高压三相异步电机 6KV高压电动机精编版.docx

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高压三相异步电机6KV高压电动机精编版

高压三相异步电机6KV高压电动机，10KV高压电动机

高压电机保护办法

介绍反时限保护

反时限保护就是当故障电流越大，保护的动作时间越短；当故障电流越小，其动作时间越长。

这种保护在低压（6-10KV）网络应用很多，尤其是电动机保护。

数字化之前反时限过流保护GL-10系列在电动机保护市场占有不可动摇的统治地位。

其原理是感应式，通入的电流大，铝盘转动快，即保护动作时间短；当通入电流小铝盘转动慢，则保护动作时间长。

当通入电流大到一定程度，使磁分路磁力增强，使其动铁被吸引从而带动瞬动接点闭合，即此时保护可瞬时动作。

（但这个瞬动电流的大小只能是动作电流的8倍以内。

）之所以反时限特性在电动机保护中广泛使用，就是在整定动作值可以较小，保护的灵敏度很高，由于动作特性是反时限的，所以在整定中很容易满足启动时间的要求；当出现短路故障时又能瞬间动作切除故障。

随着社会的发展新材料、新工艺、新技术的应用数字式的保护装置铺天盖地的在市场出现，以摧枯拉朽之势取代了传统式的保护装置——整个社会进入了数字化的时代。

数字化的继电保护装置在电网的运行中发挥着非凡的作用。

如今的反时限，只是保护装置中的一项功能而以。

针对电动机的保护来说，如ASD-520、ASD-411设置有：

过流、反时限、过压、堵转、缺相、电流不平衡、接地、低电压、启动时间过长等保护。

无论是感应式反时限还是数字式反时限其保护特性多为:

top=0.14TOP/[（Imax/Iop）0.02-1]

传统感应式反时限继电器完成此特性，在制造中的难度是比较大的。

铝盘极易变形、传动的涡轮蜗杆、轴承軸尖加工精度要求极高，磁分路等受材料影响很大。

总之影响保护的质量因素很多，严重影响保护的精度，及出厂的一至性。

数字式反时限特性则不然，在一定硬件的支持下完成功能特性程序编程，就能得到精度高、整定范围宽（且无阶梯）、整定方便、出厂一至性好的智能化的保护测控为一体的装置。

日益稳定发展的国内外各功能的芯片及其他电子元器件、以及日臻完善的电路板制作工艺、通讯技术、计算机技术是当今数字化继电保护测控装置支柱。

正常反时限时间特性的举例：

（选用ASD-520）

上式中

top--------反时限保护的动作出口时间

T0P---------选择特性的时间常数

Imax-------流过保护装置的最大电流

I0P---------启动保护的电流

一电动机        Se=800KW， Ue=6KV，COSΦ=0.841，Ie=98A

系统最小断路电流：

Ikmax=1833A

电动机起动倍数：

  7（倍）      

电动机起动时间：

  8.5（秒）

保护的整定原则：

1整定时间尽可能小的情况下，满足启动的要求；

               2满足额定功率下可靠工作；

               3短路故障时保护可靠动作瞬时跳闸；

启动电流值Iq=7*Ie

            =7*98

            =686 A 

为保证额定时可靠工作（保护启动定值）Idz=1.2*Ie=1.2*98

                                              =117.6A

电动机起动时的最大电流倍数=Iq/Idz=686/117.6=5.83（倍）

求满足上述条件的特性时间常数

T0P=top*[（Imax/Idz）0.02-1]/0.14

  =8.5[（5.83）0.02-1]/0.14

  =2.179秒

为可靠，定值取T0P=2.3秒

反时限保护速断倍数 取8倍，即Isdz=117.6*8=940.8A

校速断值的灵敏度：

KL=Ikmax/Isdz=1833/940.8

                   =1.95

满足灵敏度要求。

电力系统中的几种单相接地保护的整定计算

（本文基于高春如大型发电机组继电保护整定计算与运行技术、电力工程电气设计手册及现场经验）            0 

一．概述

电力系统的中性点接地方式直接关系到电力系统运行的可靠性、人身安全、设备安全、设备的绝缘水平、继电保护方案等一系列的问题，所以电力部门对此十分重视。

大电流接地系统，小电流接地系统是我们常挂在嘴边的技术概念。

所谓的大电流接地系统就是中性点直接接地（有效接地）的电力系统；所谓的小电流接地系统就是中性点不接地，或经消弧线圈、电阻接地的电力系统。

在我国电压等级在110KV及以上的电网为大电流接地系统，110KV以下的为小电流接地系统。

 对不同的接地方式，单相接地零序保护的整定方法是不同的，以下想介绍一下有关接地方式的单相接地零序保护的整定方法，与同仁讨论。

电力系统中的对称分量法告诉我们任何不对称短路都可用对称分量法进行分析，即用对称的正序、负序、零序表达三相电流（电压）。

                    ÌA=Ì1 +Ì2+Ì0

                   ÌB=a2Ì1+aÌ2+Ì0

                   ÌC=aÌ1+a2Ì2+Ì0

                    Ì1=1/3（ÌA+aÌB+a2ÌC）

                    Ì2=1/3（ÌA+a2ÌB+aÌc）

                    Ì0=1/3（ÌA +ÌB +ÌC）  a=ej120°,a2= ej240°

    系统中各种电气设备都有着自己的正序、负序、和零序电抗，在系统计算中要按电力工程设计手册进行。

（或有关附表查阅）

二．小电流接地系统接地保护的整定

1．由于该系统（6KV）中性点不接地，所以仅在出线装设投于信号的单相接地保护，和母线TV开口三角接地过电压保护。

以高压电动机出线为例：

原始数据：

P=2000KW       U=6.3KV    I=250.2A      启动倍数=7倍

         电缆长度：

1000m （ZRC-YJC3*150mm2）

单相接地保护动作电流计算：

一次动作电流按躲过区外（自身）单相接地时提供接地点的接地电流计算。

                          3I0.OP=Krel×IK

（1）

式中：

3I0.OP——单相接地保护动作电流；

      Krel——可靠系数     取2.5

     IK

（1）——电动机回路的3电容电流。

（两种方法，一是查有关附表，二是通过公式计算。

）此例查表得IK

（1）=3IC=1A

3I0.OP=2.5×1=2.5A 

求灵敏度：

也就是说当电动机配线单相接地时，要有使保护定值（2.5A）足以动作的电流流过该保护装置。

                   KSEN

（1） =（IK∑

（1）-IK

（1））/3I0.OP＞1.5～2   

式中：

KSEN

（1）  ——电动机配线单相接地时保护的灵敏度。

      IK∑

（1） —— 该6.3KV系统各配出线接地电容电流的总和。

系统各配出线接地电容电流的总和简易算法：

①   按各配线的有关电气规格（包括线路、电机、母线等）参数较详细计算各自的对地接地电容电流，然后进行总和。

②   将该系统所有电缆长度总和，然后或查表或计算，得总的接地电流。

（误差大）

    6KV电缆线路电容电流：

 IK

（1）=（95+2.84S）*UN/（2200+6S）A/km

10KV电缆线路电容电流：

 IK

（1）=（95+1.44S）*UN/（2200+0.23S）A/km

6KV架空线路电容电流：

  IK

（1）=0.015A/km

10KV架空线路电容电流：

 IK

（1）=0.025A/km

③系统接地电流实测。

若有实测值，应按实测的结果。

该例中总的电缆长度6000m    得IK

（1）=7A ＜10A  ∴各配线零序电流保护投于信号。

 动作时间t0.op=0S

灵敏度 KSEN

（1） =（IK∑

（1）-IK

（1））/3I0.OP=（7—1）/2.5=2.4    满足要求

大家注意：

 ▲此定值计算是一次值。

因零序电流互感器的变比不是线性的，规范不尽相同且与材料、几何形状、生产工艺、二次回路阻抗关系甚密，继电器（保护装置）的二次值应通入一次电流定值的试验得出，并应可靠动作，二次值为豪安级，由现场测试而得。

▲不接地系统中的零序电流定值及保护的可靠性受系统建设中各配线的接地电流值是否悬殊有关、与运行方式有关。

（如合分母联开关）

▲看来不接地系统中的零序电流定值计算与电动机的容量及额定电流等无关。

2．厂用高压起备变低压侧中性点接地  厂用6KV系统

  参见系统图

低压侧中性点经小电阻20Ω（一般18-36Ω）接地方式，单相金属性接地电流约为 IK

（1） =UN/（√3*RN）=6300/（1.732*20）=182A   

∴一般变压器6KV侧中性点经R=20Ω电阻接地电流是固定的，与变压器容量无关。

6KV厂用电系统单相接地时，各级单相接地保护有很好的选择性和很高的灵敏度。

这种零序电流保护装置均取自变压器中性点零序电流互感器TA0的二次电流3I0，  此保护构成二段式零序电流保护，其Ⅰ段动作电流跳本分支开关，Ⅱ段跳变压器各侧开关。

①   Ⅰ段零序动作电流整定计算：

按躲过6KV厂用配线最大零序过流值正定。

3I0.OPⅠ=Krel×3I0.OP.max/nTA0 

式中：

3I0.OPⅠ——  零序Ⅰ段动作电流整定值。

     Krel  ——— 可靠系数    取1.15~1.2

     3I0.OP.max———6KV系统中零序电流保护的最大值。

     nTA0—— 零序CT变比。

零序Ⅰ段动作电流整定值的灵敏度：

K0.SEN

（1）=3I0）K0。

min/（3I0.OPⅠ×nTA0）≥2

3I（0）K0。

min——6KV厂用出线最小单相接地电流。

时间整定：

按6KV厂用配线最大零序过流保护最长时间配合。

to.opⅠ= to.op.max+⊿t   零序Ⅰ段动作跳分支断路器。

②Ⅱ段零序保护动作电流整定计算：

与Ⅰ段零序动作电流整定计算值相同。

 时间整定：

Ⅱ段零序保护动作时间应比Ⅰ段动作时间长一个⊿t。

 零序Ⅱ段保护动作于跳变压器各侧断路器。

③例题：

某高压厂用变6.3KV中性点经小电阻20Ω接地，其最小接地点流为182A（计算见前），已知最大出线零序定值3I0.OP.max=40A （计算见后述），零序电流互感器变比200/5，计算中性点零序保护电流定值：

Ⅰ段   3I0.OPⅠ=Krel×3I0.OP.max/nTA0

          =1.2×40A/40

              =1.2（A）       取1.5A

 求灵敏度：

K0.SEN

（1）=3I（0）K0。

min/（3I0.OPⅠ×nTA0）

                 =182/（1.5×40）

                 =3                      ≥2 满足要求

动作时间：

6.3KV系统中配线最长延时0.4S

∴to.opⅠ=0.4+0.3=0.7S          保护动作于分支断路器。

Ⅱ段    零序电流定值同Ⅰ段。

动作时间to.opⅡ=0.7+0.4

             =1.1（S）

保护动作跳变压器各侧断路器。

（全停）

3．厂用高压起备变低压侧中性点不接地

6.3KV厂用系统仅在出线装设动作于信号的单相接地保护，6.3KV母线TV开口三角接地过电压保护。

接地过电压定值3U0。

OP=（0.05~0.1）UN  取 10V

动作时间可以可能跳闸的保护最长动作时间配合。

 取2S。

4．厂用高压起备变低压侧中性点接地系统中的配线零序保护的整定

以给水泵电动机为例

已知：

PM。

N=5500KW IM。

N=590A  UN=6KV   TA变比1500/5 启动7倍

高压电缆 ZRC-YJV-6/63*240mm2  长度0.05km

按躲区外单相接地时电流考虑：

    3I0.OP=Krel×IK

（1）=3×1=3A      查表0.05km的接地电流＜1A

按躲电动机起动时的最大不平衡电流考虑：

     3I0.OP=（0.05~0.1）IM。

N=（0.05~0.1）590=29.5~59A   取40A

求灵敏度：

6KV中性点接地系统中的单相接地电流为182A（计算见前）

K0.SEN=IK1）/3I0.OP=182/40=4.55  ≥2     满足要求。

动作时间：

取动作时间to.op=0S

该单相接地保护投于跳闸

5．发电机中性点经接地变压器高阻接地

（内容待续）

三．变压器高压侧中性点接地的零序过电流保护 

1．零序电流采样点

大电流接地系统中YNd-11、YNd-1、YNyn-12接线的降压变压器单相接地动作量取自：

①变压器中性点的TA0零序电流互感器；

②TAA、TAB、TAC电流互感器零序虑过器的3I0  。

 取中性点TA0的不能显示方向，取自TAA、TAB、TAC虑过器的有方向，且有很高的灵敏度。

区内接地——单相接地电流3I0指向母线。

区外接地——单相接地电流3I0指向变压器。

接采样三相TA虑过器可组成带方向或不带方向的二段零序过流保护。

2．不带方向的零序过流保护整定   

①变压器零序Ⅰ段保护

a.      动作值计算

按躲过高压母线（区外）单相接地电流计算，即

3I0.OPI=Krel*K0。

bar* 3IK0

（1）/nTA

式中：

Krel——可靠系数，取1.2~1.3

K0。

bar——起备变零序电流分支系数。

3IK0

（1）——高压母线单相接地最大3倍零序电流值。

K0。

bar=X0∑/X0。

T  

X0∑———起备变母线单相接地，系统综合零序电抗标幺值。

X0。

T——起备变零序电抗标幺值。

按躲过变压器低压母线三相短路的最大不平衡电流计算。

3I0.OPI=Krel*Ker*Kap*Kcc*IK（3） 

Krel——可靠系数，取1.5

Ker——三相电流互感器最大误差。

取0.1

Kap——非周期分量系数。

Kcc——电流互感器同型系数。

取0.5

IK（3）——变压器低压母线最大三相短路电流。

以上两计算值取大值。

b.     灵敏度计算                Ksen

（1）=3IK0

（1）/3I0.OP.I≥2

式中：

3IK0

（1）——变压器出口单相短路由系统供的零序电流。

3I0.OP.I——变压器零序Ⅰ段定值。

c.      动作时间

动作时间与线路零序动作时间配合计算。

       取 0.3~0.4S。

②变压器零序Ⅱ段保护

变压器零序Ⅱ段保护定值与高压线路带时限零序过流值配合计算。

3I0.OPⅡ=Krel*K0。

Bar*3I0.OPL.max/nTA

式中：

3I0.OPL.max——与之配合的高压线路零序保护最大的动作电流。

灵敏度计算：

Ksen

（1）=3IK0

（1）min/3I0.OPⅡ≥1.5~2  

式中：

3IK0

（1）min——当主系统失去接地中性点，且厂高变中性点仍在运行时的最小单相接地电流。

零序Ⅱ段保护动作时间：

与高压线路带延时零序过电流保护配合段最大动作时间配合。

（长一个⊿t）

变压器不带方向的零序Ⅰ、Ⅱ段过流保护，一般都能满足变压器高压侧单相接地时的选择性、灵敏度和快速性的要求，当不满足时可加装带方向的零序保护。

（高春如P331）

3．带方向的零序Ⅰ、Ⅱ段过流保护

由于变压器区内单相接地短路电流3IK0

（1）指向母线，变压器区外单相接地短路电流3IK0

（1）指向变压器，当用“躲高压母线单向接地电流”的计算值比“按躲过变压器低压母线三相短路的最大不平衡电流”的计算值大的多且灵敏度不够时，可采用带方向的零序电流保护。

（保护动作方向指变压器，而3IK0

（1）流向母线。

）

①   变压器零序Ⅰ段保护

按躲过变压器低压母线三相短路的最大不平衡电流计算。

3I0.OPI=Krel*Ker*Kap*Kcc*IK（3）   （同上）

灵敏度按     Ksen

（1）=3IK0

（1）/3I0.OP.I≥2

动作时间     取          0S

②   变压器零序Ⅱ段保护

（定值、灵敏度、时间，同带方向的Ⅱ段计算）

4．变压器零序保护动作跳变压器各侧断路器  

四．变压器高压侧中性点间隙接地的零序过电流保护

对于系统中的某台变压器来说，当失去系统中所有变压器中性点的接地，发生单相接地短路时，由变压器的中性点间隙接地零序保护切除故障点。

该保护分别整定间隙零序过流和间隙零序过压。

1．中性点间隙接地零序电流保护的动作电流值   

动作量取自间隙接地回路的零序电流互感器TA0的二次电流3I0，此一次值按经验取100A，TA0规格选100/5，∴二次定值为5A。

2．中性点间隙接地零序电压保护的动作电压值 

动作电压定值3U0。

OP.set应满足：

3UK0。

max

（1）＜3U0。

OP.set＜3UK0.min  ？

？

取3U0。

OP.set=180V    分析见（高春如大型发。

。

P182）

式中：

3UK0。

max

（1）——中性点直接接地系统发生单相接地时，保护安装处开口三角出现的3倍最大零序电压。

（V）

3UK0.min

（1）——当系统出现直接接地的中性点，而又发生单相接地时，反应该变压器的开口三角出现的最小零序电压。

3．中性点间隙接地零序电压保护的动作时间

动作时间按躲过暂态过电压时间，一般取   t0.op=0.4S

电流互感器性能对继电保护的影响

 一 前言

继电保护的动作正确与否，不单单取决于质量可靠、性能优良的继保装置，还有很多因素影响着保护的正确动作。

如，精确合理的整定计算、完善正确的二次回路、严格的维护效验制度与及正确合理的选用电流互感器，都直接影响着继电保护正确动作。

是继电保护正确动作率的不可缺少的保证。

尤其对正确选用电流互感器不够重视。

往往在工程中只注意到额定电压电流，而对在电网中所处的环境，暂态过程等全然不顾，致使保护误动，造成经济损失。

运行中这样的例子屡见不鲜。

在事故分析中万不可忽视电流互感器特性对继电保护的影响。

这里就正确选择合理使用电流互感器作以说明。

二 电流互感器

1.  工作原理

 众所周知，电流互感器是电力系统中最重要的设备之一，它与继电保护有密不可分的关系。

电流互感器的工作原理与普通变压器相似，是按电磁感应原理工作的。

【注】1

它的一次绕组串联在电气系统的主电路中，其二次绕组接保护用继电器、测量仪表等二次负荷。

当一次流过电流I1时，在铁芯中产生交变磁通使二次绕组产生感应电势，在二次回路中产生电流。

电流互感器的一二次额定电流之比称为变比，用Ki表示。

                    Ki=IN1/IN2 

由于二次绕组存在着阻抗、励磁阻抗和铁芯损耗，故随着电流及二次负载和功率因数的变化会产生变比误差和相角误差。

2.          准确级

 复合误差包括比值和相角误差。

电流互感器的准确级，如0.5级，它表明在额定电流条件下的电流变比误差为0.5%。

注意，此值不保证在短路条件下的误差，而是指在一定的二次负荷下的允许误差。

（通常仅作为测量回路计算导线截面的依据，不能用于继电保护回路负载计算的依据）

保护用的电流互感器，其准确级应采用5P级、10P级。

【注】2 也就是说在额定准确限值一次电流下的复合误差不超过5%、或10%。

额定准确限值一次电流---即，互感器能满足复合误差要求的最大一次电流。

3.          关于10%倍数曲线

当电力系统发生故障而引起继电保护动作时，流过电流互感器的电流，将可能比其额定电流值大的多。

当电流互感器流过较小电流时，由于电流互感器的铁心未饱和，其一次值I1 和二次值I2 呈线性比例关系。

但一次电流增大到一定值时，势必使铁芯饱和。

饱和后电流互感器的励磁电流迅速增加，这就影响了电流互感器的传变能力，使其误差增大。

【注】3若严重饱和互感器二次甚至没有输出，此时将严重影响继电保护的正确动作，使系统设备蒙受很大的经济损失。

故障时电流互感器二次没有输出，会造成线路保护拒动、差动保护误动（6支CT饱和程度不一样）等现象。

电流互感器流过很大的短路电流时的准确性可用选择电流互感器的10%倍数曲线进行计算。

所谓10%倍数曲线是指在比值误差f%=10%时一次电流倍数m与二次负荷I2 的关系曲线。

理论分析和实践证明，按10%倍数曲线计算电流互感器的允许二次负载能满足继电保护的灵敏度和选择性的要求。

换言之电流互感器在一定额定电流倍数下还要满足10%的误差级精度的要求，其二次负载值是有一定要求的。

即，超越电流互感器额定电流倍数越大，该互感器二次带载能力越差。

不同型号规格的电流互感器10%倍数曲线可在其出厂技术资料中或在电力工程设备手册中查找。

曲线中的一次电流计算倍数m可按下列公式

         m=KK*Imin  /Ie

式中  KK --可靠系数                            Imin–外部短路流过电流互感器的最大电流。

Ie—电流互感器一次额定电流。

可靠系数：

发电机差动1.3，双圈变差动1.5，35~110线路1.1。

参考文献：

注1—      卢文鹏，发电厂变电所电气设备 2005.8版

注2—      GB1208-1997电流互感器

注3—      电力工程设计手册2001年版

小电流接地系统中的零序电流保护整定

 中性点非直接接地系统的单相接地保护与中性点直接接地系统中单相接地保护，在构成方式、作用原理及功能是完全不同的。

中性点非直接接地系统发生单相接地时，仅相电压发生畸变，中性点位移，产生较高的零序电压，而线电压不变，用户可以继续工作——允许短期带故障点运行。

因此为电网及人身安全，接地电流大于10A（一次值）时接地保护必须接跳闸，一般情况仅投信号。

中性点非直接接地系统的单相接地电流为电网的自然电容电流；当中性点经消弧线圈补偿后的接地电流只是残余电流。

综上述，零序电流互感器的二次输出要视系统的接地电容电流大小而定，当系统较小，接地后产生的电容电流也较小（尚不能达到保护装置的最小动作值），保护可能没有灵敏度。

保护既要有选择性又要有灵敏性，这种情况下给零序保护的使用带来了困难，必须通过灵敏度的效验和现场试验。

影响零序电流保护动作的方面较多。

如：

运