电机差动保护

什么是差动保护详解 什么是差动保护和电流速断保护和零序电流保护 差动保护的性能非常好，可以瞬时切除全线范围的故障，一般只用于元件保护，如变压器和发电机等。其原理是比较元件两侧的电流大小和方向。 电流速断保护反映相间短路故障，在10~35KV配电线路和小容量变压器上应用广泛。其动作电流按短路电流整定，数值大，只有线路始端故障时的短路电流才会大于其动作电流，即速断保护才会动作，所以其保护范围只限于线路前一部分。 零序电流保护反应接地短路故障，只有接地时才出现零序电流，引起该保护动作。当然要构成该保护，需要用零序电流滤过器（电缆的话要用零序电流互感器）来获得零序电流。 您好，差动保护有线路差动保护、变压器差动保护、母线差动保护等等。 　　差动保护是根据“电路中流入节点电流的总和等于零”原理制成的。 　　差动保护把被保护的电气设备看成是一个接点，那么正常时流进被保护设备的电流和流出的电流相等，差动电流等于零。当设备出现故障时，流进被保护设备的电流和流出的电流不相等，差动电流大于零。当差动电流大于差动保护装置的整定值时，保护动作，将被保护设备的各侧断路器跳开，使故障设备断开电源。 差动保护是输入的两端CT电流矢量差，当达到设定的动作值时启动动作元件。保护范围在输入的两端CT之间的设备（可以是线路，发电机，电动机，变压器等电气设备） 逆相序上面两位已经解释了，有功反向是逆功率而不是逆相序，一般用在发电机保护中。 电流差动保护是继电保护中的一种保护，forclear 说的差动保护和逆相序都是对的。正相序是A超前B,B超前C各是120度。反相序（即是逆相序）是 A 超前C,C超前B各是120度。有功方向变反只是电压和电流的之间的角加上180度，就是反相功率，而不是逆相序。 主要用来保护双绕组或三绕组变压器绕组内部及其引出线上发生的各种相间短路故障，同时也可以用来保护变压器单相匝间短路故障。 　　在绕组变压器的两侧均装设电流互感器，其二次侧按循环电流法接线，即如果两侧电流互感器的同级性端都朝向母线侧，则将同级性端子相连，并在两接线之间并联接入电流继电器。在继电器线圈中流过的电流是两侧电流互感器的二次电流只差，也就是说差动继电器是接在差动回路的。 　　从理论上讲，正常运行及外部故障时，差动回路电流为零。实际上由于两侧电流互感器的特性不可能完全一致等原因，在正常运行和外部短路时，差动回路中仍有不平衡点流Iumb流过，此时流过继电器的电流IK为 　　要求不平衡点流应尽量的小，以确保继电器不会误动。 　　当变压器内部发生相间短路故障时，在差动回路中由于I2改变了方向或等于零（无电源侧），这是流过继电器的电流为I1与I2之和，即 　　能使继电器可靠动作。 变压器差动保护的范围是构成变压器差动保护的电流互感器之间的电气设备、以及连接这些设备的导线。由于差动保护对保护区外故障不会动作，因此差动保护不需要与保护区外相邻元件保护在动作值和动作时限上相互配合，所以在区内故障时，可以瞬时动作。 什么是差动保护详解 什么是差动保护? 差动保护是输入的两端CT电流矢量差，当达到设定的动作值时启动动作元件。保护范围在输入的两端CT之间的设备（可以是线路，发电机，电动机，变压器等电气设备） 电流差动保护是继电保护中的一种保护。 什么是差动保护？ 比较两侧差电流的就是。 差动电流就是指变压器两端的电流差。差动保护就是故障时变压器高低压侧的电流差驱动继电保护设备动作。 变压器的差动保护是利用比较被保护元件两端电流的幅值和相位原理构成的。它在发电机、变压器、母线及大容量电动机上获得广泛应用。被保护元件始端和末端的电流互感器二次回路采用环流法接线。在正常运行和外部发生短路故障时（即穿越性短路故障时，流过继电器的电流为零，保护不动作。当保护元件内部故障时，继电器中有很大的电流流过，继电器将很灵敏的动作，起到保护作用。 什么是差动保护？ 从能量的角度考虑，电力故障就是电能释放转化为热和光等其它能量的过程，从而在故障点两端测得的（相同电压下或变换为同一电压）电流大小和相位必然是不一样的，测得有电流差即有电能释放，即明有故障，保护就应动作。“差动”就是有差即动！ 什么是差动继电器？ 作为保护装置，差动继电器由位于系统中两个不同位置的电流互感器提供反馈信息。差动继电器对电流进行比较，如果存在不同则表示受保护区域内有故障存在。这些装置常被用于保护发电机或变压器的线圈。 大型电动机高阻抗差动保护原理、整定及应用 来源：中国论文下载中心    [ 09-06-04 10:39:00 ]    作者：李德佳    编辑：studa090420 　　Abstract:This paper expatiated the principle, setting and application of high impedance differential protection in large motor with whole solid setting example.The influence of CT ratio error to high impedance differential protection is analyzed, and the measurement of CT ratio error is also introduced. 　　Key words: high impedance differential protection ratio error 　　论文关键词：高阻抗差动保护　匝数比     论文摘要：本文阐述了大型电动机高阻抗差动保护原理及整定原则和整定实例。了CT匝数比误差对高阻抗差动保护的影响，并介绍了匝数比误差的测量方法。 　　1概述 　　高阻抗差动保护的主要优点：1、区外故障CT饱和时不易产生误动作。2、区内故障有较高的灵敏度。它主要作为母线、变压器、发电机、电动机等设备的主保护，在国外应用已十分广泛。高阻抗差动保护有其特殊性，要保证该保护的可靠性，应从CT选型、匹配、现场测试、保护整定等多方面共同努力。现在我国应制定高阻抗差动保护和相应CT的标准，结合现场实际情况编制相应的检验规程，使高阻抗差动保护更好的服务于电网，保证电网安全。 　　2高阻抗差动保护原理及定值整定原则 　　2.1高阻抗差动保护的动作原理： 　　（1）正常运行时：原理图见图1，∵I1=I2 ∴ij=i1-i2=0. 因此，继电器两端电压：Uab= ij×Rj=0. Rj-继电器内部阻抗。 　　电流不流经继电器线圈，也不会产生电压，所以继电器不动作。 　　（2）电动机启动时：原理图见图2，由于电动机启动电流较大，是额定电流的6～8倍且含有较大的非周期分量。当TA1与TA2特性存在差异或剩磁不同，如有一个CT先饱和。假设TA2先饱和，TA2的励磁阻抗减小，二次电流i2减小。由于 ij=i1-i2 导致ij上升，继电器两端电压Uab上升。这样又进一步使TA2饱和，直至TA2完全饱和时，TA2的励磁阻抗几乎为零。继电器输入端仅承受i1在TA2的二次漏阻抗Z02和连接电缆电阻Rw产生的压降。 　　 　　为了保证保护较高的灵敏度及可靠性，就应使Uab减少，也就是要求CT二次漏阻抗降低。这种情况下，继电器的整定值应大于Uab，才能保证继电器不误动。 　　（3）发生区内故障：原理图见图3，i1=Id/n (n－TA1电流互感器匝数比) ij=i1-ie≈i1Uab=ij×Rj≈i1Rj此时，电流流入继电器线圈、产生电压，检测出故障，继电器动作。由于TA1二次电流i1可分为流向CT励磁阻抗Zm的电流ie和流向继电器的电流ij。因此，励磁阻抗Zm越大，越能检测出更小的故障电流，保护的灵敏度就越高。 　　2.2高阻抗差动保护的整定原则及实例 　　（1）整定原则： 　　a)、保证当一侧CT完全饱和时，保护不误动。 　 式中：U－继电器整定值；US－保证不误动的电压值；IKMAX－启动电流值； 　　b)、保证在区内故障时，CT能提供足够的动作电压： 　　Uk≥2US 　　（3） 　　式中：Uk－CT的额定拐点电压。 　　CT的额定拐点电压也称饱和起始电压:此电压为额定频率下的正弦电压加于被测CT二次绕组两端，一次绕组开路，测量励磁电流，当电压每增加10%时，励磁电流的增加不能超过50％。 　　c)、校验差动保护的灵敏度：在最小运行方式下，电动机机端两相短路时，灵敏系数应大于等于2。 　 式中Iprim－保证继电器可靠动作的一次电流；n、Us－同前所述；m－构成差动保护每相CT数目；Ie－在Us作用下的CT励磁电流；Iu－在Us作用下的保护电阻器的电流；Rs－继电器的内阻抗。 转贴于 中国论文下载中心 http://www.studa.net （2）、整定实例： 　　电动机参数：P=7460KW；Ir=816A。CT参数：匝数比n＝600；Rin=1.774Ω；Uk=170V。 　　CT二次侧电缆参数：现场实测Rm=4.21Ω。 　　差动继电器（ABB-SPAE010）参数:整定范围0.4-1.2Un ；Un=50、100、200可选；Rs=6K。 　　计算Us: US=IKMAX(Rin+Rm)/n=10Ir(Rin+Rm)/n=10×816(1.774+4.21)/600=81.38V 　　选取Us=82V 　　校验Uk：∵Uk=170V ∴Us在85V以下即可满足要求。 　　确定继电器定值：选取Un=100;整定点为0.82;实际定值为82V。 　　校验灵敏度：通过查CT及保护电阻器的伏安特性曲线可得在82V电压下的电流：Ie=0.03A Iu=0.006A Iprim=n(Us/Rs+mIe+Iu)=600(82/6000+2×0.03+0.006)=47.8A。 　　由此可见，高阻抗差动保护的灵敏度相当高，这也是该保护的主要优点之一。 　　3高阻抗差动保护的应用 　　3.1高阻抗差动保护在应用中除了应注意： 　　（1）、CT极性及接线应正确；（2）、二次接线端子不应松动；（3）、不应误整定；(4)、CT回路应一点接地等。还应注意：（1）、CT二次应专用；（2）、高阻抗差动保护所用CT是一种特别的保护用CT。为了避免继电器的误动作，对CT有三个要求：励磁阻抗高、二次漏抗低和匝数比误差小。高阻抗差动保护用的CT要点是：依据拐点电压及拐点电压下的励磁电流来确定铁芯尺寸。对于高阻抗差动保护用CT的特性匹配至关重要，在实际选用时应采用同一厂家，同一批产品中特性相近、匝数比相同的CT。 　　3.2下面主要探讨CT匝数比误差对高阻抗差动保护的影响 　　（1）匝数比n为二次绕组的匝数与一次绕组匝数的比值。匝数比的误差εt定义如下： 　　εt＝(n-Kn)/Kn 　　（6） 式中，Kn－标称电流比。 　　国外标准中规定此种CT的匝数比误差为±0.25％。 　　（2）匝数比误差要小： 　　当电动机启动时（见图2），电流互感器TA2未饱和，CT的二次电流接近于匝数比换算得来的数值，这是由于TA2未饱和时励磁阻抗较高的原因。一般情况下高阻抗差动保护用CT励磁阻抗为几十千欧姆的数量级。如果匝数比的分散性很大，TA1和TA2的二次电流i1和i2不能互相抵消，该差值电流ij流经继电器线圈，即成为产生误动作的原因。 　　（3）、匝数比误差规定为±0.25％，对于不同匝数比CT不尽合理。匝数较大CT容易满足该规定并且能保证保护不发生误动作。匝数较小CT即使满足该规定，在电动机启动时的差电压也较大，足以造成保护误动作。 　　下面列举两个例子：          　　a).两侧CT匝数比均满足±0.25％。假设：n1=3609(正误差)；n2=3591(负误差)。 　　匝数比误差产生的不平衡电流：ij=(10×3600/3591-10×3600/3609)=0.05A 　　继电器两端不平衡电压：Uj=ij×Rs=0.05×6000=300V 　　Uj大于继电器整定值，保护在这种情况下将不可避免的发生误动作。 　　b). 两侧CT匝数比相对误差满足±0.25。假设：n1=3609；n2=3600。 　　匝数比误差产生的不平衡电流： 　　ij=(10×3600/3600-10×3600/3609)=0.025A 　　继电器两端不平衡电压：Uj=ij×Rs=0.025×6000=150V 　　Uj小于继电器整定值，可满足工程要求。 　　例2：所有参数与整定计算实例相同。 　　a).两侧CT匝数比均满足±0.25％。 　　设：n1=601(正误差) ；n2=599(负误差)。 　　匝数比误差产生的不平衡电流： 　     　　Uj远大于继电器整定值（82V），保护将发生误动作。 　　b). 两侧CT匝数比相对误差满足±0.25％，假设：n1=601 n2=600 　　匝数比误差产生的不平衡电流： 　    　　Uj=ij×Rs=0.0226×6000=135V 　　Uj仍大于继电器整定值，保护将发生误动作。 　　通过上述两例足以说明对于高阻抗差动保护CT选择的苛刻条件，选择时应遵守CT匝数比误差相近的原则。建议在整定原则中增加继电器整定电压应大于由于匝数比误差产生的差电压，以保证高阻抗差动保护的可靠性。 　　3.3匝数比误差的测量 　　测量的方法有两种： 　　第一种：在CT二次侧短路状态下，测量流经额定一次电流i1时的比值差f1,设此时励磁电流为i0，则 f1=－εt－i0/i1 　　二次回路连接与二次绕组阻抗相等的负荷，在额定一次电流的1/2电流下测量比值差f2,这时仍设励磁电流为i0,则 f2=－εt－2i0/i1 　　匝数比误差为：εt＝f2－2f1 　　第二种方法：在测量CT伏安特性的同时测量一次绕组的电压。 　　一次绕组开路，二次绕组加电压，测量一次绕组的电压，如图5。 　　CT匝数比n=U1/U2;匝数比误差εt＝(U1/U2－Kn)/Kn。 基于故障分量原理的电动机差动保护装置 采用故障分量原理设计了一种微机保护装置，介绍了基于该技术的保护装置弥补已有的电动机综合保护装置的不足，与电动机综合保护装置相结合能满足大型高压电动机对保护的要求。并通过与传统差动保护的比较，说明采用故障分量作为制动量的差动保护所具备的优越性。对保护装置的硬件设计，以及保护原理进行了介绍，并给出了对信号处理的算法。     关键词：微机保护；故障分量；比率差动；傅氏算法 A Motor Differential Protection Device Based on Fault Component BI Rui , WEN Yang-dong , XU Hua-li  (School of Electric Engineering and Automation ,Hefei University of technology ,Hefei 230009,China )     Abstract： A microcomputer-based motor protection device based on fault component is designed in this paper. The device compensates the insufficiency of the microcomputer-based motor integrated protection device designed previously. Using the two devices in practice can meet the demands of high-voltage motor. Compared with traditional differential protection based on all components, differential protection based on fault component show its advantage. The design of device's hardware , the theory of protection and the algorithm of signals processing are introduced in the paper.     Keywords： microcomputer-based protection ；fault component；percentage differential protection；Fourier algorithm 0 引言      大型高压电动机作为昂贵的电气主设备在发电厂，化工厂等大企业得到广泛的应用。如果发生严重故障导致电机烧毁，将严重影响生产的正常进行，造成巨大的经济损失，因此必须对其提供完善的保护。现有电动机综合保护装置主要针对中小型电动机，为其提供电流速断，热过载反时限过流，两段式定时限负序，零序电流，转子停滞，启动时间过长，频繁启动等保护功能。而对于2000KW以上特大容量电动机，则无法满足其内部故障时对保护灵敏度与速动性的要求，因而研制此装置并配合综合保护装置，为高压电动机提供更可靠更灵敏的保护。本装置设计成三相式纵差，因为2000KW以上特大容量的电动机所在的3KV﹑6KV﹑10KV电网可能是变压器中性点经高电阻接地的电网，三相式纵差保护不但能作为电动机定子绕组及引出线相间短路的主保护，而且可作为单相接地故障的主保护，作用于瞬时跳闸。 1 装置的整体硬件结构     该装置的硬件结构图如图图1所示。     装置采用Intel公司的80C196KB作为处理器。为提高系统的抗干扰性，防止程序的跑飞，使用了一块MAX705芯片作为硬件看门狗。所有的数字量的输入输出均由EPLD(可擦除可编程逻辑电路)芯片的管脚引入引出，开关量(未在图中标出)经光耦后进入EPLD. 除此之外EPLD还担负着系统中外围芯片片选的地址译码工作和数字逻辑门电路的实现。A/D使用美国模拟器件公司的AD7874，AD7874是四输入12位数据采集系统，采样精度高，而且由于能同时采样4路信号，可以减小由于信号的非同时采样带来的误差。本装置以串口通信方式和上位机交换 数据，为满足不同的用户可能采用的不同通讯方式的要求，本装置设计了RS-232和RS-485两个通讯接口，用户可以根据需要自由选择。 2 保护原理及算法说明 2.1 保护原理及优点     各种类型的差动保护区别主要表现在制动量的构成上。在传统的纵差保护中的制动量是由故障分量叠加穿越电流构成的，而故障分量纵差保护的制动量则仅仅由故障分量构成，具体分析如下。 2.1.1 传统差动与基于故障分量纵差的构成     以如下最简单的两侧电源为例。(如图2) 　     图2(a)为故障网络。传统纵差保护所比较的是两侧的全电流，这里"全电流"( Is和Ir )包括两部分：即由两电源电动势不等(Er≠Es)所产生的穿越电流Ith(即图2(b)中负荷电流Ip)和由故障点的故障前反向电压-U△产生的故障电流分量Is△和Ir△(如图2(c))。其差动电流构成可如下式：     图2(c)为故障分量网络。因此故障分量纵差保护构成可以表述如下：        图4为故障分量纵差保护曲线，其斜率通过原点，因此可以用代替式(8)。 2.1.2 灵敏度与选择性的分析     从(1)、(5)两式可以看出传统纵差保护与故障分量纵差保护的动作电流没有区别。但在动作电流方面，从(2)、(6)两式可以看出采用故障分量的制动电流，只与设备的平衡相似网络有关而与其两侧的电源无直接关系，因而与穿越电流无关。传统的差动保护，两侧电流中包含有由于两侧电源不等所产生的穿越电流，形成制动作用，降低了保护灵敏度。因此故障分量的差动保护比传统的纵差保护有更高的灵敏度。     根据平衡相似网络可推出故障分量差动保护在内部故障时有下述关系：     由于上式右方的最小值为2.0(Zs和Zr均为感性阻抗，两者相角差恒小于90°)，所以内部故障时，以If△(If)和Ith△为差动电流和制动电流的纵差保护恒有：       即制动系数为Kres.△≤2.0。     故障分量纵差保护，在内部短路时以Kres.△≤2.0划定保护动作区，在外部短路时以Kres.△≥0.056划定保护制动区，在制动区和动作区之间有很大的缓冲区，这表明保护具有极为优良的动作选择性。理论上故障分量差动保护有效地消除了正常负荷分量下不平衡电流的影响，可以作到使动作特性在坐标原点附近的死区很小，故障分量差流阈值ΔIf.min和故障分量拐点制动电流  ΔIth.min可以取得较小。为了保护在外部故障下不误动，通常在满足灵敏度要求的情况下，动作特性曲线的斜率尽量取大一些。式(9)又可见|If Δ/Ith Δ| ≥ 2.0，而且灵敏度很高(Zf允许较大)。由此可见，此种保护不仅具有较高的选择性而且具有较高的灵敏度。  2.2 数字滤波及处理信号有效值的算法     本装置中采用相减滤波与傅氏算法相结合的方法。傅氏算法假设输入的电压电流为周期函数，利用傅氏级数可将其分解为正弦函数和余弦函数，因而具有很强的滤去高次谐波的功能。但是该算法本身不能滤去衰减的非周期分量，因而在进行傅氏滤波之前加入相减滤波滤去衰减的非周期分量，达到减小误差的作用。     相减滤波方程如下： 3 结束语     本置的功能完善，用户可以通过对保护投退字的整定，投入或退出保护，同时装置可根据电动机所处状态，即是启动还是运行选择不同的定值，从而具有较好的灵活性和适应性。对CT状态的监视，使得保护具有了更高的可靠性。相对于传统的差动保护，其具有更高的灵敏度和选择性，能够比较理想的满足实际生产的需要。同时面对当前企业对工业生产过程自动化的要求在不断提高这一实际需求为保护增添了串行通讯接口，符合当前保护装置的发展趋势。