護變壓器的縱差保護主要

8、用來反應變壓器繞組內(nèi)部及其引出線上發(fā)生的各種相間短 路故障。一、變壓器縱差動保護工作原理變壓器兩側都裝設電流互感器，其二次繞組按環(huán)流法接線，即如果兩側電流互感器的同極性端都朝向母線側，則將同極性端子相連，并在兩邊線之間并聯(lián)接入電流繼電器。在繼電器線圈中流過的電流是兩側電流互感器二次電流之差，也就是說差動繼電器是接在差電流回路中的。從理論上講，正常及外部故障時，差動回路中的電流為零。實際上由于兩側電流互 感器的特性不可能完全一致等原因，在正常和外部短路時，差動回路中仍有差電流，即不 平衡電流,要求不平衡電流盡可能地小，確保繼電器不會誤動作。當變壓器內(nèi)部發(fā)生相間故障時，差動繼電器 動作。由于差動保

9、護對區(qū)外故障不會動作，因此差動保護不需要與保護區(qū)外相鄰元件在動作值和動作時限上互相配合，所以在區(qū)內(nèi)故障時，可瞬時動作。二、產(chǎn)生不平衡電流的主要因素及解決措施由于變壓器在結構和運行上的一些特殊性，使它實際上在保護范圍內(nèi)沒有故障時也有較 大的不平衡電流流過繼電器，所以必須設法減小和躲過不平衡電流，以防縱差動保護誤動。 產(chǎn)生不平衡電流的主要原因是變壓器各側的額定電壓和電流的大小及相位不同；變壓器空載合閘時在電源側有很大的勵磁涌流出現(xiàn)；變壓器兩側作差動用的電流互感器不可能采用同型號、同規(guī)格；電流互感器的變比選擇不完全合適等等。以下就分別詳細分析不平衡電流產(chǎn)生的原因及其相應的減小措施。（一）變壓器各側電

10、流相位不同正常運行時差動回路中仍然有很大的不平衡電流流過。為了消除這種不平衡電流的影響，就必須消除差動保護兩臂電流的相位差，通常采用相位補償方法。顯然，如果使變壓器兩側的電流互感器的接線方式倒過來安排，即變壓器星形側的電流互感器二次側按三角線接線，變壓器三角形側的電 流互感器二次側按星形接線，就可以把電流互感器的二次電流相位補償過來，消除因電流相位不同而引起的不平衡電流。（二）兩側電流互感器的型號不同由于變壓器兩側的額定電流與電壓大小不等。因而裝設在兩側的電流互感器型號和規(guī) 格就不同。由于它們的磁化特性不一樣，也將引起不平衡電流。即使對同一型號的電流互感 器，磁化特性基本相同，但在不同飽和程度

11、下也有不同的誤差，越飽和，誤差越大。對于 不同型號的電流互感器，磁化特性不一樣，因此，在不同工作條件下，誤差就會更大。最 嚴重的情況是，當外部短路時，流過最大短路電流,其中一個電流互感器飽和，而另一個電流互感器不飽和，飽和的電流互感器二次電流要小一些，而不飽和的電流互感器二次電流要大一些。 為減少此類不平衡電流的影響，在整定計算時應充分考慮互感器型號的差異。（三）變壓器各側電流互感器的實際變比與計算變比不一致電流互感器是定型產(chǎn)品，其規(guī)格已系列化和標準化，所以實際需要的計算變比與產(chǎn) 品的標準變比不一定相同，在差動回路中也會引起不平衡電流。（四）變壓器的勵磁涌流變壓器空載合閘或外部短路故障切除后電

12、壓恢復時，由于鐵心中總磁通不能突變， 在變壓器電源側繞組中將產(chǎn)生很大的勵磁電流，此時，變壓器鐵心處于高度飽和狀態(tài)，勵磁電流劇烈增大，可達到變壓器額定電流的 68倍，其波形呈尖頂波，并幾乎全部偏于時間軸一側，且含有大量高次諧波分量。由于此電流只流過變壓器電源側繞組，因此在差動回路中必然要出現(xiàn)較大的不平衡電流。（五）變壓器在運行中帶負載調整分接頭在電力系統(tǒng)中，變壓器在運行中要根據(jù)系統(tǒng)電壓的需要改變調壓分接頭，因此，變壓 器的實際運行變比也隨著改變。而差動保護中的電流互感器的選擇，平衡線圈匝數(shù)的確 定，都是根據(jù)變壓器的額定電壓以及額定電流計算得出的。所以當變壓器調壓分接頭改 變時，又會產(chǎn)生新的不平衡

13、電流，而且此不平衡電流與一次電流成正比。為了躲過此不平衡電流的影響，一般是提高差動保護動作電流的整定值。即當整定 值大于各種因素下可能出現(xiàn)的最大不平衡電流時，變壓器差動保護便較少出現(xiàn)正常運行 或區(qū)外故障的誤動作，從而保證了其動作正確性，以上主要考慮（二）、（三）、（五）等情況下不平衡電流的數(shù)值。若要躲過勵磁涌流的影響，仍需使用帶有速飽和變流器的差動繼 電器來解決。綜上所述，在變壓器差動保護中，最突出的矛盾是不平衡電流的增大。第四節(jié) 變壓器的電流電壓保護一、變壓器電流速斷保護對于小容量變壓器，除了應裝設反映變壓器內(nèi)部故障最靈敏而快速的瓦斯保護外， 可在電源側裝設電流速斷保護，以快速反映油箱外部電

14、源側套管及引出線故障。它與瓦斯保護互相配合，構成小容量變壓器的主保護。電流速斷保護雖然具有接線簡單、動作迅速的優(yōu)點，但它存在如下缺點：當系統(tǒng)容量不大時，由于短路電流隨故障點的變化曲線變得更為平坦，使得保護區(qū)很小，甚至保護不 到變壓器電源側的繞組，在電流速斷保護外的故障，如負載側 發(fā)生故障，只能靠過電流保護動作于跳閘，結果延長了動作時間。二、變壓器過電流保護為了反映變壓器外部短路引起的過電流，并作為變壓器本身故障的后備保護，變壓 器均裝設過電流保護。對于單側電源的變壓器，過電流保護的電流互感器安裝在電源側，這樣當變壓器內(nèi)部故障且差動（或速斷）等快速動作的保護裝置拒動時，則由過電流保護經(jīng)過整定時限

15、動作跳變壓器兩側的斷路器。過電流保護可根據(jù)變壓器容量的大小和保護裝置對靈敏度的要求，采用下述某種方 式：過電流保護、帶低電壓起動的過電流保護、復合電壓起動的過流保護。對中小型變壓 器，一般采用前兩種方式。（一）過電流保護這種保護一般用于容量較小的降壓變壓器，保護裝置的動作電流應按躲過變壓器可能出現(xiàn)的最大負載電流（包括電動機自起動的最大電流）來整定。（二）帶低電壓起動的過電流保護在過電流保護靈敏度不能滿足要求時，可以采用低電壓起動的過電流保護。雙側電 源變壓器或多臺并列運行的變壓器，為了降低電流元件的動作值，一般均采用低電壓起 動的過電流保護，其動作電流，可按躲過變壓器的額定電流來整定。低電壓繼

16、電器的動作電壓值應小于正常情況下的最小工作電壓。當?shù)碗妷浩饎拥倪^電流保護靈敏度不能滿足要求時，可以采用復合電壓起動的過電流保護，以提高不對稱相間短路故障時保護的靈敏度。三、過載保護變壓器的過載電流，在大多數(shù)情況下都是三相對稱的，所以過載保護只需在一相上 裝一個電流繼電器。為了防止在外部短路或在短時過載時發(fā)出不必要的信號，過載保護通常都經(jīng)過延時動作于信號。過載保護的動作電流，按躲過額定電流來整定。 過載保護動作時限，應大于過電流保護動作時限。過載保護與過電流保護合用一組電流互感器。第五節(jié) 變壓器的溫度信號裝置變壓器油的溫度越高，劣化速度越快，使用年限減少。當油溫達 115120時，油開 始劣化，

17、而到140150 時劣化更明顯，以致不能使用。油溫越高將促使變壓器繞組絕 緣加速老化影響其壽命。運行中規(guī)定變壓器上層油溫最高允許值為 95正常情況下不應超過 85因此運行中對變壓器的上層油溫要進行監(jiān)視。變壓器油溫的監(jiān)視采用溫度信號裝置。其基本元件是帶電觸點的壓力式溫度計，該溫度計是按流體壓力原理工作的。由受熱器、連接細管和溫度指示表計組成。受熱器插在變壓器頂蓋溫度計孔內(nèi)。溫度指示表計是一只靈敏的流體壓力計，有標尺和可動指示指針及兩個定位指針。連接管是銅質細管，外面包有蛇皮的保護管，與受熱器組成一體，內(nèi)充以乙醚（或氯甲烷、丙酮等）。當被測溫度升高時，受熱器中液體膨脹，溫度指示表計中的流體壓力計感

18、應部分所受壓力增大，指示指針的位置改變，當指示指針達到定位指針預先放置的位置時，使定位指針的一對觸點接通，發(fā)出信號或用來開啟變壓器冷卻風扇。溫度計可用兩個定位指針給定溫度的上、下限而作兩位式調節(jié)，指示指針在兩定位指針之間，若溫度升高達上限，啟動變壓器冷卻風扇；溫度降低到下限，變壓器冷卻風扇停止，起到自動控制變壓器冷卻風扇的作用。第二章 高壓開關柜二次線路用電動機的穩(wěn)定性設計第一節(jié) 電動機的故障種類及保護配置一、電動機的故障和不正常運行方式電動機的故障主要是定子繞組的相間短路、單相接地和匝間短路。電動機的相間短 路會引起電動機的嚴重損壞，并使得供電網(wǎng)絡的電壓顯著降低，影響用戶的正常工作。 因此電

19、動機應裝設相間短路保護裝置，以盡快地切除故障電動機。610kV電動機的供電系統(tǒng)，一般都采用小電流接地方式，所以定子繞組的單相接 地危險性較小。規(guī)程規(guī)定，當電動機的容量為 100kVA以上時，一般應裝設單相接地保 護。同時，對單相接地故障，當接地電流大于 10A時，應裝設單相接地保護。單相接地電 流為 10A及以上時保護裝置一般動作于跳閘；單相接地電流為 10A以下時，保護裝置可 動作于跳閘或信號。匝間短路也會使電動機嚴重損壞，但目前還沒有一種簡單而又完善的保護裝置，所 以實際上不裝設保護裝置。電動機的不正常運行狀態(tài)是過載、過電壓及電壓的短時消失和短路時電壓長期降低。引起過載的原因是：電動機拖動

20、機械部分的過載；供電網(wǎng)絡電壓和頻率降低；熔斷器一相熔斷造成兩相運行；啟動困難以至拖延啟動時間和自啟動等。長時間的過載運行，將使電動機溫升超過允許值，從而加速絕緣老化，甚至將電動機燒壞。二、電動機保護配置工業(yè)企業(yè)大部分使用中、小型電動機，它們的保護應力求簡單、可靠。電壓在 500V以下，特別是容量在 75kW及以下的電動機，廣泛采用自動空氣開關或熔斷器作為電動機的相間故障保護和單相接地保護。如果熔斷器能夠開斷短路電流，還可應用在高壓電動機上。當不能采用熔斷器時，才裝設專用的保護裝置。610kV異步電動機和同步電動機應裝設相間短路保護，并根據(jù)有關規(guī)定裝設單相 接地保護、過載保護和低電壓保護。同步電

21、動機還應裝設失步保護，并在某些情況下裝設防止非同步?jīng)_擊的保護。（一）相間短路保護方式（1）瞬時電流速斷保護。一般用于容量小于 2MW的電動機，保護裝置宜采用兩相式。 容量較小的電動機也可采用一個繼電器接于兩相電流之差，但必須滿足靈敏性要求。（2）縱聯(lián)差動保護。一般用于容量為 2MW及以上的電動機，或容量小于 2MW而中 性點具有分相引出線，裝設電流速斷保護不能滿足靈敏性要求的電動機。容量為 5MW 及以上的電動機，保護裝置應采用三相式；容量為 5MW以下的電動機，保護裝置可采用 兩相式。上述保護裝置應動作于跳閘。對于具有自動滅磁裝置的同步電動機，保護裝置還應 動作于滅磁。（二） 310kV電動

22、機的繼電保護配置電流速斷保護縱聯(lián)差動保護過載保護單相接地保護低電壓保護失步保護第二節(jié) 電動機的相間短路保護一、電流速斷保護目前廣泛采用電流速斷保護作為防止電動機相間短路故障的主要保護?？紤]到大 多數(shù)電動機都是運行于小電流接地系統(tǒng)，因此保護裝置可按兩相式接線構成。（一）電流速斷保護電動機電流速斷保護裝置的原理接線兩相電流差的接線方式，能反應各種相間短路，具有接線簡單、設備最少的優(yōu)點。通常采用 GL-11型（GL-20型）電流繼電器。如兼作過載保護，可采用 GL-14型（GL-24)型）繼電器，其感應部分觸點分開，感應部分的觸點作用于過載時發(fā)信號，速斷部分的觸點作用于斷路器跳閘。當靈敏度能夠滿足要

23、求時，應優(yōu)先采用兩相電流差接線方式。高壓電動機的電流速斷保護裝置，也可采用不完全星形接線方式，這種接線方式不論在什么情況下輸入繼電器的電流皆為所接電流互感器的二次電流，靈敏度相同。與兩相電流差接線比較，可以降低保護的整定值，提高保護的靈敏度。電流速斷保護可以采用DL型，也可以采用 GL型。對于不容易過載的電動機采用 DL型電流繼電器。對于容易過載的電動機，采用 GL-14型（GL-24）電流繼電器，繼電器的瞬動元件作用于斷路器跳閘，繼電器的反時限元件作用于信號，兼作電動機的過載保護。（二）動作電流的整定因為電流速斷保護是無時限跳閘的，因此保護裝置的動作電流應該躲過電動機在全電壓下啟動時的起動電

24、流。（三）靈敏度校驗保護裝置的靈敏度按下式校驗 繼電保護和安全自動裝置技術規(guī)程規(guī)定，最小靈敏系數(shù)不小于 2。電流速斷保護裝置的主要優(yōu)點是簡單、經(jīng)濟，但靈敏度低，在能滿足靈敏度要求的情 況下，可作為電動機相間短路的主保護。二、縱聯(lián)差動保護電動機速斷保護的動作電流是按躲過電動機的起動電流來整定的，而電動機的起動電流比額定電流大得多，這就降低了靈敏度，對電動機內(nèi)部的保護區(qū)間很小。因此，容量為 2MW及以上的電動機，應裝設縱聯(lián)差動保護；容量為 2MW以下并具有 5個引出線的重要電動機，當電流速斷保護的靈敏度不符合要求時也可裝設縱聯(lián)差動保護。在小電流接地系統(tǒng)中，縱聯(lián)差動保護按兩相式接線。電流互感器應具有

25、相同的磁化特性，且在通過電動機的啟動電流時仍然滿足 10%誤差的要求。（一）由兩個 DL型電流繼電器構成的縱聯(lián)差動保護由 DL型電流繼電器構成的縱聯(lián)差動保護裝置經(jīng)中間繼電器作用于跳閘，一方面是因為 DL型電流繼電器觸點容量小，不能直接跳閘；另一方面是因為中間繼電器具有不大的延時，其延時最好在 0.1S (左右，這樣可以躲過電動機在起動時非周期分量的影響。（二）由 BCH-2型繼電器構成的縱聯(lián)差動保護由 BCH-2型繼電器構成的縱聯(lián)差動保護,差動保護選用的電流互感器，即使型號相同，標準變比相等，二次側仍會出現(xiàn)不平衡電流，因此在電動機起動時不平衡電流更大，而且起動電流中的非周期分量使保護的動作有一

26、個不大的延時。為了提高保護的靈敏度和改善保護的性能，采用BCH-2 型繼電器構成縱聯(lián)差動保護，利用繼電器中加強型速飽和變流器的助磁特性來躲過起動電流中非周期分量的影響。因此在具體接線中，可不用平衡繞組。但也可把平衡繞組作為工作繞組而不用差動繞組，這可由整定匝數(shù)的多少來決定。（三）保護裝置的動作電流為了防止二次回路速斷保護誤動作，保護裝置的動作電流應按躲過電動機的額定電 流整定,然后根據(jù)確定的整定匝數(shù)，求得繼電器的實際動作電流。（四）靈敏度校驗保護裝置的靈敏度,根據(jù)繼電保護和安全自動裝置技術規(guī)程規(guī)定，最小靈敏系數(shù)應不小于 2。第三節(jié) 電動機的單相接地保護一、接地保護的裝設原則在小電流接地電網(wǎng)中的

27、高壓電動機，發(fā)生單相接地故障，且接地電流大于 5A時，應 裝設單相接地保護。單相接地電流為 10A及以上時，保護裝置一般動作于跳閘；單相接地電流為 10A以下時，保護裝置可動作跳閘或信號。二、由零序電流互感器構成的接地保護（一）原理接線圖電動機單相接地零序電流保護裝置的原理接線護裝置由一個接于 LJ型零序電流互感器上的繼電器構成。根據(jù)具體情況繼電器可以采用 DD-11型或 DL-11型。（二）整定原則電動機單相接地保護動作電流按大于被保護回路的電容電流整定。第四節(jié) 電動機的過載保護一、電動機的過載及其危害性當電動機的定子電流或轉子電流超過額定值時，電動機處于過載狀態(tài)，必然引起電 動機繞組溫度升

28、高，促使絕緣老化，縮短電動機的使用壽命，但電動機一般并非連續(xù)運行 在額定負載下，且周圍的冷卻空氣溫度也低于容許溫度，同時電動機本身具有一定的過 載能力，所以短時的過載是完全允許的。引起電動機過載一般有下列幾種情況：（1）起動和自起動的時間拖延得過長。在某些原因影響下，起動時負載的阻力矩大于電動機的起動力矩，電動機起動困難，這時電動機繞組中將長時間通過啟動電流，造成電動機過載。（2）運行中的電動機一相斷線。多數(shù)發(fā)生于低壓電動機，如果在額定負載下斷線，一 般約增大到額定電流的 1.62.5倍。（3）對于某些具有變動負載的機械，如起重機、軋鋼機等由于工藝過程的特點而引起 過載。（4）因原料問題產(chǎn)生機

29、械過載，如將濕煤送入碎煤機、磨煤機中也會產(chǎn)生機械過載。 綜上所述，電動機的過載可能是短時性的，也可能是持續(xù)時間較長或是穩(wěn)定性的，持 續(xù)時間較長或是穩(wěn)定的過載對電動機是有危害的。二、電動機的過載能力電動機的過載能力取決于過電流倍數(shù)的大小，當過載的倍數(shù)較小時，允許過載的時間長；當過載倍數(shù)大時，允許過載的時間短。因此，電動機過載保護的特性應與電動機過載特性相配合，即能保護它不允許的過載，又應充分利用電動機的過載能力。三、過載保護裝置電動機的過載保護裝置可以用以下幾種繼電器組成。（一）采用熱繼電器的過載保護工礦企業(yè)中的小型電動機，多采用熱繼電器作為電動機的過電流和過載保護。 熱繼電器的動斷觸點串接于接

30、觸器 KM(的線圈回路中，當電動機過電流而使繞組發(fā)熱時，串接在控制回路內(nèi)的動斷觸點斷開接觸器線圈回路的電源，使電動機停止運行。既能起到過載保護的作用，又能利用電動機的過載特性。（二）由 GL型繼電器組成的過載保護電動機的過載保護裝置可以由 GL型電流繼電器和時間繼電器組成，所以發(fā)電廠的廠用電動機或工礦企業(yè)的電動機，一般過載保護都選用 電流繼電器。因為這種型式的繼電器具有兩對獨立的觸點，可以分別作用于信號和跳閘，而且動作時限長,利用繼電器的瞬動元件作為電動機的相間短路保護，繼電器的反時限部分作為電動機的過載保護，動作于信號。 保護裝置的動作電流應按躲過電動機的額定電流整定，并且考慮到當短時間的過

31、載消失時，在電動機流過額定電流的情況下，繼電器能夠返回，電動機過載保護裝置的動作時間應該根據(jù)以下兩個原則來確定：（1）被保護的電動機在起動時，保護裝置不應動作。（2）在電動機過載時，應該防止電動機的繞組發(fā)熱程度超過該電動機熱特性所容許的極限（此曲線由制造廠供給），在正常起動和自起動的情況下，電動機繞組的溫升是不會超過容許極限的，因此過載保護的動作時限應躲過電動機帶負載啟動的時間，一般選 1015S。對于起動困難的電動機，應該根據(jù)實測的起動或自起動時間，然后整定繼電器的動作時間。對采用 GL繼電器所構成的過載保護裝置，要求定時限部分的時限不小于 15S；對于起動困難的電動機，動作時限要求長一些。

32、GL-12(GL-22), GL-14(GL-24), GL-16(GL-26)型繼電器，其特性完全能夠滿足這些要求。利用 GL型繼電器作為高壓電動機的相間短路和過載保護，其主要優(yōu)點是保護簡單，運行可靠；不足之處是當過電流倍數(shù)不大時，繼電器的動作時限不夠長，不能充分利用電動機的過載能力。第五節(jié) 電動機的低電壓保護一、低電壓保護的用途（一）保證重要電動機的自起動當電壓消失或降低時，電動機的轉速下降，待電壓恢復時，在電動機的繞組內(nèi)開始通過比額定電流大幾倍的自起動電流，這樣的大自起動電流將使電力網(wǎng)的電壓降加大，延 長電壓恢復的過程，使電動機難于達到正常轉速，嚴重時甚至不能自起動。所以，為了保 證重要

33、電動機的自起動，必須在不重要的和次要的電動機上裝設低電壓保護，在電壓消失或降低時動作，將這些電動機從電力網(wǎng)上切除，以減小電力網(wǎng)的電壓降。（二）滿足技術安全及工藝過程的要求根據(jù)生產(chǎn)工藝過程不允許或不需要自起動的電動機，應裝設低電壓保護，一些帶恒 定機械阻力矩的電動機，如卷揚機、磨煤機等，在電壓降低時不可能自起動，這些電動機在電壓降低時也應切除。二、低電壓保護裝置的接線無論是在電壓完全消失時，或者由于電力網(wǎng)內(nèi)的短路故障引起電動機制動時，低電 壓保護的接線方式，應該能夠保證將電動機斷開。為此，低電壓保護的接線應滿足以下 幾點要求：（1）能反應對稱的和不對稱的電壓下降，因為在不對稱短路時電動機也可能被

34、制動， 因而當電壓恢復時也會出現(xiàn)自起動問題。（2）當電壓互感器一次側一相或兩相斷線，二次側各相斷線（如熔斷器熔斷）時，保護 裝置不應誤動作。為此，裝設三相低電壓起動元件，并在第三相繼電器上增設分路熔斷 器。（3）當電壓互感器一次側的隔離開關或隔離觸頭因誤操作而被斷開時，保護裝置應 予以閉鎖，不致誤動作，且應發(fā)出信號。（4）當電壓下降到低電壓保護電壓繼電器的整定值時，保護裝置應能可靠起動，并閉 鎖電壓回路斷線信號裝置，不致誤發(fā)信號。（5）低電壓保護的動作時限應根據(jù)電動機的分類而分別整定。三、低電壓保護的整定原則起動電壓應按電動機的用途來確定。（1）不允許或不需要自起動的電動機，此時動作時間按躲過

35、電動機電流速斷保護和上級變電所引出線的過電流保護的動作時間.（2）需要自起動的電動機，其動作電壓按下式整定 因為一般電力網(wǎng)電壓下降所持續(xù)的時間通常小于 10S。第三章 高壓開關柜二次線路用電力電容器的穩(wěn)定性設計第一節(jié) 電力電容器故障形式及保護的配置一、電容器的故障及異常運行情況為了補償無功功率，降低線路損耗，改善電能質量，必須提高電力網(wǎng)的功率因數(shù)，因 此在工業(yè)企業(yè)中經(jīng)常裝設電力電容器作為無功補償裝置。一臺電力電容器內(nèi)部，由很多 電容器單元串、并聯(lián)組成。當一個單元或幾個單元擊穿或損壞時，電力電容器內(nèi)部產(chǎn)生 的熱量會使箱殼膨脹，若不及時隔離，將會導致箱殼爆裂等事故，所以電力電容器的繼電 保護，除了

36、考慮主絕緣破壞及引線小母線等短路故障外，還需考慮電容器內(nèi)部單元的故 障。（一）電容器運行特點及對保護的要求（1）電容器組工作時沒有過載的可能，所以一般不裝設過載保護。（2）電容器合閘時，暫態(tài)沖擊電流很大，可達到其額定電流的 37倍，但衰減很快，因此電容器的相間短路保護可以做成速斷保護的，但必須使其在合閘沖擊電流的作用下不致于發(fā)生誤動作。（3）電容器從系統(tǒng)上脫離后，其殘余電荷將使電壓仍然存在，其數(shù)值可能等于系統(tǒng)電壓的幅值，這對于運行維護人員是有危險的。因此，為了安全起見，必須裝設放電設備， 對于高壓電力電容器，一般都用電壓互感器作為放電設備。（二）電力電容器出現(xiàn)的故障及異常狀態(tài)的類型電力電容器可

37、能出現(xiàn)的故障及不正常運行狀態(tài)的類型有以下幾種：（1）電容器組和斷路器之間連接線上的短路；（2）電容器內(nèi)部故障及其引出線上的短路；（3）電容器組過電壓；（4）電容器組回路內(nèi)的單相接地故障。二、電力電容器的保護類型及保護裝置的裝設原則為了防止電力電容器爆炸及火災事故，保證安全運行，必須裝設相應的保護裝置。 電力電容器的保護包括內(nèi)部保護和外部保護，內(nèi)部保護作為單臺電容器內(nèi)部擊穿時的保 護，使電容器內(nèi)部串聯(lián)元件在未全部擊穿之前將其從電源上斷開；外部保護用以保護電 容器回路中的短路故障，并作為內(nèi)部故障的后備保護。目前對移相電容器的保護，主要有熔斷器保護、電流保護、差動保護、平衡保護等。第二節(jié) 熔斷器保護

38、一、熔斷器保護的主要形式（一）單臺保護的熔斷器當裝設的電力電容器數(shù)量不多時，可在每臺電力電容器的外部裝設一個熔斷器，當某臺電容器內(nèi)部的串聯(lián)元件擊穿損壞到一定程度時，熔體熔斷，將電源斷 開，使其他與其并聯(lián)的各臺電容器仍能繼續(xù)運行。（二）分組保護的熔斷器當裝設的電力電容器數(shù)量多時，可按電力電容器的容量大小和熔斷器的斷流容量將每相中的電容器分成若干組，而每個熔斷器保護其中一組電容器，當其中有一臺電容器擊穿損壞時，熔體熔斷將該組電容器全部從電源上斷開，以防止故障的擴大。（三）整組保護的熔斷器對于分散裝于高壓配電線路上的 6kV（或 10kV）移相電容器，其容量在 150kvar以下 時，可只裝熔斷器作

39、為整組電容器的主要保護形式。在發(fā)生電容器的內(nèi)部故障和相間短路時，其將整組電容器從電源上切除。二、熔斷器的選擇目前戶內(nèi)式電容器保護所采用的熔斷器，一般是 RN1型熔斷器；戶外式電容器保護一般采用 RW型跌落式熔斷器。熔絲額定電流：采用單臺保護形式的，一般按電容器額定電流的 1.52.0倍選用；采用分組和整組保護形式時，熔絲額定電流按電容器組額定電流的 1.31.8倍選定。對于采用分組保護的電力電容器，一般每組不宜多于 5臺電容器，整組保護容量不宜大于 150300kvar。第三節(jié) 電容器組的電流保護（一）過電流保護工作原理工業(yè)企業(yè)或農(nóng)村變配電所的 10kV或 6kV高壓移相電容器，除了裝設單臺或

40、分組熔斷器作為內(nèi)部故障的保護外，還應裝設外部故障的過電流保護，可采用兩相兩繼電器式或兩相電流差的接線，也可采用三相三繼電器式接線電流保護。當電容器組和斷路器之間連接線發(fā)生短路時，故障電流使電流繼電器動作，其動合 觸點閉合使斷路器 跳閘。過電流保護也可作電容器內(nèi)部故障的后備保護，但只有在一臺電容器內(nèi)部串聯(lián)元件 全部擊穿且發(fā)展成相間故障時才能動作。（二）過電流保護整定及校驗電流繼電器的動作電流 ,保護的靈敏度按下式校驗 Ksen>2第四節(jié) 電容器組的橫聯(lián)差動保護一、分相式橫聯(lián)差動保護（一）工作原理電容器組的橫聯(lián)差動保護用于保護雙三角形連接電容器組的內(nèi)部故障， 每相都分成兩個臂，在每個臂中接入

41、一只電流互感器，同一相兩臂電流互感器二次側按電流差接線，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)比較兩臂中電流的大小來工作的，所以叫做差動保護。各相差動保護分相裝設，而三相電流繼電器觸點接成并聯(lián)形式。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格，應盡量做到相等，因此正常運行情況下兩臂中的電流相等，一相兩臂中的電流互感器變比 應相同，且特性盡量一致，因此流過繼電器的電流為零，故正常運行情況下電流繼電器都不會動作。如果在運行中任意一個臂中的某一臺電容器內(nèi)部有部分串聯(lián)元件擊穿時，則該臂的電容量增大，其容抗減小，故該臂的電流增大，使兩臂的電流失去平衡。當兩

42、臂的電流之差大于整定值時，電流繼電器動作，并經(jīng)過一定時間后，中間繼電器動作，作用于跳閘，將電源斷開。信號繼電器 作為 故障指示。（二）整定計算電流繼電器的整定按以下兩原則進行計算并選取大者。為了防止誤動作，電流繼電器的整定值必須躲過正常運行時電流互感器二次回路中由于各臂電容量配置不一致而引起的最大不平衡電流 ，保證裝置有足夠的靈敏度，為了躲開電容器投入合閘瞬間的充電電流，以免引起保護的誤動作，故在接線中采用了延時 時間繼電器。橫聯(lián)差動保護的優(yōu)點是：原理簡單，靈敏度高，動作可靠，不受母線電壓變化的影響， 因而得到了廣泛的應用；缺點是裝置電流互感器太多，對同一相兩臂電容量的平衡選擇比較繁瑣。二、單

43、繼電器式橫聯(lián)差動保護電容器差動電流保護的另一形式是單繼電器式橫聯(lián)差動保護，也稱中性線電流平衡保護。中性線電流平衡保護用于保護雙星形接線電容器組的內(nèi)部故障，在兩個星形的中性點 之間的連線上，接入電流互感器 ，這種接線方式的原理實質仍是比較每相并聯(lián)支路中電流的大小。當兩組電容器各對應相容量的比值相等， 中性線連接線上的電流為零，而當其中任一臺電容器內(nèi)部故障有擊穿時，中性點連接線上出現(xiàn)的故障電流 使電流繼電器動作，先后起動時間繼電器和中間繼電器，使斷路器跳閘。第四章 高壓開關柜二次線路用自動裝置的穩(wěn)定性設計第一節(jié) 備用電源自動投入裝置一、備用電源自動投入裝置及基本要求（一）備用電源自動投入裝置電力系

44、統(tǒng)對發(fā)電廠廠用電、變電所所用電的供電可靠性要求很高，因為發(fā)電廠廠用電、變電所所用電一旦供電中斷，可能造成整個發(fā)電廠停電，變電所無法正常運行，后果十分嚴重。因此發(fā)電廠、變電所的廠所用電均設置有備用電源。此外，一些重要的工礦企業(yè)用戶為了保證它的供電可靠性，也設置了備用電源（備用變壓器或備用線）。備用電源與備用設備自動投入裝置就是當工作電源因故障被斷開后，能自動而迅速地將備用電源與備用設備投入工作的自動裝置，簡稱 ATS裝置。（二）備用方式第一種備用方正常情況下，母線 I段和母線 II段分別接在變壓器 T1和 T2上，備用變壓器 T0處于備用狀態(tài)，這種接線方式因裝設了專用的備用變壓器，故稱為明備用的

45、接線方式。 第二種備用方式正常運行時，兩臺變壓器 T1和 T2同時運行，母線分段斷路器斷開。當任意一臺變壓器故障而被切除時， ATS裝置動作將 分段斷路器自動投入，保證了低壓兩段母線繼續(xù)運行。這種接線方式稱為暗備用接線方式，即沒有明顯斷開的備用電源，而是在正常情況下工作的分段母線間，靠分段斷路器相互取得備用。（三）備用電源自動投入裝置優(yōu)點采用 ATS裝置后，有如下優(yōu)越性：（1）提高供電可靠性，節(jié)省建設投資。（2）簡化繼電保護。（3）限制短路電流，提高母線殘余電壓。由于 ATS裝置簡單，投資少，可靠性高，同時具有上述優(yōu)點，因而獲得了廣泛應用。 被看作是一種很好的安全、經(jīng)濟措施。（四）對 ATS裝

46、置的基本要求ATS裝置應滿足下列基本要求：（1）ATS裝置應保證在工作電源或設備斷開后，才投入備用電源。其目的是防止備用電源投入到故障元件上，達不到 ATS裝置的作用，反而會擴大故障，加重設備損壞程度。 實現(xiàn)這一要求的措施是：備用電源斷路器的合閘部分由供電元件受電側斷路器的動斷輔助觸點來起動。（2）工作母線或設備上的電壓，不論任何原因消失時，ATS裝置均應動作。（3）ATS裝置應保證只動作一次。當工作母線或其引出線上發(fā)生永久性故障時，繼電保護裝置動作，切除工作電源，投入備用電源。由于故障仍然存在，備用電源的繼電保 護動作，又將備用電源斷開。此后，不允許再次投入備用電源，以免多次投向故障元件，對

47、系統(tǒng)造成再次沖擊而發(fā)生擴大事故。實現(xiàn)這一要求的措施是：控制備用電源斷路器的合閘脈沖，使之只能合閘一次而不能合閘兩次。（1）ATS裝置的動作時間應使負荷的停電時間盡可能地短。從工作母線失去電壓到備用電源投入為止，其間工作母線上有一段停電時間。以用戶電動機來說，停電時間愈短，電動機（2）備用電源無電壓時，ATS裝置不應動作。正常工作情況下，備用電源無電壓時， ATS裝置應退出工作，以避免不必要的動作。當系統(tǒng)發(fā)生故障使得工作母線、備用母線同時失去電壓時， ATS裝置也應不動作。為此，備用電源必須具備有壓鑒定功能。（3）應校驗 ATS裝置動作時過負荷的情況，以及電動機自起動的情況，如備用電源過負荷超過

48、允許限度而不能保證電動機自起動時，應在 ATS裝置動作時自動減負荷。 如果備用電源投于故障，應使其保護加速動作。第二節(jié) 自動重合閘裝置一、自動重合閘裝置作用及基本要求（一）自動重合閘裝置作用在電力系統(tǒng)中，輸電線路。特別是架空線路最容易發(fā)生故障，因此，設法提高輸電線路供電的可靠性是非常重要的，而自動重合閘裝置正是提高輸電線路供電可靠性的有力工具。輸電線路的故障可分為瞬時性故障和永久性故障兩種。電力系統(tǒng)運行經(jīng)驗表明，架 空線路的故障大多數(shù)是瞬時性故障，約占總故障數(shù)的 80%90%以上。由于輸電線路的故障大多是瞬時性故障，因此，若線路因故障被斷開之后再進行一次重合，其恢復供電的成功可能性是相當大的。

49、自動重合閘裝置就是自動、迅速地將被切除的線路斷路器重新自動投入的一種自動裝置，簡稱ARC. 自動重合閘裝置不能判斷故障是瞬時性故障還是永久性故障，因此重合后可能成功，也可能不成功。根據(jù)多年來運行資料的統(tǒng)計，輸電線路 ARC裝置的動作成功率一般可達 60%90%?？梢姴捎米詣又睾祥l裝置來提高供電可靠性的效果是很明顯的。（二）對自動重合閘裝置的基本要求（1）自動重合閘裝置動作應迅速。為了盡量減少對用戶停電造成的損失，要求 ARC裝置動作時間愈短愈好。（2）手動跳閘時不應重合。當運行人員手動操作控制開關或通過遙控使斷路器跳閘時，是屬于正常運行操作，自動重合閘不應動作。（3）手動合閘于故障線路時，繼電保護動作使斷路器跳閘后，不應重合。因為在手動合閘前，線路上還沒有電壓，如果合閘到已存在有故障的線路，則線路故障多屬于檢修質量不合格或忘拆接地線等原因造成的永久性故障，即使重合也不會成功。第五章 高壓開關柜二次線路用微機型繼電保護的穩(wěn)定性設計一、微機型繼電保護的發(fā)展簡介繼電保護是一門新學科，從形成繼電保護的概念到現(xiàn)在也不過百年時間，但其技術 卻有飛速發(fā)展，從初期的機電型保護發(fā)展到今天的微機保護。微機保護的主要優(yōu)點可簡單地概括為：使用