1、技術(shù)指南TG 1.1555MiCOM P241第第 4 章章使用說明使用說明技術(shù)指南TG 1.1555使用說明章節(jié) 4MiCOM P241頁碼 1/45目錄使用說明目錄使用說明1.介紹介紹51.1異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)的保護(hù)異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)的保護(hù)51.2P241 繼電保護(hù)裝置介紹繼電保護(hù)裝置介紹51.2.1保護(hù)功能51.2.2非保護(hù)功能62.單個(gè)保護(hù)功能的應(yīng)用說明單個(gè)保護(hù)功能的應(yīng)用說明72.1熱過負(fù)荷保護(hù)熱過負(fù)荷保護(hù)72.1.1介紹72.1.2熱復(fù)制82.1.3整定原則92.1.4熱狀態(tài)修正122.1.5熱檢測(cè)裝置的作用142.1.6特殊應(yīng)用152.2電阻溫度探測(cè)器電阻溫度探測(cè)器152.

2、2.1RTD 熱保護(hù)功能152.2.2RTD 熱保護(hù)的整定162.3短路保護(hù)短路保護(hù)162.3.1整定原則162.3.2整定示例172.4接地保護(hù)接地保護(hù)172.4.1直接接地系統(tǒng)192.4.2不接地系統(tǒng)202.4.3電阻接地系統(tǒng)222.4.4經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)242.4.5功率測(cè)量的特點(diǎn)292.5剩余過壓（中性點(diǎn)電壓偏移）保護(hù)剩余過壓（中性點(diǎn)電壓偏移）保護(hù)302.5.1整定原則322.6負(fù)序保護(hù)負(fù)序保護(hù)322.6.1啟動(dòng)或運(yùn)行時(shí)缺相342.6.2逆相序檢測(cè)352.7啟動(dòng)啟動(dòng)/堵轉(zhuǎn)保護(hù)堵轉(zhuǎn)保護(hù)35TG 1.1555技術(shù)指南章節(jié) 4使用說明頁碼 2/45MiCOM P2412.7.1過長的啟動(dòng)時(shí)

3、間/堵轉(zhuǎn)保護(hù) - 堵轉(zhuǎn)時(shí)間啟動(dòng)時(shí)間352.7.2堵轉(zhuǎn)保護(hù)362.7.3過長的啟動(dòng)時(shí)間/堵轉(zhuǎn)保護(hù) - 堵轉(zhuǎn)時(shí)間啟動(dòng)時(shí)間362.8啟動(dòng)次數(shù)限制啟動(dòng)次數(shù)限制372.9低電壓保護(hù)（重加速）低電壓保護(hù)（重加速）372.10欠壓保護(hù)欠壓保護(hù)372.10.1原理372.10.2整定原則382.11失負(fù)荷保護(hù)失負(fù)荷保護(hù)382.11.1原理382.11.2整定原則382.12同步電機(jī)的保護(hù)同步電機(jī)的保護(hù)392.12.1失步保護(hù)392.12.2失電393.關(guān)于其它保護(hù)關(guān)于其它保護(hù)404.非保護(hù)功能的應(yīng)用非保護(hù)功能的應(yīng)用404.1斷路器的狀態(tài)監(jiān)視斷路器的狀態(tài)監(jiān)視404.1.1斷路器狀態(tài)監(jiān)視功能404.1.2整定原則

4、404.2斷路器的控制斷路器的控制415.對(duì)電流互感器對(duì)電流互感器/電壓互感器（電壓互感器（CT/VT）的要求）的要求42技術(shù)指南TG 1.1555使用說明章節(jié) 4MiCOM P241頁碼 3/45插圖插圖圖 1 整定示例11圖 2 熱曲線修正13圖 3 過電流保護(hù)元件16圖 4 安裝在電纜上的鐵芯平衡式電流互感器18圖 5 熔斷器特性20圖 6 當(dāng)絕緣系統(tǒng)中發(fā)生 C 相接地故障時(shí)，系統(tǒng)中的電流分布21圖 7 絕緣系統(tǒng)發(fā)生 C 相接地故障時(shí)的矢量圖21圖 8 - 方向跳閘特性23圖 9 - 消弧線圈接地系統(tǒng)的電流分布24圖 10 - 發(fā)生 A 相接地故障時(shí)的電流矢量圖25圖 11 - 發(fā)生 C

5、 相接地故障時(shí)的電流分布圖25圖 12 理想情況 XL 或 XC 中不存在電阻分量26圖 13 零序網(wǎng)絡(luò)中的剩余電流27圖 14 - 實(shí)際情況：- XL 和 XC 中存在電阻分量28圖 15 - 差電流的阻性分量29圖 16A - 剩余電壓31圖 16B - 剩余電壓32圖 17 - 等效電路33圖 18 斷路器的遠(yuǎn)程控制42TG 1.1555技術(shù)指南章節(jié) 4使用說明頁碼 4/45MiCOM P241空白頁空白頁技術(shù)指南TG 1.1555使用說明章節(jié) 4MiCOM P241頁碼 5/451.介紹介紹1.1異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)的保護(hù)異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)的保護(hù)異步電動(dòng)機(jī)（也稱感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)）和同

6、步電動(dòng)機(jī)在全世界的許多工業(yè)生產(chǎn)中扮演著極其重要的角色，可以說，離開了它們，其中絕大多數(shù)的工業(yè)生產(chǎn)將無法繼續(xù)進(jìn)行。顯然，電機(jī)一旦損壞不僅僅是可能需要重新繞制，這將使生產(chǎn)陷于停頓，從而給工廠帶來高昂的停機(jī)損失。如果受損電機(jī)的安裝位置不方便檢修，如很難接近的某一角落，或沒有現(xiàn)成的備件可更換，將會(huì)使情況變得更糟。因此，為減少電動(dòng)機(jī)損壞對(duì)生產(chǎn)造成的影響，對(duì)故障進(jìn)行預(yù)警是非常重要的。所以，我們可以采用功能完備的繼電保護(hù)裝置，如 P241 來保護(hù)電機(jī)不會(huì)發(fā)生災(zāi)難性的故障，或在電機(jī)將發(fā)生故障前給操作人員發(fā)出報(bào)警，從而減少停機(jī)時(shí)間。當(dāng)然，對(duì)于任何保護(hù)裝置，都必須做到：當(dāng)電機(jī)處于異常情況時(shí)保證可靠動(dòng)作，而在電機(jī)處

7、于正常狀態(tài)時(shí)不能影響它的連續(xù)運(yùn)行。不幸的是，電機(jī)的特性極大地依賴于其實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)合。所以對(duì)于每一應(yīng)用場(chǎng)合都要很仔細(xì)地考慮電機(jī)保護(hù)裝置的技術(shù)規(guī)格和參數(shù)整定。例如：在使用過負(fù)荷保護(hù)時(shí)，必須知道電機(jī)的啟動(dòng)、失速的電流和時(shí)間，同時(shí)還需要定義電動(dòng)機(jī)在平衡和不平衡負(fù)載下的熱承受能力。可能需要電機(jī)保護(hù)裝置檢測(cè)的狀態(tài)可以分為兩大類：外部狀態(tài)和內(nèi)部狀態(tài)。第一大類包括：供電電壓不平衡、欠電壓、單相運(yùn)行、逆相序啟動(dòng)，對(duì)于同步電動(dòng)機(jī)，還包括失步等；第二大類包括：軸承故障、內(nèi)部支路故障（一般為接地故障）以及過負(fù)荷等。1.2P241 繼電保護(hù)裝置繼電保護(hù)裝置介紹介紹MiCOM 繼電保護(hù)裝置是 ALSTOM 輸配電保護(hù)和控

8、制部開發(fā)的新系列產(chǎn)品。MiCOM系列采用最新的數(shù)字技術(shù)，所設(shè)計(jì)的各種保護(hù)裝置可用于保護(hù)電力系統(tǒng)中的各類設(shè)施，如電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、饋線、架空線及電纜等。為了使產(chǎn)品之間具有更高的通用性，這些裝置在設(shè)計(jì)時(shí)采用了一致的硬件及軟件平臺(tái)。MiCOM 系列中有一類產(chǎn)品為電機(jī)繼電保護(hù)裝置。它可以為那些需要全面保護(hù)的異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)提供各種保護(hù)功能。該裝置還設(shè)計(jì)有很多非保護(hù)功能，以幫助進(jìn)行電力系統(tǒng)診斷和故障分析。通過裝置的遠(yuǎn)程串行通訊功能，可以在遠(yuǎn)端實(shí)現(xiàn)所有這些功能。1.2.1保護(hù)功能P241 集成了許多種保護(hù)功能?，F(xiàn)將這些保護(hù)及與保護(hù)有關(guān)的功能列舉如下：熱過負(fù)荷保護(hù) 采用熱復(fù)制方式對(duì)電動(dòng)機(jī)的熱狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視

9、，在發(fā)現(xiàn)異常時(shí)發(fā)出跳閘或報(bào)警信號(hào)。靈敏方向接地保護(hù) SDEF（靈敏方向接地故障）元件提供兩個(gè)獨(dú)立的段，可以選擇是帶方向的還是不帶方向的。第一段可選擇為反時(shí)限 IDMT 或定時(shí)限 DT，第二段只能為 DT。剩余過電壓保護(hù) 提供接地故障檢測(cè)，共設(shè)兩段。第一段可選擇為反時(shí)限 IDMT或定時(shí)限 DT，第二段只能為 DT。消弧線圈接地故障保護(hù) 瓦特制式帶延時(shí)的后備保護(hù)，用于消弧線圈接地系統(tǒng)的接地故障保護(hù)。短路保護(hù) 帶定時(shí)限特性的過流元件，用于相間及相-地故障保護(hù)。TG 1.1555技術(shù)指南章節(jié) 4使用說明頁碼 6/45MiCOM P241超時(shí)啟動(dòng)/轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)保護(hù) 為電機(jī)在啟動(dòng)過程中堵轉(zhuǎn)提供保護(hù)。失速保護(hù)

10、為電機(jī)在運(yùn)行過程中失速提供保護(hù)。啟動(dòng)次數(shù)限制 可以選擇在某一設(shè)定時(shí)間內(nèi)允許的電機(jī)熱啟動(dòng)和冷啟動(dòng)次數(shù)。負(fù)序不平衡/單相 反時(shí)限特性，帶報(bào)警和跳閘門檻電流設(shè)定。逆相序檢測(cè) 用于確保供電相序正確?？捎糜跀嗦菲骱祥l回路聯(lián)鎖。低正向功率 用于負(fù)荷丟失檢測(cè)。欠電壓保護(hù) 有兩個(gè)獨(dú)立的段，每段都能提供報(bào)警和跳閘信號(hào)。第一段可選擇為反時(shí)限 IDMT 或定時(shí)限 DT，第二段只能為 DT。低電壓保護(hù) 允許電機(jī)在系統(tǒng)電壓瞬時(shí)降落后重加速。過電壓保護(hù) - 提供兩個(gè)獨(dú)立的定時(shí)限特性段。欠頻率保護(hù) -有兩個(gè)獨(dú)立的段，每段都能提供報(bào)警和跳閘信號(hào)。失步/功率因數(shù)保護(hù) 用于同步電動(dòng)機(jī)的失步保護(hù)。電阻溫度探測(cè)裝置 提供 10 個(gè)

11、RTD 輸入，用于溫度監(jiān)視?？删幊虉D形邏輯 允許用戶根據(jù)特定的應(yīng)用案例定制保護(hù)和控制邏輯。1.2.2非保護(hù)功能P241 集成的非保護(hù)功能列舉如下：就地/遠(yuǎn)程測(cè)量 各類測(cè)量值可在保護(hù)裝置上顯示，或通過串行通訊遠(yuǎn)程訪問。故障記錄/事件記錄/故障錄波 通過串行通訊遠(yuǎn)程訪問或在保護(hù)裝置上顯示（僅指故障和事件記錄）。實(shí)時(shí)時(shí)鐘/時(shí)間同步 可通過裝置的 IRIG-B 輸入實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步。兩個(gè)整定值組 兩個(gè)獨(dú)立的整定組，使裝置適用于不同的電機(jī)參數(shù)。遠(yuǎn)程串行通訊 允許遠(yuǎn)程訪問保護(hù)裝置，支持下述幾種通訊協(xié)議：Courier、MODBUS、WorldFIP 及 IEC870-5。連續(xù)自檢 上電自診斷以及自檢功能使裝置

12、具有極高的可靠性和有效性。斷路器位置監(jiān)視 監(jiān)視斷路器輔助接點(diǎn)的狀態(tài)是否一致。斷路器控制 可就地借助裝置的用戶接口，或遠(yuǎn)程通過串行通訊實(shí)現(xiàn)斷路器控制。斷路器狀態(tài)監(jiān)視 提供關(guān)于斷路器操作次數(shù)、總開斷電流及總操作時(shí)間的記錄/報(bào)警輸出。調(diào)試功能。出口繼電器自保持可設(shè)定。技術(shù)指南TG 1.1555使用說明章節(jié) 4MiCOM P241頁碼 7/452.單個(gè)保護(hù)功能的應(yīng)用單個(gè)保護(hù)功能的應(yīng)用說明說明下面各節(jié)中將詳細(xì)講述裝置的每一保護(hù)功能以及應(yīng)在何處和怎樣使用它們。每節(jié)還將給出相應(yīng)菜單的摘要，用以演示應(yīng)怎樣對(duì)裝置進(jìn)行整定。P241 的菜單中有一個(gè)名為“CONFIGURATION”（配置）的菜單列。設(shè)計(jì)“CONF

13、IGURATION”菜單列的目的是可以讓使用者可以在菜單中的某一處集中進(jìn)行裝置的總體配置。在該列內(nèi)被禁用的功能或使之不可見的功能選項(xiàng)將不會(huì)再在主菜單中顯示。關(guān)于“CONFIGURATION”菜單列的完整說明請(qǐng)參見本技術(shù)指南中的用戶指南部分。2.1熱過負(fù)荷保護(hù)熱過負(fù)荷保護(hù)2.1.1介紹電機(jī)過載將可能導(dǎo)致其定子溫升超過繞組絕緣的熱容限。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在額定溫度以上，溫度每升高 10，絕緣的壽命將減半。盡管如此，絕緣的壽命也并不完全取決于溫升，它還與高溫的持續(xù)時(shí)間有關(guān)。由于感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)的熱容量相對(duì)較大，不頻繁的短時(shí)過載并不會(huì)對(duì)電機(jī)造成傷害。然而，哪怕是幾個(gè)百分點(diǎn)的持續(xù)過載也會(huì)使絕緣過早老化或損壞。由于電

14、動(dòng)機(jī)的物理和電氣結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，又被廣泛的用于各種不同的場(chǎng)合，可能出現(xiàn)的異常運(yùn)行情況多樣，以及可能發(fā)生的故障各不相同，這些原因使得電動(dòng)機(jī)的熱模型關(guān)系式非常復(fù)雜。因此就無法建立一個(gè)能描述電動(dòng)機(jī)實(shí)際發(fā)熱特性的精確數(shù)學(xué)模型。然而，如果將電動(dòng)機(jī)看作是一個(gè)均質(zhì)體，以恒定速率增加熱量，并以與其溫升直接成比例的速率散熱，那么我們就可通過下式得到任何時(shí)刻電機(jī)的溫度：T = Tmax(1-e-t/)式中：Tmax = 最終穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的溫度， = 加熱時(shí)間常數(shù)，假定熱平衡方程式如下：增加的熱量 = 儲(chǔ)存的熱量 + 散發(fā)的熱量溫升與電流的平方成正比：T = KIR2(1-e-t/)式中：IR = 如果在電機(jī)內(nèi)連續(xù)通過

15、該電流，電機(jī)溫度將達(dá)到 Tmax那么對(duì)于過負(fù)荷電流I，電機(jī)溫度可由下式得到：T = KI2(1-e-t/)要使一臺(tái)電動(dòng)機(jī)不超過其額定溫度，那么電機(jī)能承受的過負(fù)荷電流I的時(shí)間t可用下式表達(dá)：t =.log1/1-(IR/I)2因此，一個(gè)過負(fù)荷保護(hù)元件應(yīng)滿足上式。其中 IR可以是電動(dòng)機(jī)的滿負(fù)荷電流，也可以是滿負(fù)荷電流的百分?jǐn)?shù)，這由電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)決定。TG 1.1555技術(shù)指南章節(jié) 4使用說明頁碼 8/45MiCOM P241如上所述，把一臺(tái)電機(jī)看作是一個(gè)均質(zhì)體確實(shí)過于簡(jiǎn)單。實(shí)際上，電機(jī)的各部位，甚至同一部位中的不同點(diǎn)，其溫升都可能是很不均勻的。但是有理由相信，其電流與時(shí)間成類似于反比的關(guān)系。如果需要

16、獲得電機(jī)更精確的熱狀態(tài)，我們可以針對(duì)一些特殊的位置采用溫度監(jiān)視裝置（RTD）。2.1.2熱復(fù)制P241 保護(hù)裝置根據(jù)電機(jī)的時(shí)間電流熱特性，在其內(nèi)部復(fù)制生成一個(gè)電機(jī)的熱模型。裝置的熱過負(fù)荷保護(hù)功能可以由用戶啟用或閉鎖。保護(hù)裝置對(duì)流過電動(dòng)機(jī)的正序和負(fù)序負(fù)載電流進(jìn)行單獨(dú)測(cè)量，然后將這些測(cè)量值綜合，得到一個(gè)等效電流 IEQ供熱復(fù)制回路使用。熱復(fù)制產(chǎn)生的熱效應(yīng)由 IEQ2來生成，這樣在計(jì)算時(shí)也就同時(shí)考慮了電動(dòng)機(jī)的正序和負(fù)序電流所產(chǎn)生的影響。過負(fù)荷保護(hù)功能生成的等效電流按下式計(jì)算得出：Ieq = (I12 + KI22)式中：I1 = 正序電流I2 = 負(fù)序電流K =與電機(jī)熱容量成比例的一個(gè)常數(shù)，可由用戶

17、整定。如上所述，電動(dòng)機(jī)的溫度將按指數(shù)關(guān)系隨著電流地增大而升高。同樣，其溫度也會(huì)按這種關(guān)系隨電流的減小而降低。為了更好地實(shí)現(xiàn)過負(fù)荷保護(hù)，P241 中對(duì)時(shí)間常數(shù)提供了很大的整定范圍，以保證在電機(jī)升溫和降溫的過程中，裝置中的熱模型與實(shí)際受保護(hù)的電動(dòng)機(jī)更為接近。此外，電機(jī)的熱承受能力還要受到故障前電機(jī)繞組的熱狀態(tài)的影響。所以在設(shè)計(jì)熱復(fù)制功能時(shí)，還對(duì)極端的情況進(jìn)行了考慮：一種為故障前電流為零，也即是常說的“冷狀態(tài)”；另一種為故障前電流為額定電流，也即是常說的“熱狀態(tài)”。若故障前電流為零，裝置將根據(jù)“冷狀態(tài)曲線”計(jì)算；若故障前電機(jī)在或曾經(jīng)在額定電流下運(yùn)行，那么裝置將采用“熱狀態(tài)曲線”計(jì)算。在正常運(yùn)行方式下

18、，P241 將運(yùn)行在這兩種極限狀態(tài)之間，除非通過編程使其不以這種方式運(yùn)行。為了對(duì)電動(dòng)機(jī)的所有運(yùn)行狀況，都能實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的保護(hù)，過負(fù)荷曲線中引入了三個(gè)獨(dú)立可調(diào)的時(shí)間常數(shù)：Ith = 熱電流整定。T1 = 當(dāng)電流處于 Ith和 2Ith之間時(shí)的過負(fù)荷時(shí)間常數(shù)。T2 = 當(dāng)電流大于 2Ith時(shí)的過負(fù)荷時(shí)間常數(shù)。Tr = 當(dāng)電機(jī)停止時(shí)的冷卻時(shí)間常數(shù)。下式用于計(jì)算在某一給定電流下的跳閘時(shí)間。注意：當(dāng)電機(jī)達(dá)到其 100%熱狀態(tài)時(shí)，保護(hù)裝置將產(chǎn)生跳閘信號(hào)。t = T loge (k2 - A2)/(k2 - 1)其中：T = T1 if Ith Ieq 2IthT = Tr if Ieq = 0（斷路器斷開

19、）技術(shù)指南TG 1.1555使用說明章節(jié) 4MiCOM P241頁碼 9/45k = Ieq/IthA2 = 電機(jī)的初始狀態(tài)2.1.3整定原則2.1.3.1熱整定值 IthIth的整定取決于被保護(hù)電機(jī)的類型。大多數(shù)電機(jī)都被稱為 CMR（連續(xù)最大額定）電機(jī)。這類電機(jī)允許工作于銘牌標(biāo)識(shí)值或承受連續(xù)的滿負(fù)荷電流。CMR 電機(jī)可以運(yùn)行在低于其 CMR 值的負(fù)載下，而將其跳閘電流整定為 CMR 值。此外，在對(duì)非 CMR 類電機(jī)的 Ith進(jìn)行整定時(shí)，應(yīng)考慮在不造成過熱損壞情況下電機(jī)可承受的過載量。典型的過載允許值一般在電機(jī)額定溫度的 10%范圍內(nèi)?？紤]到電機(jī)的溫升約等于其電流的平方，所以 10%的溫度過載

20、大致對(duì)應(yīng)于 5%左右的電流過載。整定示例：下面列出的電機(jī)參數(shù)用來幫助解釋如何整定 P241：電壓11 KV滿負(fù)荷電流293 A啟動(dòng)電流470 %啟動(dòng)時(shí)間10 s升溫時(shí)間常數(shù)20 分鐘冷卻時(shí)間常數(shù)100 分鐘熱狀態(tài)下轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)承受時(shí)間20 s冷狀態(tài)下轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)承受時(shí)間30 s電流互感器（CT）變比300/1電壓互感器（VT）變比11.5 KV/110 V啟動(dòng)方式D.O.L在這個(gè)應(yīng)用實(shí)例中，我們假設(shè)該電機(jī)為 CMR 型，因此，其 Ith值可由下式計(jì)算得出：Ith = ICMR x (1/CT ratio)其中：ICMR = 電機(jī)連續(xù)運(yùn)行的額定值所以：Ith = 293/300 = 0.976 In因此

21、整定為：Ith = 0.98 In2.1.3.2系數(shù) K常數(shù) K 用于增加熱復(fù)制中負(fù)序電流的影響。該因子應(yīng)整定為額定速度下電機(jī)負(fù)序阻抗與正序阻抗的比值。當(dāng)難以計(jì)算得到實(shí)際值時(shí)，可以使用缺省的整定值 3。這一典型整定值可以滿足大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合的要求。因此整定為：K = 3TG 1.1555技術(shù)指南章節(jié) 4使用說明頁碼 10/45MiCOM P2412.1.3.3熱時(shí)間常數(shù)裝置中需整定的升溫、冷卻時(shí)間常數(shù)應(yīng)根據(jù)電機(jī)定子的升溫、冷卻時(shí)間常數(shù)確定。裝置的升溫時(shí)間常數(shù)（T1）應(yīng)整定為與電機(jī)定子的升溫時(shí)間常數(shù)相等或盡可能地接近，該參數(shù)由電機(jī)制造廠家提供。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，將 T1 整定為略微小于定子的升溫時(shí)間常

22、數(shù)是一個(gè)好的方法，這樣可去除裝置誤差帶來的影響。但一般情況下沒有必要這樣整定，因?yàn)殡姍C(jī)制造廠家在提供定子熱時(shí)間常數(shù)時(shí)都比較保守。在 2 倍 Ith以上時(shí)，裝置將自動(dòng)使用 T2 來修正某些應(yīng)用場(chǎng)合下電機(jī)啟動(dòng)期間的熱曲線，如：使用星形/三角形降壓?jiǎn)?dòng)的電機(jī)。正常運(yùn)行時(shí)，電機(jī)以三角形接法運(yùn)行，實(shí)際流過電機(jī)繞組中的電流僅是裝置檢測(cè)到的電流的 57%。而在啟動(dòng)時(shí)，電機(jī)為星形接法，電機(jī)繞組中的電流與裝置檢測(cè)到的電流相等。因此，我們就可以用 T2 來減少電機(jī)啟動(dòng)時(shí)裝置的動(dòng)作時(shí)間。對(duì)于采用直接啟動(dòng)（DOL）的電機(jī)，整定時(shí)，應(yīng)使 T1 等于T2，這樣就能獲得一條連續(xù)的熱特性曲線。在時(shí)間電流圖上繪制出選定的熱特性

23、曲線很重要，因?yàn)檫@樣可以確保冷特性曲線與啟動(dòng)特性曲線不會(huì)相交。在某些應(yīng)用場(chǎng)合下，我們無法得到電機(jī)的熱時(shí)間常數(shù)。但有可能得到關(guān)于這些值的曲線圖。這種情況下，在選擇電機(jī)定子升溫時(shí)間常數(shù)時(shí)，應(yīng)使繪制出的時(shí)間電流曲線近似地與電機(jī)的冷態(tài)曲線相匹配。而在那些既不能得到電機(jī)的熱時(shí)間常數(shù)，也不能得到熱曲線圖形的情況下，選擇的 T1和 T2 應(yīng)使熱特性曲線位于啟動(dòng)特性曲線的上方，但小于電機(jī)堵轉(zhuǎn)的持續(xù)時(shí)間。此時(shí)，熱過負(fù)荷保護(hù)同時(shí)也具有了一定的堵轉(zhuǎn)保護(hù)的能力。Tr 為冷卻時(shí)間常數(shù)。該整定值對(duì)于周期性運(yùn)行的電機(jī)極為重要，因?yàn)樵陔姍C(jī)升溫和冷卻的過程中裝置需要獲得電機(jī)熱狀態(tài)的準(zhǔn)確信息。一般情況下其整定值為 T1 的倍數(shù)，

24、并略微大于電機(jī)自身的冷卻時(shí)間常數(shù)。整定示例：在本例中，假定電機(jī)的熱時(shí)間常數(shù)已知，所以我們將保護(hù)裝置的時(shí)間常數(shù)整定如下：整定值為：T1 = 20 分鐘分鐘T2 = T1，因?yàn)殡姍C(jī)為，因?yàn)殡姍C(jī)為 DOL 啟動(dòng)方式啟動(dòng)方式Tr = 5T1 = 100 分鐘分鐘這些整定值以圖形方式示于圖 1 中。技術(shù)指南TG 1.1555使用說明章節(jié) 4MiCOM P241頁碼 11/45 圖 1 整定示例TG 1.1555技術(shù)指南章節(jié) 4使用說明頁碼 12/45MiCOM P2412.1.4熱狀態(tài)修正當(dāng) CMR 型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于滿負(fù)荷狀態(tài)下時(shí)，就熱復(fù)制模型而言，這對(duì)應(yīng)于 100%溫度。因此通常將電機(jī)保護(hù)裝置整定為

25、在電機(jī)達(dá)到 100%溫度時(shí)跳閘。然而，定子達(dá)到100%的溫度，并不一定就說明轉(zhuǎn)子就達(dá)到了 100%的溫度，此時(shí)轉(zhuǎn)子甚至還有可能低于允許溫度的 50%。這主要是因?yàn)檗D(zhuǎn)子繞組比定子繞組散熱更快，特別是帶風(fēng)扇或采用風(fēng)冷的電機(jī)。在電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，滑差較小，定子、轉(zhuǎn)子電流都很大，所以定子和轉(zhuǎn)子繞組都會(huì)升溫。盡管如此，一般情況下，電機(jī)的設(shè)計(jì)都允許電機(jī)在未超過定子額定溫度運(yùn)行后，再啟動(dòng)一次。若從冷態(tài)時(shí)開始升溫，電機(jī)的熱復(fù)制曲線采用冷態(tài)特性曲線，這種情況下的跳閘時(shí)間最長。當(dāng)電機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后，裝置的熱跳閘時(shí)間將減小，最終減小到熱態(tài)曲線上的最小值。不幸的是，任何電流快速增大的情況（如啟動(dòng)時(shí)），將有可能導(dǎo)致不必要的跳

26、閘，如圖 2 所示：技術(shù)指南TG 1.1555使用說明章節(jié) 4MiCOM P241頁碼 13/45圖 2 熱曲線修正TG 1.1555技術(shù)指南章節(jié) 4使用說明頁碼 14/45MiCOM P241以前，電機(jī)制造廠家和最終用戶已經(jīng)認(rèn)識(shí)到了定子熱模型的限制，并在設(shè)計(jì)時(shí)采用人為加大電機(jī)尺寸的辦法來加以解決，但是顯然這種方法的代價(jià)過于高昂。P241 保護(hù)裝置加入了熱狀態(tài)修正功能，藉此克服這一問題。如前所述，我們知道本裝置有兩個(gè)時(shí)間常數(shù)（T1 和 T2），適用于諸如星/三角形啟動(dòng)等應(yīng)用場(chǎng)合。在本例中，我們?cè)谡〞r(shí)使 T2 小于 T1。然而，對(duì)于 DOL 工作方式的電機(jī)，為實(shí)現(xiàn)熱狀態(tài)下的重新啟動(dòng)，則應(yīng)使 T

27、2 大于 T1，以避開電機(jī)的啟動(dòng)特性曲線。如圖 2 所示。還有一個(gè)問題就是：多次啟動(dòng)所累積的熱量將可能使電機(jī)升至危險(xiǎn)溫度，而這種情況下過熱保護(hù)卻不會(huì)動(dòng)作。幸運(yùn)的是，現(xiàn)在的電機(jī)制造廠家已經(jīng)能夠提供關(guān)于電機(jī)熱啟動(dòng)允許次數(shù)方面的數(shù)據(jù)了，這樣我們就可以采用單獨(dú)的“超時(shí)啟動(dòng)保護(hù)”功能來確保電機(jī)的安全了。（參見本技術(shù)指南中的用戶指南）2.1.5熱檢測(cè)裝置的作用電機(jī)設(shè)計(jì)在一定的環(huán)境溫度下運(yùn)行。如果環(huán)境溫度高于規(guī)定值，電機(jī)即便是帶額定負(fù)載運(yùn)行，繞組也有可能出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，從而導(dǎo)致電機(jī)絕緣損壞。所以如果電機(jī)運(yùn)行在環(huán)境溫度波動(dòng)較大的環(huán)境下，對(duì)熱過負(fù)荷曲線進(jìn)行補(bǔ)償以獲得更為準(zhǔn)確的熱過負(fù)荷保護(hù)極為重要。在特定位置上安裝

28、溫度傳感器可以提供環(huán)境溫度的信息，于是裝置就可根據(jù)環(huán)境溫度修正熱復(fù)制模型。對(duì)于電機(jī)特別有害的環(huán)境包括：直接日照、鍋爐房、熱帶環(huán)境等，另外必須通過強(qiáng)制冷卻才能可靠運(yùn)行的電機(jī)也是需要予以特別保護(hù)。環(huán)境溫度的變化將直接影響到電機(jī)的輸出功率，下表所示是一臺(tái)典型電機(jī)的輸出功率隨環(huán)境溫度變化而變化的情況：環(huán)境溫度（）4045505560輸出功率與電機(jī)額定功率之比（%）10095908580由于在電壓一定的情況下，電機(jī)的額定功率與其額定電流成線性關(guān)系，所以上表同樣適用于電機(jī)的額定電流。過熱保護(hù)的整定值直接與額定電流成比例關(guān)系。所以為補(bǔ)償環(huán)境溫度的變化，在下述情況下，裝置將根據(jù)環(huán)境溫度的變化對(duì)熱整定值做適當(dāng)修

29、正：在計(jì)算熱狀態(tài)時(shí)，在檢測(cè)過熱報(bào)警時(shí)，在檢測(cè)熱過負(fù)荷時(shí)，在檢測(cè)過熱停機(jī)時(shí)。根據(jù)環(huán)境溫度計(jì)算得出的修正系數(shù)如下表所示，該系數(shù)將與熱門檻值相乘。環(huán)境溫度（）404550556065所乘系數(shù)10.950.900.850.800.75P241 允許最多有 10 個(gè) RTD（電阻溫度探測(cè)器）輸入，其中的兩個(gè)（一個(gè)為主溫度探測(cè)器，另一個(gè)為后備）可用于測(cè)量外部/環(huán)境溫度，并將測(cè)量值用于熱曲線的修正。技術(shù)指南TG 1.1555使用說明章節(jié) 4MiCOM P241頁碼 15/452.1.6特殊應(yīng)用2.1.6.1啟動(dòng)時(shí)閉鎖過熱跳閘當(dāng)電機(jī)的啟動(dòng)條件較為惡劣時(shí)，如較長的啟動(dòng)時(shí)間或很大的啟動(dòng)電流，這種情況下，有可能需要

30、閉鎖裝置的熱過負(fù)荷功能。當(dāng)啟用該功能后，如果在電機(jī)啟動(dòng)結(jié)束前，計(jì)算得出的熱狀態(tài)達(dá)到 90%，那么在剩余的啟動(dòng)時(shí)間內(nèi)，該值將被一直保持為 90%。直到啟動(dòng)結(jié)束后，保護(hù)裝置才解除閉鎖。需要注意的是，該禁止功能不影響過熱報(bào)警動(dòng)作。2.1.6.2緊急重啟動(dòng)如果一臺(tái)電機(jī)是生產(chǎn)線上必不可少的設(shè)備，有的時(shí)候即便是在嚴(yán)重過載條件下，也可能必須讓其持續(xù)運(yùn)行。這就意味著電機(jī)可能要承受高于設(shè)計(jì)值的高溫。此時(shí)將縮短電機(jī)絕緣的壽命，在極端情況下，甚至可能使電機(jī)燒毀。因此，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況決定是否投入本功能。2.1.6.3過熱報(bào)警過熱報(bào)警門檻值用電機(jī)熱狀態(tài)的百分比表示，當(dāng)熱狀態(tài)達(dá)到預(yù)設(shè)定值時(shí)裝置將發(fā)出報(bào)警信號(hào)。過熱報(bào)警門檻

31、值沒有絕對(duì)的設(shè)定值，而是隨實(shí)際應(yīng)用情況的不同而不同。典型的整定值為 90%。2.1.6.4啟動(dòng)閉鎖該項(xiàng)功能用于在電機(jī)未冷卻到啟動(dòng)閉鎖門檻前，禁止電機(jī)重新啟動(dòng)。該門檻值用電機(jī)熱狀態(tài)的百分比表示。裝置上設(shè)計(jì)有一個(gè)用于該功能的接點(diǎn)，當(dāng)熱狀態(tài)達(dá)到該整定值時(shí)接點(diǎn)斷開，當(dāng)熱狀態(tài)回落至整定值以下時(shí)，接點(diǎn)閉合。將該接點(diǎn)接入電機(jī)啟動(dòng)回路中，就可實(shí)現(xiàn)熱啟動(dòng)閉鎖功能。閉鎖門檻值沒有絕對(duì)的設(shè)定值，需視電機(jī)的熱再啟動(dòng)承受能力而定。其典型整定為最小值：20%Ith。2.2電阻溫度探測(cè)電阻溫度探測(cè)器器電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)過長的過載時(shí)間將會(huì)使繞組過熱，從而導(dǎo)致絕緣過早老化，在極端的情況下，甚至?xí)p壞絕緣。電機(jī)軸承磨損或潤滑不良則會(huì)

32、引起軸承局部過熱。為避免電機(jī)整體或局部過熱，P241 保護(hù)裝置上設(shè)計(jì)了多個(gè)電阻溫度探測(cè)器（RTD）輸入，可以針對(duì)性地將這些探測(cè)器放置在電機(jī)中容易過熱或容易因過熱而損壞的部位。當(dāng)電力變壓器離被保護(hù)的電機(jī)較近時(shí)，甚至可以用部分 RTD 來檢測(cè)變壓器溫度，實(shí)現(xiàn)變壓器的超溫保護(hù)。這樣就可以有效防止變壓器繞組高溫區(qū)過熱或絕緣油超溫。2.2.1RTD 熱保護(hù)功能一般 RTD 探測(cè)頭的典型測(cè)溫范圍在40 至+300內(nèi)。保護(hù)裝置可以檢測(cè)到每一個(gè)探測(cè)頭位置的溫度，并將此用于：溫度監(jiān)視，就地顯示或經(jīng)由通訊接口遠(yuǎn)程訪問。當(dāng)測(cè)量溫度超過某一門坎溫度后，經(jīng)過一預(yù)設(shè)時(shí)間，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。當(dāng)測(cè)量溫度超過某一門坎溫度后，經(jīng)過一

33、預(yù)設(shè)時(shí)間，發(fā)出跳閘信號(hào)。如果測(cè)得的電阻值超過允許范圍，裝置將發(fā)出 RTD 故障報(bào)警，用于指示 RTD 輸入回路開路或短路了。TG 1.1555技術(shù)指南章節(jié) 4使用說明頁碼 16/45MiCOM P241請(qǐng)注意，采用直接溫度檢測(cè)實(shí)現(xiàn)的熱保護(hù)比基于相電流檢測(cè)的熱復(fù)制計(jì)算法具有更高的可靠性。熱復(fù)制時(shí)使用的時(shí)間常數(shù)的準(zhǔn)確性、環(huán)境溫度變化導(dǎo)致的誤差等都將影響后一種方法的準(zhǔn)確度。2.2.2RTD 熱保護(hù)的整定被保護(hù)設(shè)備的典型運(yùn)行溫度如下表所示。實(shí)際的數(shù)據(jù)必須從設(shè)備制造商處獲得。參數(shù)參數(shù)滿負(fù)荷下的典型運(yùn)行溫度滿負(fù)荷下的典型運(yùn)行溫度短時(shí)過載短時(shí)過載電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的軸承溫度可能在 6080之間視軸承型號(hào)不同而不

34、同+60+80變壓器上方油溫80（高于環(huán)境溫度 5060）通常假定一個(gè)繞組溫升坡度，這樣檢測(cè)變壓器上方油溫的RTD 可提供繞組超溫保護(hù)功能。繞組高溫區(qū)溫度在額定的絕緣老化速度下，約98在緊急情況下，重復(fù)過載可以高達(dá)+140對(duì)于每一 RTD 輸入，P241 繼電器都設(shè)計(jì)有一個(gè)帶延時(shí)特性的報(bào)警門檻值設(shè)定。每一RTD 輸入還帶一個(gè)跳閘元件，同樣設(shè)計(jì)有一個(gè)帶延時(shí)特性的門檻溫度。如果需要瞬動(dòng)保護(hù)功能，可將延時(shí)時(shí)間整定為 0 秒。溫度整定值可以攝氏度為單位進(jìn)行整定，范圍：0200。2.3短路保護(hù)短路保護(hù)由于電機(jī)相繞組間的絕緣相對(duì)較多，因此發(fā)生相間短路故障的現(xiàn)象較少。而由于電機(jī)定子繞組安裝在接地金屬外殼內(nèi)，

35、所以電機(jī)內(nèi)部發(fā)生的絕大部分故障都與接地有關(guān)，使得接地保護(hù)裝置動(dòng)作。盡管如此，一般來說，仍然需要設(shè)計(jì)了一個(gè)快速動(dòng)作的過流保護(hù)元件，用于保護(hù)電機(jī)端子間發(fā)生的相間短路故障，如：端子間閃絡(luò)。P241 繼電器中的短路保護(hù)包括一個(gè)可調(diào)的電流門坎和一個(gè)時(shí)間整定值。為了避免在啟動(dòng)過程中，因電流互感飽和時(shí)的不對(duì)稱性導(dǎo)致的跳閘，當(dāng)電流在 I至1.21I之間時(shí)，該元件的最小動(dòng)作時(shí)間為 100 毫秒。定時(shí)限特性如下圖所示：圖 3 過電流保護(hù)元件技術(shù)指南TG 1.1555使用說明章節(jié) 4MiCOM P241頁碼 17/452.3.1整定原則為了防止保護(hù)元件在電機(jī)啟動(dòng)時(shí)誤動(dòng)作，過流瞬動(dòng)保護(hù)元件的動(dòng)作電流一般整定為電機(jī)最大

36、啟動(dòng)電流的 1.25 倍。定時(shí)器的整定極大地取決于系統(tǒng)本身，典型的整定值一般在 100 毫秒內(nèi)。注意，如果電機(jī)接觸器前端帶熔斷器，那么應(yīng)使過流保護(hù)與熔斷器配合，這樣就可以保護(hù)接觸器，使其不必分?jǐn)喑^其斷路容量的電流。2.3.2整定示例使用上例中的電機(jī)參數(shù)，那么應(yīng)整定為：1電流整定值電流整定值 = （1.25 4.7293）/300 = 5.7IN1延時(shí)時(shí)間延時(shí)時(shí)間 = 100ms上述整定結(jié)果以圖形方式示于圖 1 中.2.4接地保護(hù)接地保護(hù)電機(jī)內(nèi)部最常發(fā)生的故障是定子繞組故障。究其原因，一般是因?yàn)殡姍C(jī)長時(shí)間或周期性過熱，導(dǎo)致絕緣狀況惡化。由于電機(jī)定子繞組安裝在接地金屬外殼內(nèi)，所以電機(jī)內(nèi)部發(fā)生的絕

37、大部分故障都表現(xiàn)為接地故障。采用的接地保護(hù)類型及 CT（電流互感器）的連接方式與發(fā)生接地故障時(shí)接地故障電流的大小相關(guān)。而接地故障電流的大小則與系統(tǒng)接地方式有關(guān)。P241 繼電器的接地保護(hù)元件分為兩段，分別為正方向、反方向或無方向可選。第一級(jí)為 IDMT 或 DT 可選，而第二級(jí)則只能選擇為 DT。上文所述的反時(shí)限特性，滿足下述等式：其中：t = 運(yùn)行時(shí)間K = 常數(shù)I = 測(cè)量電流IS = 門坎電流的整定= 常數(shù)L = ANSI/IEEE 常數(shù)（IEC 曲線為 0）T = 時(shí)間乘數(shù)設(shè)定值或時(shí)間刻度設(shè)定值曲線標(biāo)準(zhǔn)KL標(biāo)準(zhǔn)反時(shí)限IEC0.140.020大反時(shí)限IEC13.510極端反時(shí)限IEC80

38、20長反時(shí)限UK12010中等反時(shí)限IEEE0.05150.020.114TG 1.1555技術(shù)指南章節(jié) 4使用說明頁碼 18/45MiCOM P241大反時(shí)限IEEE19.6120.491極端反時(shí)限IEEE28.220.1297反時(shí)限US C085.9520.18短時(shí)反時(shí)限US C020.023940.020.01694注意，就時(shí)間整定而言，基于 IEEE 和 US 曲線的整定和 IEC/UK 曲線是不同的。乘數(shù)整定值（TMS）用于調(diào)整 IEC 曲線的動(dòng)作時(shí)間，而 IEEE/US 曲線的調(diào)整則使用時(shí)間刻度整定參數(shù)來實(shí)現(xiàn)。無論是 TMS 還是時(shí)間刻度整定，都被用做基本 TMS 的乘數(shù)。注：附錄

39、 1 中給出了全部的曲線。接地保護(hù)元件可以采用三相電流互感器（CT）的中性線接法或一獨(dú)立的零序電流互感器。零序電流互感器一般為環(huán)形結(jié)構(gòu)，電機(jī)的三相電纜穿過其內(nèi)環(huán)，其優(yōu)越性在于只需要使用一個(gè) CT 鐵芯，可用于代替那種三個(gè)二次繞組采用中性線連接的傳統(tǒng)電流互感器。采用零序電流互感器做檢測(cè)元件后，使繼電器動(dòng)作的電流互感器磁化電流將大約減少 1/3，這正是我們所需要的，因?yàn)樵谛‰娏鞯慕拥毓收蠙z測(cè)中，首要考慮的問題就是適應(yīng)更低的電流整定值。另外，由于在正常平衡條件下，電流互感器中無二次電流流過，所以互感器初級(jí)額定值的選擇可以不用考慮電機(jī)的滿負(fù)荷電流。這樣，就可以方便我們?nèi)我膺x取電流互感器的變比，使電流檢

40、測(cè)更為準(zhǔn)確。零序電流互感器一般安裝在靠近電纜套附近的電纜上，其鐵芯的開口式結(jié)構(gòu)，使得我們可以方便地將它安裝到已存在的電纜上。圖 4 中列出了當(dāng)使用零序電流互感器時(shí)，電纜外套的正確接地方法。技術(shù)指南TG 1.1555使用說明章節(jié) 4MiCOM P241頁碼 19/45圖 4 安裝在電纜上的鐵芯平衡式電流互感器在需要采用帶方向接地保護(hù)的場(chǎng)合，應(yīng)使用剩余電壓（3VO）對(duì)保護(hù)元件進(jìn)行極化，可以采用兩種方式來實(shí)現(xiàn)：將三相電壓互感器的檢測(cè)信號(hào)輸入繼電器或利用剩余電壓輸入。具體連接方式可通過 H.M.I 來選擇。允許對(duì)兩種不同的電壓互感器接線方式設(shè)置不同的變比。2.4.1直接接地系統(tǒng)2.4.1.1原理在直接

41、接地系統(tǒng)中，由于接地故障電流一般整定為電機(jī)連續(xù)額定電流的 20%以上，因此互感器采用傳統(tǒng)的剩余電流接法用于接地電流檢測(cè)的是可以接受的。對(duì)低于上述整定值的情況，則更適于采用零序電流互感器來檢測(cè)故障接地電流。需要注意的是，我們應(yīng)確保繼電器不會(huì)在電機(jī)啟動(dòng)時(shí)因互感器的非對(duì)稱飽和所導(dǎo)致的差電流誤動(dòng)作。為使保護(hù)裝置獲得在這種條件下的穩(wěn)定性，一般采用在繼電器端串聯(lián)一個(gè)穩(wěn)定電阻的方式。該電阻值可由下式計(jì)算得出：其中：IO = 接地故障電流整定值，單位為安培Ist = 折算到互感器次級(jí)的電機(jī)啟動(dòng)電流Rct = 互感器次級(jí)的直流電阻N = 對(duì)于 4 線式互感器接法（星形點(diǎn)在互感器側(cè)），該值為 1 對(duì)于 6 線式互

42、感器接法（兩個(gè)星形點(diǎn)連接到繼電器的控制盤上），該值為 2R1 = 繼電器與互感器間的單線電阻Rr = 繼電器的電阻，單位為歐姆2.4.1.2典型整定一般地，應(yīng)將接地保護(hù)元件整定為無方向性，其值約為電機(jī)連續(xù)額定電流的 30%。如果使用了穩(wěn)定電阻，那么接地保護(hù)元件應(yīng)設(shè)為速斷。如果未用，那么可以通過在接地保護(hù)元件中設(shè)置一個(gè)延時(shí)時(shí)間來實(shí)現(xiàn)非對(duì)稱飽和狀態(tài)下穩(wěn)定性。具體的延時(shí)時(shí)間整定取決于系統(tǒng)本身的要求。TG 1.1555技術(shù)指南章節(jié) 4使用說明頁碼 20/45MiCOM P241如果電動(dòng)機(jī)接觸器前端帶熔斷器保護(hù)，那么應(yīng)給接地故障保護(hù)分級(jí)以確保接觸器不必分?jǐn)喑^其斷路容量的電流。示例見圖 5：技術(shù)指南TG

43、 1.1555使用說明章節(jié) 4MiCOM P241頁碼 21/45圖 5 熔斷器特性2.4.2不接地系統(tǒng)2.4.2.1原理與地完全絕緣的電力系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)在于當(dāng)單相發(fā)生接地時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生接地電流。因此，即便發(fā)生接地故障系統(tǒng)仍可維持運(yùn)行。但其缺點(diǎn)也非常明顯，系統(tǒng)中未接地相上出現(xiàn)極高的穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)過壓。顯然，通過采用不接地系統(tǒng)可以獲得一些運(yùn)行優(yōu)勢(shì)，然而，能及時(shí)檢測(cè)到系統(tǒng)發(fā)生的故障仍然顯得極為重要。很明顯，標(biāo)準(zhǔn)的電流動(dòng)作式接地保護(hù)在這類系統(tǒng)里已不適用。采用剩余過壓檢測(cè)裝置來檢測(cè)故障是一個(gè)可行的辦法。P241 型繼電器中設(shè)計(jì)有該項(xiàng)功能，詳見 2.5 節(jié)所述。盡管如此，如果要想在這類系統(tǒng)里實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的接地保護(hù)

44、，可能只有使用高靈敏度的接地故障檢測(cè)元件。這類繼電器可以檢測(cè)到接地條件下系統(tǒng)的不平衡充電電流，此時(shí)，我們就必須要采用零序電流互感器。如圖 6 所示：接地保護(hù)繼電器接地保護(hù)繼電器TG 1.1555技術(shù)指南章節(jié) 4使用說明頁碼 22/45MiCOM P241圖 6 當(dāng)絕緣系統(tǒng)中發(fā)生 C 相接地故障時(shí)，系統(tǒng)中的電流分布從圖 6 我們可以看出，如果電機(jī)的供電線路無故障，繼電器檢測(cè)到的是電源饋線上自身充電電流的不平衡電流；如果發(fā)生接地故障，繼電器上將檢測(cè)到來自系統(tǒng)中其它線路的充電電流（在本例中為 IH1和 IH2），而故障相饋線自身的充電電流（IH3）則消失了。為進(jìn)一步予以說明，參見圖 7 所示的矢量圖

45、。圖 7 絕緣系統(tǒng)發(fā)生 C 相接地故障時(shí)的矢量圖根據(jù)矢量圖，我們可以看出，C 相接地導(dǎo)致未接地相電壓升高到倍。圖中，A 相3充電電流（Ia1）超前 A 相電壓 90，同樣，B 相充電電流也超前 B 相電壓 90。技術(shù)指南TG 1.1555使用說明章節(jié) 4MiCOM P241頁碼 23/45零序電流互感器在無故障的電機(jī)供電線路上檢測(cè)到的不平衡電流可以看做是 Ia1和 Ib1的矢量加，其和（剩余電流）正好滯后剩余電壓（3VO）90。當(dāng)無故障相的電壓增大到倍后，這些相上的充電電流同樣會(huì)增大到其穩(wěn)態(tài)值的倍。所以，剩余電33流 IR1將等于相充電電流穩(wěn)態(tài)值的 3 倍。矢量圖上標(biāo)識(shí)出的電機(jī)饋線無故障相和故

46、障相的剩余電流是反向關(guān)系，分別用 IR1和IR3表示。所以我們可以使用一個(gè)方向檢測(cè)元件來實(shí)現(xiàn)精確的接地保護(hù)。如果極化電壓 Vres（等于3VO）移相 90，那么故障饋線上的繼電器檢測(cè)到的剩余電流將位于方向特性曲線的動(dòng)作區(qū)內(nèi)，同時(shí)無故障饋線上的電流將落入制動(dòng)區(qū)。應(yīng)予以注意的是：P241 繼電器的方向接地保護(hù)利用實(shí)際剩余電壓作為參考輸入信號(hào)，在其內(nèi)部，該電壓被移相 180，所以在矢量圖上才表現(xiàn)為-3VO。如前所述，對(duì)于不接地系統(tǒng)，這種靈敏的接地保護(hù)元件所要求的特征角一般整定為90。但我們還應(yīng)注意，這種整定對(duì)應(yīng)于繼電器采用這樣的接法：動(dòng)作電流的方向是自電動(dòng)機(jī)饋線流向電源母線。關(guān)于繼電器接法和動(dòng)作電流

47、方向見附錄 2 中的繼電器接線圖。P241 繼電器從內(nèi)部獲得方向接地保護(hù)元件所需的剩余極化電壓，所以我們就需要采用一個(gè)三相五柱式鐵芯電壓互感器或三個(gè)單相電壓互感器，而不能采用三柱式鐵芯電壓互感器設(shè)計(jì)。五柱式鐵芯電壓互感器或三個(gè)單相電壓互感器設(shè)計(jì)方案可讓剩余磁通穿過電壓互感器，從而使繼電器獲得所需的剩余電壓；而用三柱式鐵芯電壓互感器不可能為剩余磁通提供通路，所以不適于此應(yīng)用場(chǎng)合。另外，我們還可以使用一相間連接的電壓互感器來驅(qū)動(dòng)繼電器，使用時(shí)，需將開口三角形繞組連接到繼電器的剩余電壓輸入端。請(qǐng)注意：接地判別也可以不帶方向控制功能，僅當(dāng)我們可以把繼電器整定為：大于受保護(hù)饋線的充電電流，小于其余系統(tǒng)的

48、充電電流時(shí)，就可能實(shí)現(xiàn)這種工作方式。2.4.2.2整定原則如前所述，繼電器在故障饋線上檢測(cè)到的剩余電流等于系統(tǒng)中其余線路流出的充電電流之和。此外，前文曾提及，在每一饋線上的兩無故障相充電電流之和形成一個(gè)合成電流，其值為每相充電電流的 3 倍。所以，繼電器所檢測(cè)到的總不平衡電流等于系統(tǒng)中其余線路每相充電電流的 3 倍。因而我們一般將保護(hù)的動(dòng)作電流整定為該值的30%，也即是等于系統(tǒng)中其余線路一相的充電電流。但是具體的整定最好還是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況來確定，這樣方可根據(jù)實(shí)際結(jié)果獲得最佳的整定使其更適用于要保護(hù)的系統(tǒng)。P241 繼電器所提供的多種測(cè)量及故障記錄工具在此就顯得極為有用。對(duì)定時(shí)器的整定在這里可以不

49、那么嚴(yán)格，因?yàn)橄到y(tǒng)首先出現(xiàn)的故障一般表現(xiàn)為電容電流的出現(xiàn)。然而，緊隨其后的故障就需要跳閘。如果電機(jī)接觸器前端帶熔斷器，那么應(yīng)使保護(hù)有足夠的延時(shí)，這樣就可以保護(hù)接觸器，使其不必分?jǐn)喑^其斷路容量的電流。2.4.3電阻接地系統(tǒng)將系統(tǒng)通過一電阻接地可以達(dá)到同時(shí)減少故障電流和瞬時(shí)過電壓的目的。除此之外，電阻式接地系統(tǒng)在有害環(huán)境下（如礦山等）有時(shí)也表現(xiàn)出一定優(yōu)越性，因?yàn)樵谙到y(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，接地電阻可以有效地減少接觸電位和跨步電位。2.4.3.1整定原則在電阻式接地系統(tǒng)中，一般把故障電流限制為系統(tǒng)的滿負(fù)荷電流。TG 1.1555技術(shù)指南章節(jié) 4使用說明頁碼 24/45MiCOM P241在這種應(yīng)用場(chǎng)合，

50、可以讓繼電器工作于無向保護(hù)方式，并把動(dòng)作電流整定為小于最小故障接地電流的 30%，大于電機(jī)饋線穩(wěn)態(tài)充電電流的 3 倍。（顯而易見，根據(jù)圖 5，無論系統(tǒng)采用何種接地方式，我們都可以從無故障饋線上檢測(cè)到充電電流）關(guān)于延時(shí)時(shí)間的整定原則與直接接地系統(tǒng)的整定原則相同（見 2.4.1 節(jié)）。需要注意的是，如果因?yàn)殡娏鞔笮〉脑颍瑹o法滿足上述適用于無方向繼電器的整定原則，那么此時(shí)就需要采用更為靈敏的方向接地保護(hù)裝置。這樣就可以使繼電器的整定值不必高于受保護(hù)饋線的充電電流。2.4.3.2高阻接地系統(tǒng)在某些應(yīng)用場(chǎng)合，通過很大的電阻將接地故障電流嚴(yán)格限制。在這種情況下，一般我們應(yīng)選擇一個(gè)合適的接地電阻阻值，使故

51、障接地電流達(dá)到系統(tǒng)充電電流相同的數(shù)量級(jí)。所以，就極化電壓（-3VO）而言，系統(tǒng)充電電流將對(duì)故障電流相位角產(chǎn)生顯著的影響。在這種應(yīng)用場(chǎng)合，我們就需要采用由零序電流互感器驅(qū)動(dòng)的更為靈敏的方向接地故障保護(hù)元件。顯然此時(shí)的繼電器特征角應(yīng)整定為 45（參見圖 8）。但我們應(yīng)注意到，這種整定對(duì)應(yīng)于繼電器采用這樣的接法：動(dòng)作電流的方向是自電動(dòng)機(jī)饋線流向電源母線。繼電器的電流靈敏度應(yīng)大約整定為倍系統(tǒng)中其余線路充電電流的 30%（3 倍穩(wěn)態(tài)2值）。正確的繼電器接線方式對(duì)應(yīng)于確定的動(dòng)作方向，詳見附錄 2 中的繼電器接線圖。定時(shí)器的整定在這里可以不那么嚴(yán)格，因?yàn)橄到y(tǒng)首先出現(xiàn)的故障一般危害較小。盡管如此，緊隨其后的故

52、障就需要跳閘。請(qǐng)注意，在帶方向接地保護(hù)時(shí)，就 P241 繼電器對(duì)電壓互感器的要求而言，在這種應(yīng)用場(chǎng)合下與 2.4.2 節(jié)所述是相同的。（R.C.A = 繼電器特征角）圖 8 - 方向跳閘特性技術(shù)指南TG 1.1555使用說明章節(jié) 4MiCOM P241頁碼 25/452.4.4經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)2.4.4.1原理一般來說，為限制因弧光放電引起的瞬時(shí)過壓，同時(shí)也是為了方便檢測(cè)和消除接地故障，電力系統(tǒng)一般都采用接地運(yùn)行方式。阻抗接地運(yùn)行方式在限制接地故障發(fā)生時(shí)的危害性和限制對(duì)人員有害的開關(guān)柜爆炸的危險(xiǎn)性方面有明顯的優(yōu)勢(shì)。除此而外，這種接地方式還可以限制變電站或發(fā)生接地故障的臨近區(qū)域的接觸電壓和跨步

53、電壓。如果系統(tǒng)的接地阻抗較大，或系統(tǒng)未接地，此時(shí)接地故障電流會(huì)很小，而無故障相上的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)電壓會(huì)很高。所以，一般來說，只有在中/低壓供電網(wǎng)絡(luò)中才會(huì)采用這種高阻抗接地方式，因?yàn)樵谶@類電網(wǎng)中，我們才不用因解決過壓絕緣的問題而付出高昂的代價(jià)。對(duì)于高壓系統(tǒng)，一般都采用直接接地或低阻抗接地運(yùn)行方式。高阻抗接地系統(tǒng)中有一類特殊的接地方式：通過電感線圈接地，使系統(tǒng)電源頻率下的接地感抗恰好等于系統(tǒng)對(duì)地的總?cè)菘?。這種接地方式被稱作 Petersen 線圈接地方式。在一個(gè)經(jīng)過仔細(xì)調(diào)整的系統(tǒng)中，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)接地故障電流將為零。所以在這種接地運(yùn)行方式下，接地故障是自消除式的。如果是設(shè)計(jì)使然，這樣的系統(tǒng)在單相接地的情況

54、下可以維持運(yùn)行，直到查出故障原因并予以排除。這類系統(tǒng)的效率極大地依賴于系統(tǒng)的精確調(diào)整：使系統(tǒng)電源頻率下接地線圈感抗等于系統(tǒng)對(duì)地的總?cè)菘?，顯然，任何時(shí)候?qū)ο到y(tǒng)的擴(kuò)容都需要重新調(diào)整線圈的感抗。在主要由野外架空線組成的電力系統(tǒng)中，消弧線圈接地系統(tǒng)是最常見的接地方式，另外，在那些易發(fā)生瞬時(shí)接地故障的地域，這類系統(tǒng)也具有極大的優(yōu)越性。如：消弧線圈接地系統(tǒng)可以抑制由于閃電導(dǎo)致的系統(tǒng)瞬時(shí)接地，而不需要停電進(jìn)行處理。圖 9 所示的消弧線圈接地系統(tǒng)，其 A 相發(fā)生了接地故障。在這種情況下，我們可以看到其 A 相對(duì)地電容因接地故障而短路。計(jì)算顯示，當(dāng)接地線圈的感抗整定剛好時(shí)，接地故障電流將為零。圖 9 - 消弧線

55、圈接地系統(tǒng)的電流分布TG 1.1555技術(shù)指南章節(jié) 4使用說明頁碼 26/45MiCOM P241圖 10 - 發(fā)生 A 相接地故障時(shí)的電流矢量圖準(zhǔn)備在經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中使用繼電器來提供接地保護(hù)前，深入理解在這類系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)的電流分布是必需的。只有具備了這些知識(shí)，才有可能確定應(yīng)采用何種繼電器并能正確地連接和整定接地保護(hù)裝置。圖 11 所示是一個(gè)徑向輸配電系統(tǒng)，其電源通過消弧線圈接地，圖中所示共有三路饋電線路，其下部線路中的有一相發(fā)生接地故障。圖 11 - 發(fā)生 C 相接地故障時(shí)的電流分布圖圖 12 為上述系統(tǒng)的矢量圖（a、b 和 c），圖中假定系統(tǒng)為完全補(bǔ)償（即線圈阻抗與系統(tǒng)容抗相等）

56、，另外還假設(shè)系統(tǒng)為理想情況即接地線圈和電源饋線的電阻均為零。技術(shù)指南TG 1.1555使用說明章節(jié) 4MiCOM P241頁碼 27/45圖 12 理想情況 XL 或 XC 中不存在電阻分量根據(jù)圖 12a 所示的矢量圖，我們可以看出由于 C 相發(fā)生接地，從而導(dǎo)致其它無故障相的電壓升高到倍。圖中的 A 相充電電流（Ia1，Ia2和 Ia3）超前 A 相合成電壓 90，3B 相充電電流也同樣超前 B 相合成電壓（Vb）90。零序電流互感器在無故障的饋電線路上檢測(cè)到的不平衡電流可以看作是 Ia1和 Ia2的矢量加，其和（剩余電流）滯后剩余電壓（3VO）90（圖 12b）。顯然，當(dāng)無故障相的電壓增大倍

57、后，這些相上的充電電流同樣會(huì)增大到其穩(wěn)態(tài)值的倍。所以，33剩余電流 IR1將等于相充電電流穩(wěn)態(tài)值的 3 倍。注意：P241 繼電器的帶方向接地保護(hù)利用實(shí)際剩余電壓作為參考輸入信號(hào)，在其內(nèi)部，該電壓被移相 180，所以在矢量圖上才以-3VO表示。相角的移相由 P241 自動(dòng)完成。發(fā)生接地故障的饋線上的剩余電流等于無故障相上的充電電流之和（IH3）與故障電流（IF）相加。所以最終的不平衡電流就等于 IL-IH1-IH2，如圖 12c 所示。如果把系統(tǒng)化為一零序網(wǎng)絡(luò)，那么在發(fā)生接地故障時(shí)就更容易分析。如圖 13 所示。TG 1.1555技術(shù)指南章節(jié) 4使用說明頁碼 28/45MiCOM P241說明

58、：IR0F = 故障饋線上的剩余電流IR0H = 無故障饋線上的剩余電流所以：I0F = IL IH1 IH2 IH3IR0F = IH3+I0FSO：IR0F = IL IH1 IH2圖 13 零序網(wǎng)絡(luò)中的剩余電流比較故障饋線和無故障饋線上的剩余電流（圖 12a 和 12b），我們可以看出，兩個(gè)電流在幅值和相位上都是相等的。所以我們不可能用繼電器來分辨有無發(fā)生接地故障。然而，就如前面提到過的一樣，消弧線圈和饋電線不存在直流電阻僅是一種理想情況，而在那些不能忽略電阻分量的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合，我們就應(yīng)給予充分考慮。如圖 14：技術(shù)指南TG 1.1555使用說明章節(jié) 4MiCOM P241頁碼 29/4

59、5圖 14 - 實(shí)際情況：- XL 和 XC 中存在電阻分量圖 14a 中再次表示出了電容電流、消弧線圈電流及剩余電壓之間的關(guān)系?，F(xiàn)在我們可以看到，由于饋線電阻的存在，無故障相的充電電流超前其對(duì)應(yīng)相的相電壓已略小于90。同樣，由于線圈的電阻對(duì)電流 IL的移相作用，IL滯后相電壓也不到 90。這種輕微的相移請(qǐng)見圖 14b 和 14c。此時(shí)，非故障饋線上的剩余電流與極化電壓之間的夾角將超過 90，而故障饋線上的剩余電流與極化電壓之間的夾角則小于 90。所以我們就可以使用一個(gè)特征角整定為零（就極化電壓3VO而言）的帶方向的繼電器來檢測(cè)系統(tǒng)的接地故障，即，無故障饋線的剩余電流將出現(xiàn)在特征曲線的制動(dòng)區(qū)，

60、而故障饋線的剩余電流則位于動(dòng)作區(qū)。在實(shí)際的系統(tǒng)中，常常在消弧線圈的兩端人為并聯(lián)一個(gè)電阻，其目的有二：其一是為了把接地故障電流提高到一個(gè)便于檢測(cè)的水平，其二是為了增大剩余電流電壓間的相角差。其實(shí)都是為了便于接地故障的檢測(cè)。2.4.4.2靈敏接地保護(hù)元件的工作原理我們已經(jīng)知道，無故障饋線和故障饋線上剩余電流間的角度差可以使用方向繼電器來檢測(cè)，只需將其零力矩線置于兩電流間?？捎糜诮拥毓收蠙z測(cè)的這類保護(hù)元件可能有兩種：靈敏的方向接地故障繼電器，其繼電特征角整定為 0（RCA），且門檻值在小范圍內(nèi)可調(diào)。靈敏的方向零序功率繼電器，其 RCA 的整定與上述要求相同。P241 繼電器中的靈敏方向接地保護(hù)元件的