繼電器的保護原理范文

導語：如何才能寫好一篇繼電器的保護原理，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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    關鍵詞:電動機;保護器;保護原理;應用

    一、引言

    電動機是當前應用最廣泛的動力設備,是其他機電設備的動力源泉,電動機正常的輸出是其驅動的機電設備正常工作的前提,如今已被廣泛應用于工農業、交通運輸、國防等領域。電動機所帶的負載種類繁多,且往往是整個設備中的關鍵部分,因而確保電動機的正常運行就顯得十分重要。電動機保護器(電機保護器)是發電、供電、用電系統的重要器件,是跨行業、量大面廣、節能效果顯著的節能機電產品[1]。電動機保護器的作用是給電機全面的保護控制,在電機出現過流、欠流、斷相、堵轉、短路、過壓、欠壓、漏電、三相不平衡、過熱、接地、軸承磨損、定轉子偏心時、繞組老化予以報警或保護控制。如今電動機保護器幾乎滲透到所有用電領域,在國民經濟和節能事業中有著不可替代的重要地位和作用。

    二、電動機保護器的保護原理與構成

    對電動機來說,其故障形式從機械角度可以分為繞組損壞和軸承損壞兩方面。造成繞組損壞的主要原因有:1.電動機長時間的電、熱、機械和化學作用下,繞組的絕緣老化損壞,定轉子繞組匝間短路或是對地短路。2.電網供電質量差,電源電壓三相不平衡、電壓波動大、電網電壓波形畸變、高次諧波嚴重或者電動機斷相運行。3.電源電壓過低使得電動機啟動轉矩不夠,電動機不能順利啟動或者是在短時間內重復啟動,電動機長時間承受過大的啟動電流導致電機過熱。4.因機械故障或其它原因造成電動機轉子堵轉。5.某些大型電機冷卻系統故障或是長時間工作在高溫高濕環境下造成電機故障。

    電動機保護原理的研究是保證電動機保護器性能高低的關鍵,根據三相對稱分量法的理論,三個不對稱的向量可以唯一分解成三組對稱的向量,分別為正序分量、負序分量和零序分量。對稱分量的計算公式

    根據(1)式,電動機在發生對稱故障和不對稱故障時,電動機的三相電流都會發生變化。電動機故障條件流過繞組的電流過大,超過電動機的額定電流,因此可根據這一特征來對電動機過電流進行保護。電機過載、斷相、欠壓都會造成繞組電流超過額定值。電源電壓欠壓,運行電流上升的比例將等于電壓下降的比例;電機過載時,常造成堵轉,此時的運行電流會大大超過額定電流。針對以上情況,電動機保護器可通過對三相運行電流進行檢測,根據運行電流的不同性質來確定不同的保護方式,從而對電機予以的斷電保護。電動機的故障類型分為過流保護、負序電流保護、零序電流保護、電壓保護和過熱保護等幾種。

    通過對電動機保護器的保護原理分析可以看出,理想的電動機保護器應滿足可靠、經濟、方便等要素,具有較高的性能價格比。經過發展和更新,如今電動機保護器一般由電流檢測電路、溫度檢測電路、基準電壓電路、邏輯處理電路、時序處理電路、啟動封鎖及復位電路、故障記錄電路、驅動電路、電動機控制電路組成。電動機保護器的構成原理如圖l所示。

    圖1 電動機保護器組成模塊和構成原理圖

    三、電動機保護器的類型及應用分析

    目前我國普遍采用的電動機保護器主要有熱繼電器、溫度繼電器和電子式電動機保護器。熱繼電器是五十年代初引進蘇聯技術開發的金屬片機械式電動機過載保護器,它在保護電動機過載方面具有反時限性能和結構簡單的特點。但存在功能少,無斷相保護,對電機發生通風不暢,掃膛、堵轉、長期過載,頻繁啟動等故障不起保護作用。這主要是因為熱繼電器動作曲線和電動機實際保護曲線不一致,失去了保護作用。且重復性能差,大電流過載或短路故障后不能再次使用,調整誤差大、易受環境溫度的影響誤動或拒動,功耗大、耗材多、性能指標落后等缺陷。溫度繼電器是采用雙金屬片制成的盤式或其他形式的繼電器,在電動機中埋入熱元件,根據電動機的溫度進行保護,但電動機容量較大時,需與電流監測型配合使用,避免電動機堵轉時溫度急劇上升,由于測溫元件的滯后性,導致電動機繞組受損。溫度繼電器具有結構簡單、動作可靠,保護范圍廣泛等優點,但動作緩慢,返回時間長,3KW以上的三角形接法電動機不宜使用。目前在電風扇、電冰箱、空調壓縮機等方面大量使用。電子式電動機保護器通過檢測三相電流值和整定電流值,采用電位器旋鈕或拔碼開關操作來實現對電動機的保護,電路一般采用模擬式,采用反時限或定時限工作特性。

    除了上述三種常見的電動機保護器,磁場溫度檢測型繼電器和智能型電動機保護器也在電動機故障保護中得到普遍應用。磁場溫度檢測型保護器通過在電動機中埋入磁場檢測線圈和溫度探頭,根據電動機內部旋轉磁場的變化和溫度的變化進行保護,主要功能包括過載、堵轉、缺相、過熱保護和磨損監測,保護功能完善,缺點是需在電動機內部安裝磁場檢測線圈和溫度傳感器。智能型電動機保護器能實現電動機智能化綜合保護,集保護、測量、通訊、顯示為一體。整定電流采用數字設定,通過操作面板按鈕來操作,用戶可以根據自己實際使用要求和保護情況在現場自行對各種參數修正設定,采用數碼管作為顯示窗口,或采用大屏幕液晶顯示,能支持多種通訊協議,目前高壓電動機保護均采用智能型

    四、電動機保護器應用選擇原則

    選用電動機保護裝置的目的,既能使電動機充分發揮過載能力,又能免于損壞,而且還能提高電力拖動系統的可靠性和生產的連續性。合理選用電機保護裝置,既能充分發揮電機的過載能力,又能免于損壞,從而提高電力拖動系統的可靠性和生產的連續性。具體的功能選擇應綜合考慮電機的本身的價值、負載類型、使用環境、電機主體設備的重要程度、電機退出運行是否對生產系統造成嚴重影響等因素,力爭做到經濟合理。在能滿足保護要求的情況下首先考慮最簡單保護裝置,當簡單的保護裝置不能滿足要求時,或對保護功能和特性提出更高要求時,才考慮應用復雜的保護裝置,做到經濟性和可靠性的統一。 

    五、結束語

    如今電動機保護器已發展到了微電子智能型時代,電動機保護器也朝著多元化方向發展。這就需要我們的工作人員在選型時應充分考慮電動機保護實際需求,超前、準確、及時地判斷電動機的故障,合理選擇保護功能和保護方式,實現對電動機的良好保護,達到提高設備運行可靠性,減少非計劃停車,減少事故損失的目的。

    參考文獻

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關鍵詞：電機的保護；啟動及變頻啟動；電氣調試

中圖分類號：C35 文獻標識碼： A

一、高壓電機的保護控制

高壓電機需保護的功能很多，主電路高壓部分控制可采用計算機綜合保護控制器和交流真空斷路器聯合控制的直接啟動或高壓變頻器控制及高壓軟啟動器控制。

1.1 高壓電機的直接啟動控制原理

采用真空接觸器直接啟動與綜合保護控制器相結合，通過電TA和零序電TA采樣電路，將高壓電機工作電流及漏電電流送入綜合保護控制器電流信號輸入端，供綜合保護控制器進行電機運行狀態監測分析、一旦發生過流、漏電、短路、缺相等故障、通過執行元件真空接觸器動作，切斷電機運行電源，并將故障情況上傳到控制中心，同時聲光報警。在故障沒有排除的狀態下，綜合保護控制器程序鎖定不能合閘的真空接觸器，運行電機。

1.2 高壓電機的變頻啟動控制原理

高壓變頻器通過大功率IGBT絕緣柵雙極性晶體管直接控制電機的高壓電源，其結構為高壓-低壓-高壓或三電平疊加結構。隨著大功率高電壓等級IGBT絕緣柵雙極性晶體管開關管的研制成功，一種新型結構的交-直-交形式逐漸替代前兩種都帶有體積大而笨重鐵心變壓器的結構，該結構變頻器的主電路簡圖如圖1。

圖1 高壓變頻器主要電路簡圖

三相高壓交流電經大電流高壓整流二極管整流成高壓直流電，供快速絕緣柵雙極性高壓開關管 IGBT 觸發生成可變頻的三相交流高壓脈沖電源，經電抗器濾波后，變成可變頻的三相正弦波交流電，供高壓交流電機工作。

快速絕緣柵雙極性高壓開關管 IGBT 的開啟與關斷由變頻器內計算機控制中心控制，通過計算機內部程序及電子電路來控制高壓交流電的頻率和電壓幅值，實現高壓交流電機的軟啟動、軟停車及轉速的調速控制。電壓輸出頻率的可控范圍為：0～400Hz。當停車后，通過計算機內部程序控制觸發脈沖觸發高壓濾波電容放電控制的 IGBT 管，使整流電容的殘余存電通過放電電阻釋放，高壓電源指示燈熄滅放電完畢，避免檢修高壓電路發生電擊事故。

電機的轉速：n=60f/2p，由此可知，電機轉速與頻率 f 成線性關系。變頻器擬采用 u/f=c。方式（帶 PG）輸出三相交流電，變頻范圍為：0～400Hz，采用高載波頻率的SPWM 方式，載波頻率為：10～20kHz，開關功率管為 IGBT（絕緣柵雙極性晶體管），開關功率管可以多只串聯使用。在頻率較低時，可通過提高起步電壓來提高電機的機械運行性能。

整機主控以單片機為核心部分，利用單片機控制變頻器的各項功能和各種信號的輸入輸出，進行智能化判斷和控制，同時將信號送入SPWM 發生器（如 SA4828 等芯片），產生和控制SPWM 脈沖波，此波送入光電隔離電路，經光電隔離后送入功率驅動芯片如 M57962L，進行功率放大，驅動 IGBT 管，經 IGBT輸出高壓 SPWM 波形三相電，再經濾波電抗器 L 濾波，輸出三相交流電，驅動交流電機，同時將輸出的電壓、電流、轉速等信號反饋至控制系統進行控制變頻控制一般只適用于變頻電機普通電機在低頻和高頻階段，不適合使用變頻器控制，這是由其鐵心材質和結構決定的。普通高壓電機在低頻段即0～20Hz 時，產生高壓奇次諧波，使電機發熱，影響電機使用壽命；在高頻段即 50～100Hz 及以上時，電機軸承不能承受超高轉速而損壞，同樣影響電機使用壽命。一般普通高壓電機采用真空接觸器直接啟動與綜合保護控制器相結合或軟啟動器控制。

二、高壓電機電氣調試

2.1 高壓電機電氣調試范圍

高壓電機電氣調試也是保證高壓電機正常運行的關鍵，高壓電機電氣調試包括高壓電纜、高壓真空接觸器、電機綜合保護器、高壓電機、高壓避雷器、TA.TV高壓變頻器。

2.2 高壓電機調試的內容

電機綜合保護器技術參數的設定整定應根據高壓電機出廠說明書中的技術參數和電機設備的實際情況進行設定，并進行一次高壓不送電，二次線路模擬動作試驗，動作顯示均應正常。調試應嚴格按照《高壓電氣設備交接試驗標準 GB50150-1990》。高壓耐壓前、后都要進行絕緣電阻測試。測量時，搖表轉速應均勻，轉速在120r/min 左右絕緣電阻應用AC2500V，0～2500MΩ兆歐表測量，在15s和60s時分別讀數并記錄，計算其阻值吸收比，讀數結束后，先撤離試驗表筆，再停止搖表轉速下降，以防試驗高壓反沖損壞絕緣電阻搖表。高壓真空接觸器應測量合閘線圈、分閘線圈的動作電壓（吸合電壓、釋放電壓），并計算其返回系數值、主觸點直流電阻、主觸點斷口耐壓等。

2.3 高壓電機的調試過程

高壓電機應進行三相直流電阻、繞組極性、絕緣電阻、高壓耐壓試驗等，三相直流電阻采用精密直流電橋測量。高壓電機400kW 以下的耐壓試驗電路圖如圖2。

如圖2所示，試驗電源 AC380V 經試驗操作臺調壓變壓器調壓后，輸入高壓變壓器升壓接入放電保護球隙器高壓側，另一側應可靠接地。放電保護球隙器應調整好球放電間隙，放電動作保護電壓值應稍大于試驗電壓值，調整好放電動作保護電壓值的放電保護球隙后，切斷調試電源，操作臺調壓器返回至零位，連接高壓電流表、水電阻、高壓電機繞組等試驗連接線，特別應檢查接地連接線是否可靠接地，確定無誤后，方可進行下一步試驗。試驗時電壓應緩慢上升，在試驗時間內，高壓電流表的指針應無閃動現象，時間到應緩慢下降后切除電源。高壓電機 400kW 以上的耐壓試驗應進行直流高壓泄漏試驗，泄漏電流值應符合規范要求。測量前后都應測量其絕緣電阻，阻值應符合規范要求。

圖2 交流實驗簡圖

綜合電機保護器、高壓變頻器等電子器件設備不宜進行高壓耐壓試驗，但需進行各種技術參數設定，并進行模擬動作試驗，動作、指示應正常靈活、可靠。

2.4 高壓電機調試的注意事項

（1）高壓耐壓直流泄漏電流試驗時，試驗設備應可靠接地，應有專人在試驗電纜的兩端看護，并用安全隔離帶隔離，試驗期間禁止人員進入試驗隔離區。試驗結束后，高壓電纜測量兩極應注意對地放電，以防殘余高壓存電傷人。

（2）高壓電機的直流電阻測量，應注意測量極與電機電極連接可靠，減少測量誤差，測量阻值應三相平衡。

（3）高壓避雷器的高壓泄漏試驗電壓應嚴格按照產品說明書技術要求進行，不能擅自提高試驗電壓以防高壓擊穿。

三、結束語

社會經濟的發展推動了工業化規模的不斷擴大，對于大功率的電機設備應用呈現出逐漸增加的趨勢，由此，很多低電壓大功率的電機設備暴露出了很多缺點，在工作時的電流很大，而在啟動的瞬間則需要更大的電流，從而導致電機設備在實際應用過程中存在著較多的問題。因此，對于此種情況，需要采取高壓電機設備應用，以有效降低其啟動電流和工作電流，從而最大限度的降低其在啟動時對電網造成的影響。

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一、課標分析

微課設計按照山東省中等職業學校機電技術應用專業教學指導方案中《電氣控制線路安裝與維修》課程標準的要求制定。

課程標準要求：掌握常用低壓電器的結構、原理、型號規格、用途和選用，通過行為導向的項目式教學，加強學生實踐技能的培養，培養學生的綜合職業能力和職業素養等。熱繼電器微課教學目標為：了解交流熱繼電器外觀；知道熱繼電器的功能、基本結構、圖形符號以文字符號；理解熱繼電器的工作原理；熟記熱繼電器的圖形符號、文字符號；通過實習訓練，能夠識別熱繼電器，會選擇、檢測、安裝、調整、校驗熱繼電器；加強安全防范意識，培養理實一體化結合處理問題的能力和團隊合作精神。

二、教材分析

教材為高教社出版的《電氣控制線路安裝與維修》-理實一體化教學（第2版），是中等職業教育改革創新示范教材。教材根據職業崗位和技能培養的要求，參照相關行業職業資格標準和技能鑒定標準，圍繞職業能力的形成分解能力的要求，切實體現“做中學、做中教”，以能力為本位，以學生為主體。

熱繼電器是一種具有保護功能的繼電器，主要用作電動機的過載保護、斷相保護等，是繼電器―接觸器控制線路電路中必不可少的元件之一。在實踐中，操作者正確選用和維修熱繼電器，是基本的職業素養。

三、學情分析

本節課的教學對象是中職機電專業一年級學生。他們已經學習了交流接觸器，而且剛結束電磁式繼電器的學習，具備學習本節課的知識基礎。熱繼電器的工作原理是學生學習的難點。

四、微課設計

本節微課主要針對熱繼電器，采用理實一體化教學模式展開教學，包括以下內容。

1.情景導入――播放技能大賽場景

設計意圖：播放國家比賽和省市比賽的電氣安裝的比賽場景以及熱繼電器的PPT圖片，激發學生的興趣，導入學習對象。

2.任務實施

任務1：熱繼電器的組成結構。

設計意圖：熱繼電器的組成結構是本節的重點內容，利用教師錄制的視頻展示不同部位的結構名稱，并與實物對照，抽象內容形象化，增強學習興趣。

任務2：熱繼電器的工作原理。

設計意圖：熱繼電器的工作原理是本節的重點和難點，通過熱元件受熱彎曲的演示實驗以及flas，形象展示其動作原理，攻克學習難點。

任務3：熱繼電器的功能作用。

設計意圖：利用一段“電動機過載燒毀實驗的視頻”，體現熱繼電器的熱過載保護功能，引起學生學習的興趣。展示熱繼電器在實際電路中的連接，理論聯系實際。

3.技能訓練

設計意圖：用DV錄制熱繼電器的拆裝和檢測視頻，讓學生暫停觀看，與教師進行拆一拆、測一測、量一量互動環節，以實現舉一反三，進一步掌握熱繼電器的組成結構和工作原理。

4.回顧總結

讓學生根據微課內容進行回顧總結，識記熱繼電器的功能作用和結構，敘述熱繼電器的工作原理。

設計意圖：PPT展示，啟發學生學會歸納知識點。

5.布置作業

作業1：簡單敘述雙金屬片式熱繼電器的工作原理，如何把熱繼電器接入電路中？

作業2：通過電腦網絡搜索不同型號的熱繼電器，并記錄其型號以及工作原理。

設計意圖：有利于學生理解熱繼電器的工作原理，認識實際生活中的熱繼電器，更好地為電動機控制電路的學習做準備。

五、制作技術

首先用DV錄制熱繼電器拆裝和檢測的小視頻，然后制作熱繼電器PPT課件，再用錄屏專家Camtasia Studio軟件進行錄屏，最后用繪聲繪影X8進行片頭、正文和片尾的合成。

六、設計特點

教學方法：采用理實一體化教學法，遵循建構主義特點，拋出問題，留下思考空間，再呈現答案。

互動設計：突出以學生為中心，實現“一對一”的交流，教師要設計互動的問題，讓學生思維與教師思維同步。

設計細節：發揮學案的輔助作用。讓學生看微視頻前用學案先自學，而且可以反復多次觀看。

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關鍵字：繼電保護；煤礦；供電系統；應用；

中圖分類號： TM774 文獻標識碼： A

1、引言

煤礦供電系統在正常運行工作過程中不可避免的會發生以下故障或者非常態的狀況，例如短路、斷線、絕緣老化等，會導致供電系統可能出現危險情況，造成不必要的財產損失。因此，煤礦供電系統的主要電器設備和供電線路都要裝設繼電保護裝置，在煤礦供電系統中設置科學合理的繼電保護裝置對于保證煤礦供電系統的安全可靠具有至關重要要的作用，是保證煤礦供電系統安全運行過程中不可缺少的裝置之一。近年來，煤礦供電系統中繼電保護裝置的應用研究已經成為國內外大量專家和學者研究的重要課題，對于煤礦供電系統的安全運行提供了科學的理論指導作用和實際應用價值。

2、繼電保護裝置的主要作用及其基本要求

2.1繼電保護裝置的主要作用

（1）監視煤礦電力系統的正常運行，當被保護的電力系統發生故障時，繼電保護裝置迅速準確地給距離故障點最近的斷路器發出跳閘命令，使故障線路及時從電力系統中斷開，最大限度地減少對電力系統元件本身的損壞。

（2）反映煤礦電力系統的不正常工作情況，并根據不正常工作情況和設備運行維護條件的不同發出信號，提示值班員迅速采取措施，使之盡快恢復正常，或由裝置自動地進行調整，或將那些繼續運行會引起事故的電氣設備予以切除。

（3）繼電保護裝置在煤礦供電系統中的應用對于提高電力系統的遠程控制以及自動化控制有著至關重要的作用，并且能夠為煤礦生產過程實現自動化控制功能。

2.2繼電保護裝置的基本要求

通常情況下，在煤礦供電系統中繼電保護裝置要滿足以下四個方面的要求：速動性、選擇性、可靠性以及靈敏性，其基本要求如下：

（1）繼電保護裝置動作速動性是指在煤礦供電系統出現故障時，繼電保護裝置能夠迅速準確的切除出現故障的電路，保證供電系統的穩定性，減輕出現故障的供電電路中的設備和元器件的損壞程度，降低線路損壞程度，從而切斷故障防止故障外延，引起其他不必要的損失。

（2）繼電保護裝置選擇性是指當煤礦供電系統出現故障時，首先切斷故障設備或者元器件以及線路本身的故障，當以上動作不能夠按照指令執行時，繼電保護裝置能夠進行選擇行的切除故障相鄰的上一級的設備和元器件電路，或者由上一級的繼電保護裝置選擇性的進行切除線路故障。

（3）繼電保護裝置靈敏性指的是在電路系統規定的保護范圍內，對于系統出現的故障狀況的實際反應的能力。繼電保護裝置應該保證無論煤礦供電系統中出現何種故障或者故障發生在何種位置，都能夠及時迅速領命的將故障的情況反映出來，這樣才能夠說明繼電保護裝置滿足靈敏性的要求規定。

（4）繼電保護裝置可靠性指的是對于煤礦供電系統出現的任何故障都要能夠迅速的執行正確的動作，不能夠出現不工作狀況，在不應該執行動作時，不應該出現錯誤動作。繼電保護裝置的可靠性對于煤礦供電系統的運行有著十分很總要的作用，出現任何的錯誤動作動能夠使的故障的影響范圍變大，對于生產造成不必要的損失。

3、繼電保護裝置在煤礦供電系統的應用

煤礦供電系統在發生故障或者不正常運行是，電路中的主要表現特征為電路電流瞬間增大或者電路電壓瞬間降低。繼電保護裝置中的過電流保護在煤礦供電系統中應用較為廣泛，是一種利用及時測量電路中電流增大的特點而構成的繼電保護裝置，其主要的工作原理如下所示。

3.1過電流保護裝置的工作原理

正常運行時，線路中流過工作電流小于繼電器的動作電流，繼電器不能動作，繼電器的觸點都是斷開的。當保護范圍內發生短路故障時，流過線路的電流增加，當電流達到電流繼電器的整定值時，電流繼電器動作，閉合其常開觸點，使時間繼電器線圈有電，經過一定延時，時間繼電器觸點閉合，接通信號繼電器線圈回路，信號繼電器觸點閉合，接通燈光、音響信號回路。由此可見，保護的動作時限從線路的末端到電源是逐級增加的，越接近電源，動作時限越長，這種確定保護動作時限的方法稱為時限的階梯原則。定時限過電流保護裝置的動作時限是由時間繼電器的整定值決定的，只要通過電流繼電器的電流大于其動作電流，保護裝置就會啟動，而其動作時限的長短與短路電流的大小無關。所以把具有這種時限特性的過電流保護稱為定時限過電流保護。

3.2電流速斷保護

實施電流速斷保護的主要目的是為了保證動作具有選擇性。在工程中，為了確保保護裝置的動作時限盡量長，設定的前一級保護的動作時限比后一級長一個時限階段扯，從而會造成短路電流很大，因此危害就會很大。此時就要進行電流速斷保護，因為我們常見的繼電器電流保護裝置的動作時限不會多于1s，而這種設置的動作時限一般都不會少于1s。對于淺井作業供電方式來研究電流速斷保護的應用。第一種應用為淺井所使用的電壓為低壓，設備也都為低壓設備，通過變壓器變為低壓送入井底，再由井底內配電所送給各個設備。第二種是無高壓作業情況，所供負荷較小，可使用地面的變電站變配電供采區負荷不大且無高壓用電設備時，由地面變電站將降為380V或660V后，再由采區配電所送給各個設備使用。第三種應用為高壓作業情況，所供負荷較大，利用高壓電纜經鉆孔送電，但所送的電為高壓電，必須經過采區變電所降壓后方可使用。

4、煤礦供電系統中繼電保護裝置類別及特征

4.1煤礦供電系統中繼電保護裝置類別

煤礦供電系統中會應用許多保護設施，他們功能各不相同，但究其組成原理和構成部件來說，無外乎是三種部件組成，測量元件、邏輯元件和執行元件。測量元件識別并存儲和保護電氣參數，在存儲和保護過程中完成參數的變換，之后傳遞給邏輯元件；邏輯元件將參數與給定值分析比較給出邏輯判斷，如果參數不符合邏輯，發出指令給執行元件；執行元件接受指令并發出命令，斷路器自動跳閘，最終完成繼電保護。下面根據煤礦供電系統發揮的作用和參數不同，對繼電器進行了詳細劃分。

由反應物理量不同，將繼電器劃分為電流繼電器、電壓繼電器、功率繼電器

方向繼電器、阻抗繼電器五類。原理不同，所分類型有所差別，通常情況下經常分為：晶體管型繼電器、電磁型繼電器、整流型繼電器、感應型繼電器。

由元件之間連接方式不同，將繼電器分為一次作用式繼電器和二次作用式繼電器。一次作用式繼電器是指元件與主回路直接連接，不需要其他元件輔助連接的繼電器；二次作用式是指元件與主回路要通過互感器才能連接。

由跳閘方式不同將繼電器分為直接動作式繼電器和間接作用式繼電器。直接動作式繼電器是指：執行元件的電磁機構在動作發生時直接作用使開關跳閘；必須通過跳閘線圈才能使開關跳閘的稱為間接作用式繼電器。

4.2煤礦供電系統中繼電保護裝置特征

（1）電磁型繼電器特征：結構簡單、可靠性能優良、用途廣泛、可適用多種場合；工作原理是磁力矩＞可動系統摩擦力矩+彈簧反作用力矩。目前市場上已經生產出的成品類型有：極化式的電磁型繼電器、螺管式電磁型繼電器、干簧式電磁型繼電器、拍合式電磁型繼電器、轉動無片式電磁型繼電器等等。

（2）感應型繼電器的特征：動作反應靈敏、具有反時限性質。工作原理是利用可動鋁盤（也可以是鋁杯）以及固定電磁鐵動作。

（3）整流型繼電器特征：反時限性質、具有感應繼電器的特性，利用單結晶體管完成動作，反應迅速。

（4）晶體管型繼電器特征：敏捷、反應更快、可靠性好、體積小、節能、噪聲小、動作速度快，可以與其他元件組合成復雜程度高的繼電器。此繼電器發展迅猛，很有可能會成為未來繼電器行業的主導。

5、結語

綜上所述，在煤礦供電系統的設計及其應用過程中，為了確保工作人員以及工作現場的人身安全和財產安全，必須安裝有繼電保護裝置，防止供電系統出現不正常的現象，造成不必要的損失。在今后的研究工作中，應該重點對煤礦系統中繼電保護裝置的安裝位置及繼電保護裝置本身安全性能進行研究，并且探索研究創新的繼電保護裝置，使得繼電保護裝置在煤礦供電系統中發揮到應有的作用，確保煤礦供電系統的正常運行。

參考文獻

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摘 要:文章系統分析了“工頻變化量”技術的理論基礎和在各種保護裝置中的實際應用，并總結了這些保護裝置的獨特優勢。

關鍵詞:工頻變化量;原理;微機保護

Abstract: The paper systematically analyzed theory basis of DPFC technology and its application in all kinds of protection devices， and then summed up the unique advantages of these devices.

Key words: deviation of power frequency component; principle; microcomputer protection

在我國電力系統繼電保護領域，南瑞繼保公司無疑是占盡技術優勢和市場優勢的領頭羊。之所以能夠取得這樣輝煌的成就，是與南瑞繼保公司董事長、中國工程院院士沈國榮先生和他創立的“工頻變化量”理論緊密聯系在一起的?；谶@種原理的保護裝置在安全性、快速性、靈敏性和選擇性等各方面都有很大的提高，但是在傳統的教科書中并沒有具體的理論講述，廠家的說明書也很不詳細。下面將從原理和實際應用方面進行具體地分析。

1 工頻變化量Deviation of Power Frequency Component (DPFC)原理分析

工頻變化量的理論基礎為疊加原理，即電力系統發生故障時，經過渡電阻短路，可認為是過渡電阻下面的一點金屬性短路，即該點對系統中性點電壓為零，可認為該點與中性點之間串聯2個大小相等、相位相反的電壓源，依然保持該點與中性點間電壓為零，見圖1。

“疊加”有2個含義:①短路后任一點的電壓，如保護安裝處M母線的電壓(即M點到中性點電壓，是我們關心的，箭頭向上表示電位為升，M母線為正，中性點為負，)，等于2個圖中相應點的電壓之和(二種狀態)。②短路后某個支路的電流，如流過保護的電流，等于2圖中相應支路的電流之和。從重疊原理本身來說，對UF沒有要求，可以任意取值，但在保護裝置里UF取短路點短路以前的電壓，Es、ER為電源電勢，在短路前后不變，因此，圖1稱為正常負荷狀態，圖2稱短路附加狀態，目的就是湊出這二種狀態。

與常規的穩態量保護裝置不同，基于工頻變化量原理的保護裝置只是“考慮”短路附加狀態的各種電氣量，而不考慮正常負荷狀態的各種電氣量。在附加狀態中，只有短路點有一個電壓源，電氣量全部為變化量用符號表示。微機保護中正在采樣的U、I減去“歷史”上采樣出來的U、I，即為加在繼電器上的U、I。Zs為保護背后電源的等值阻抗，ZR為保護正方向的所有阻抗，S為保護背后中性點，由下圖4、圖5可得出2個基本關系式:

2 變壓器的工頻變化量比率差動保護

變壓器有70%左右的故障是匝間短路，為了提高小匝間短路時差動保護的靈敏度，常規的比率制動特性差動保護中的起動電流往往整定得較小，例如整定成0.3~0.5倍的額定電流，而且初始部份沒有制動特性，見下圖6。

但運行實踐證明這樣的差動保護往往在區外短路或短路切除的恢復過程中由于各側電流互感器暫態或穩態特性不一致或者2次回路時間常數的差異或者電流互感器飽和造成保護誤動。南瑞繼保公司RCS978系列保護裝置在傳統的差動保護基礎上另外又增加了工頻變化量差動繼電器，提高了變壓器小匝數的匝間短路時的靈敏度，由于制動系數取得較高，在發生區外各種故障、功率倒方向、區外故障中出現TA飽和與TA暫態特性不一致等狀態下也不會誤動作。使得保護的安全性與靈敏度同時得到了兼顧。

工頻變化量比率差動保護的動作方程為:

理論上，工頻變化量比率差動制動系數可取較高的數值，這樣有利于防止區外故障時電流互感器飽和等因素所造成的差動保護誤動。

變壓器工頻變化量比率差動繼電器的動作特性見圖7所示，陰影部分為動作區。

工頻變化量比率差動繼電器的特點:

(1)負荷電流對它沒有影響。對于穩態量的比率差動繼電器，負荷電流是一個制動量，會影響內部短路的靈敏度。隨著內部故障嚴重程度的增大，其靈敏度會下降。

(2)受過渡電阻影響小。

(3)由于上述原因工頻變化量比率差動繼電器比較靈敏。提高了小匝數的匝間短路時的靈敏度。由于制動系數取得較高，在發生區外各種故障、功率倒方向、區外故障中出現TA飽和與TA暫態特性不一致等狀態下也不會誤動作。使得保護的安全性與靈敏度同時得到了兼顧。

圖8為變壓器發生小匝間短路時的實際波形圖，可以看出，當變壓器C相發生1.5%的匝間短路故障時，常規差動保護(圖中直線2)不會動作，而工頻變化量差動保護(圖中曲線1)要靈敏得多，會正確動作。

(4)不必輸入定值。從工頻變化量的比率差動保護的動作方程式中可以看出，工頻變化量比率差動保護中不必輸入定值，其固定門檻與浮動門檻由其他公式得出，是公司的專利技術，在此不作討論。

3 超高壓輸電線路保護中的工頻變化量差動繼電器和阻抗繼電器

3.1 輸電線路電流縱差保護的主要問題

當重負荷情況下線路內部經高電阻接地短路時，常規保護的靈敏度可能不夠。由于負荷電流是穿越性的電流，它只產生制動電流而不產生動作電流，而此時經高電阻短路，短路電流小而制動電流大，因此保護裝置的靈敏度會下降。采用工頻變化量比率差動繼電器可以有效地解決輸電線路的這個老大難問題。

工頻變化量分相差動繼電器的構成:

工頻變化量分相差動繼電器的動作特性見下圖9。

工頻變化量差動繼電器的特點:①不受負荷電流的影響。因此負荷電流不會產生制動電流;②受過渡電阻的影響也較小;③在單側電源線路上發生短路，只要短路前有負荷電流，短路后無電源側的工頻變化量電流也會形成動作電流;

由于上述原因該繼電器很靈敏。提高了重負荷線路上發生經高電阻短路時的靈敏度。

3.2 工頻變化量阻抗繼電器的構成:

用于構成快速的距離Ⅰ段

其動作方程為:

工頻變化量阻抗繼電器的特點:①保護過渡電阻的能力很強，該能力有很強的自適應能力。②由于?駐?磚∑與?駐?磚相位相同，所以過渡電阻附加阻抗是純阻性的。因此區外短路不會超越。③正向出口短路沒有死區。④正向出口短路動作速度很快。保護背后運行方式越大，本線路越長，動作速度越快。⑤系統振蕩時不會誤動，不必經振蕩閉鎖控制。⑥適用于串補線路。

南瑞繼保公司的RCS931系列保護裝置中采用工頻變化量距離繼電器自適應能力的浮動門檻，對系統不平衡和干擾具有極強的預防能力，因而測量元件能在保證安全性的基礎上達到特高速，起動元件有很高的靈敏度而不會頻繁起動。由于工頻變化量距離繼電器動作速度非?？?，現場曾有3ms動作出口的記錄，因而工頻變化量距離I段與縱聯電流差保護一起構成線路的主保護。

4 結論

工頻變化量保護原理先進、構成簡單，便于在微機保護中實現，而且不受負荷電流、非全相運行等方式影響，抗干擾性能非常突出、自適應能力極強，最突出的特點是動作靈敏可靠而速度非?？?，在繼電保護領域具有很強的競爭優勢，是我國繼電保護工作者智慧的結晶，體現了我國繼電保護的獨特風格和先進的技術水平。

參考文獻

[1]戴學安.繼電保護原理的重大突破綜論工頻變化量繼電器.新技術新產品，1995

[2]沈國榮.工頻變化量方向繼電器原理的研究.電力系統自動化，1983，7(1).

篇6

【關鍵詞】斷路器；合閘回路；分閘回路；防跳回路

1 斷路器的典型控制回路控制原理

本文以南瑞公司RCS-941A的斷路器控制回路為例，說明斷路器控制回路的基本原理和使用該回路對斷路器進行各種操作的方式，RCS-941A斷路器的控制回路如圖1。

圖1 高壓斷路器控制回路展開圖

TWJ1～TW3-跳閘位置繼電器；HBJ-合閘保持繼電器；TBJV-防跳閉鎖繼電器；S1～S3-短接端子；HJ-重合閘繼電器；1LP2-重合閘出口壓板；HYJ1、HYJ2-合閘壓力繼電器；KKJ-雙位置繼電器；TYJ1、TYJ2-跳閘壓力繼電器；TJ-保護跳閘繼電器；1LP1-保護跳閘出口壓板；TBJ-跳閘保持繼電器；HC-合閘線圈；TQ-跳閘線圈；QF1、QF2-斷路器的輔助接點

1.1 合閘操作

斷路器的合閘操作分為手動合閘和自動合閘兩種，以手動合閘為例，分析斷路器的合閘操作過程。合閘操作前斷路器處于分閘狀態，此時斷路器的輔助觸點QF1在閉合狀態。就地手動合閘操作時，按下斷路器操作箱上的“合閘”按鈕，這時端子“1D40”與正電源導通，電路（+）-1D40-D3-HYJ1-TBJV-HBJ-QF1-HC-（-）接通。此時HBJ線圈勵磁，HBJ的接點接通，HBJ繼電器自保持，回路（+）-HBJ接點-TBJV-HBJ線圈-QF1-HC-（-）接通，該回路在斷路器完成合閘前自保持。斷路器合閘后斷路器的輔助觸點QF1斷開，QF2閉合。QF1斷開切斷了合閘回路的電源，避免合閘線圈HC長期通電和燒毀。QF2閉合，使電路（+）-HWJ1-HWJ2-R11、12-QF2-TQ-（-）接通，合位繼電器HWJ1、HWJ2勵磁，發合閘信號。

如果線路重合閘投入，線路發生故障斷路器跳開后，保護裝置控制重合閘動作，重合閘繼電器HJ接點閉合，電路（+）-HJ接點-1LP2-TBJV-HBJ-QF1-HC-（-）接通，使合閘保持繼電器線圈勵磁，之后的動作跟手動合閘一樣。

1.2 分閘操作

斷路器的跳閘操作分為手動跳閘和自動跳閘兩種，就地“手動分閘”操作，按下斷路器操作箱上的“分閘”按鈕，端子1D35與正電源導通，此時電路（+）-1D35-D1-TYJ1（TYJ2）-TBJ-QF2-TQ-（-）接通，跳閘保持繼電器TBJ勵磁，TBJ接點接通，電路（+）-TBJ接點-TBJ線圈-QF2-TQ-（-）接通。TBJ自保持，使斷路器的跳閘線圈勵磁，斷路器跳閘后，TQ斷開，切斷跳閘回路，同時HC勵磁，使電路（+）-TWJ1-TWJ2-TWJ3-R9，R10-QF1-HC-（-）接通，TWJ線圈勵磁，發斷路器分閘信號。若線路在運行時發生故障，保護裝置使保護跳閘繼電器的接點TJ閉合，電路（+）-TJ接點-1LP1-TYJ1（TYJ2）-TBJ-QF2-TQ-（-）接通，TBJ線圈自保持，之后的動作跟手動分閘一樣，將斷路器跳閘。

1.3 防跳閉鎖功能的實現

當斷路器在分閘位置需要合閘時，按下“合閘”按鈕，此時斷路器合閘，但由于線路有故障，繼電保護使TJ接點閉合，跳閘回路接通，此時TBJ線圈勵磁，TBJ與TBJV節點并聯的接點閉合，由于合閘信號沒有接觸，回路（+）-1D40-TBJV-TBJ-R7，R8-（-）接通，TBJV線圈勵磁，使TBJV常開觸點閉合，TBJV常閉觸點斷開，常開觸點閉合的作用是使線圈TBJV自保持，斷路器跳開后，QF2斷開，TBJ回路斷開，TBJ觸點斷開，由于TBJV通過其常開觸點閉合，斷路器跳開后，若合閘信號任為解除，回路（+）-1D40-TBJV線圈-TBJV觸點-R7，R8-（-）回路仍然保持接通。TBJV常閉觸點斷開斷開了合閘回路，使斷路器不能合閘，實現了防“跳躍”閉鎖功能。

1.4 控制回路的監視

控制回路的監視是由跳閘位置繼電器TWJ和合閘位置繼電器HWJ實現的。HWJ接于跳閘回路，該回路在開關跳閘線圈之前串有斷路器常開輔助觸點。當開關在合位時，其常開輔助觸點閉合，HWJ線圈帶電，HWJ=1表明開關合位。TWJ在合閘回路中，該回路在開關合閘線圈之前串有斷路器常閉輔助觸點。當開關在分位時，其常閉輔助觸點閉合，TWJ線圈帶電，TWJ=1表明開關分位。合位繼電器是用來監視跳閘回路完好性的，而跳位繼電器是用來監視合閘回路完好性的。正常狀態下，TWJ和HWJ中僅有一組勵磁，若TWJ和HWJ都不勵磁，則說明控制回路電源出現了故障。

2 斷路器的典型控制回路中各主要元件的作用

2.1 TWJ/HWJ位置繼電器

TWJ/HWJ位置繼電器的不僅能用來提供開關位置指示，還可以用來監視控制回路是否斷線和控制電源是否完好。

開關在分位時，電路（+）-TWJ1-TWJ2-TWJ3-R9，R10-QF1-HC-（-）接通，TWJ線圈勵磁，發斷路器分閘信號。此時雖然合閘線圈HC帶電，但由于TWJ為電壓線圈，線圈本身電阻大，再加上回路中串入的電阻，整體電阻為20～40kΩ，而合閘線圈為電流線圈，阻值很小，雖然整個合閘回路是導通的，但因為控制回路電壓大部分加在TWJ上，TWJ部分電阻很大，電流很小，不足以使合閘線圈動作。TWJ線圈上串聯的電阻，也是為了防止TWJ線圈擊穿短路，導致合閘線圈誤動。當手動或遙控合閘時，合閘回路接通相當于直接將TWJ短接，電壓直接加在合閘線圈上，使線圈動作，HWJ回路同此基本一致。

2.2 KKJ雙位置繼電器

KKJ繼電器是一個雙圈保持的雙位置繼電器。該繼電器有一個動作線圈和一個復歸線圈。動作線圈勵磁時，接點閉合，失電后接點也會維持在閉合狀態，直至復歸線圈上加上一個動作電壓，接點才返回，返回后線圈失電，接點也會維持在打開狀態。手動/遙控合閘的同時控制回路啟動KKJ的動作線圈，手動/遙控分閘時啟動KKJ的復歸線圈，而保護跳閘時是不啟動復歸線圈的。將TWJ的常開接點與KKJ的常開接點串聯，利用KKJ保護跳閘時不啟動復歸線圈，KKJ狀態與斷路器狀態不對應來實現原合后位置接點的功能。

2.3 合閘保持繼電器HBJ和跳閘保持繼電器TBJ

要保證斷路器合閘成功，必須保證使合閘回路中的電流持續一定的時間以啟動合閘線圈。遙控合閘時，合閘脈沖持續時間比較短，若合閘脈沖在合閘線圈啟動之前消失，則合閘操作就會失敗，所以就在合閘回路中加入了合閘保持繼電器HBJ，依靠HBJ的自保持回路，保證在斷路器合閘操作完成之前，斷路器的合閘回路一直保持導通狀態，確保斷路器能夠完成合閘操作。跳閘保持繼電器TBJ在跳閘時自保持作用與HBJ在合閘時所起的作用一樣，同時TBJ在合閘于預伏性故障時還能啟動TBJV線圈，從而啟動防跳功能。

2.4 合閘壓力鎖繼電器HYJ和跳閘壓力繼電器TYJ

當壓力低時，斷路器不能切斷電弧，如果此時對斷路器進行操作就會引起事故。壓力繼電器的作用是在壓力低時，斷開跳＼合閘回路，禁止對斷路器的操作，防止事故的發生。

2.5 TJ保護跳閘接點和HJ重合閘接點

TJ是當線路出現故障時，由繼電保護裝置控制的保護跳閘接點，HJ是當線路跳閘后，若線路重合閘功能投入，進行重合閘的接點。當線路出現故障時，TJ接點導通，跳閘回路接通，重合閘時，HJ所在回路接通，斷路器合閘。

3 總結

本文以RCS-941A操作回路為例介紹了斷路器的合閘回路、跳閘回路、“防跳”回路以及斷路器位置監視回路的實現原理以及回路中主要繼電器的功能。該回路利用TWJ、HWJ指示斷路器的跳合閘狀態并能監視控制回路和跳合閘回路的完好性；TBJ和TBJV配合完成斷路器的防跳功能，在合閘于預伏性故障的線路上時能自動斷開合閘回路，防止斷路器“跳躍”，同時該回路中的TYJ和HYJ在壓力低時，對操作回路進行閉鎖。

【參考文獻】

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[關鍵詞]發電機；失磁保護；誤動作；分析；處理

中圖分類號：TM31 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）14-0340-01

1 失磁保護動作原理及接線

阻抗元件用于檢出失磁故障；母線低電壓閉鎖（起動）元件用于防止保護裝置在其它異常運行方式下誤動作，保障系統安全。阻抗元件SCJ采用下拋圓特性阻抗繼電器，其定值可按靜穩邊界或異步邊界整定，失磁繼電器（SCJ）的型號為BZ-9型失磁阻抗繼電器，靈敏角為270°，穩定極限角為60～90°，延時跳閘1～2秒。母線低電壓元件1YJ采用發電機母線低電壓（實際接線采用#1主變低壓側電壓，反映系統高壓側母線三相同時低電壓）作閉鎖條件，其動作電壓值，按穩定運行條件決定的臨界電壓整定，（這時低電壓的動作值應按發電機低勵磁時的低電壓靈敏度來整定）。三相低電壓繼電器（1YJ）型號為BY-25，上述繼電器皆由許繼生產。保護跳閘回路如圖1。從中可以看出失磁繼電器SCJ接點是與三相低電壓繼電器1YJ接點串聯經時間繼電器SJ延時后跳發電機出口開關的。即三相低電壓繼電器1YJ起閉鎖作用，以防失磁保護誤動作。

2 失磁保護誤動歷史記錄及其處理過程：

1#發電機失磁保護從投運以來幾次發生誤動作，其具體情況如下：

（1）3月11號，#1機滿負荷運行中，有功32MW，無功23MW。在13：30左右，“失磁保護”，“過電壓保護”動作跳機，當時認為是誤動作，立即起機后運行正常。

（2）5月8日A廠四臺機組滿負荷運行中，在16：30左右，1#機出現“母線低電壓，不能同期”報警，系統電壓信號大幅波動一下，運行人員檢查系統電壓正常，通過電氣檢修人員到現場未發現異常。17：37分左右，1#機“失磁保護”動作，失磁繼電器SCJ報警燈XD1，跳閘燈XD2燈亮，發電機甩負荷解列，機組轉輕油維持全速空載。檢修人員現場檢查后發現1#主變低壓側PT二次回路在控制盤上A相保險熔斷，隨即更換，測量電壓正常后，1#機于17：59分重新并網，并網時又出現了一次系統電壓信號的大幅波動。20：311#機再次因失磁保護動作使發電機解列，機組轉輕油全速空載，檢修人員現場檢查發現1#主變低壓側PT二次繞組在控制盤上B相保險接觸不好，對其更換后于20：54重新并網。并網時再次出現了系統電壓信號的大幅波動。21：551#機再次出現失磁保護動作，發電機解列，燃機轉輕油全速空載，檢修人員隨即趕到現場檢查PT二次三個保險是好的；但A相電壓偏低，于是拉出了PT高壓柜，檢查高壓保險完好。繼續檢查PT二次回次插頭，發現有2個彈片松脫，不能自動回彈，使用螺絲刀把所有彈片都撥到正常位，又用清洗濟擦洗幾遍，重新插好插頭，測量空氣開關兩側電壓正常，保護盤PT電壓正常，隨后重新開機并網正常運行。初步分析認為：1#機PT柜二次插頭年限長，觸點彈片松脫，觸頭似接非接，造成電壓波動，回路沖擊，將保險熔斷，乃至發展到觸頭干脆完全脫開，電壓消失，導致失磁保護動作，跳開發電機出口開關。

（3）9月15日#1機組在滿負荷狀態運行中，8：051#發電機失磁保護動作跳開發電機出口開關，檢修人員立即趕到現場檢查，認真記錄下保護動作情況和跳機前后發電機定、轉子回路電壓、電流情況和功率變化情況，認為跳機前后發電機功率、電壓、電流及振動皆正常；勵磁系統也無任何異常，發電機出口開關跳開后，發電機電壓三相平衡指示正常，特別是三相低電壓繼電器未動作，初步分析是誤動作，于是解除該保護重新啟動并網后運行正常。

3 故障分析判斷及處理

根據以上多次誤動作情況，初步分析認為有下列原因導致上述結果：

（1）失磁繼電器SCJ報警與跳閘回路有可能接錯線了，使得三相低電壓繼電器1YJ不起閉鎖作用。（2）PT二次回路插頭接觸不良。（3）失磁繼電器SCJ有瞬時性故障。電氣檢查人員晚上停機后按以上分析進行校驗立即對該保護進行了校驗，未發現任何問題。經過大家討論認為只校驗失磁繼電器定值是不充分的，應對整個失磁保護回路進行檢驗，經過仔細檢查發現三相低電壓繼電器1YJ接點并未與失磁繼電器SCJ跳閘接點相串聯，根本就沒有接入，這樣當失磁繼電器SCJ由于各種各樣的原因誤動作時，由于沒有三相低電壓繼電器1YJ的閉鎖，就會發生誤動作?？梢赃@樣說，電廠發生的這些次失磁保護滿負荷動作跳閘的事故，如果串聯了三相低電壓繼電器1YJ的接點后就都可以避免---原因是不論任何原因當一相失去電壓后，三相低電壓繼電器1YJ是不會動作的，從而可以有效地避免了整個失磁保護的誤動作。按照以上分析試驗，對失磁保護接線重新進行了布線，把失磁繼電器SCJ跳閘接點與三相低電壓繼電器1YJ接點串聯后出口，加入電壓電流使失磁繼電器SCJ動作，同時人為模擬電壓回路二次保險A相失電（拔出A相保險）三相低電壓繼電器1YJ不動作，失磁保護未出口，說明三相低電壓繼電器1YJ起到了閉鎖作用。整套失磁保護投入運行后正常。

4 改進措施及經驗教訓

（1）引起故障擴大化的原因是三相低電壓繼電器1YJ接入未串入跳閘回路，但引起故障的直接原因可能是失磁繼電器SCJ的瞬時性故障，為此及時更換了失磁繼電器SCJ。

（2）失磁保護動作后滅磁加路未動作，發電機電壓正常。這種接線方式不妥，有可能在l電機解列時過電壓，損壞發電機，為此應在下次大修時，把失磁保護動作聯跳滅磁回路加入（電廠其余幾臺發電機失磁保護動作后都聯動滅磁）。

（3）完善繼電保護傳動試驗方法。盡管失磁繼電器SCJ和三相低電壓繼電器1YJ等各個繼電器完好，定值準確，但在傳動校驗該保護時，斷開了系統電壓，直接在失磁繼電器SCJ端子排上加電壓電流，而三相低電壓繼電器1YJ未加壓起到閉鎖作用，整套保護能夠正常動作出口，誤認為接線回路完好正確，導致這一隱患持續十余年而未被發現。正確的方法是在端子排上斷開外部CT，PT線，直接在端子上加電壓電流，跳閘壓板分別對應投入，再進行傳動試驗。這一發電機失磁保護屢次誤動作既是當初安裝人員疏漏，也是相關檢測方法不當，特別是當發現有可能誤動作的一個原因后，就充滿下結論認為就是根本原因，從而未能深入查找根本原因所致。作為發電機重要的保護之一，我們在今后工作中應當認真總結經驗，完善工作方法，努力加以避免。

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【關鍵詞】RC電路；時間繼電器；電動轉轍機；擠岔報警

1.現狀分析

現代鐵路用道岔電動轉轍設備都有擠岔報警裝置，當道岔擠住東西不能轉動到位時，在控制臺處通過響鈴或語音報警通知操作人員道岔現在擠岔、需要及時處理。而在操作人員沒有處理的情況下，電動轉轍機一直處于摩擦轉動狀態，此狀態直接影響電機的使用壽命，嚴重的話會直接燒毀電機。鑒于此種情況，本研究課題的目的就是轉轍機的保護裝置，可以通過設備來保護電動轉轍機。

為保護電動轉轍機不被燒毀只需要把動作電切斷就可以實現，如何在擠岔的情況下切斷動作電就是需要研討的方向。

2.解決思路

以微機聯鎖系統為例：擠岔報警是通過系統記錄某組道岔失去表示后，一定時間內（單動單機牽引10秒左右）道岔仍沒有表示則報擠岔報警。該電路系統可通過增加一個接口，由系統提供一個開關量控制繼電器，進而控制電動轉轍機的動作電源。所以不同的系統有不同的實現方式，在這里我們探討一種簡單通用的方式，能夠適用于所有的電動轉轍機。

3.具體方案及原理分析

3.1 RC電路原理

RC電路是由電阻R、電容C、電動勢E與開關K彼此相互串聯構成的有源閉合回路，當開關K合上后，一段時間內，電路中有電流I通過，電動勢E通過電阻R向電容C充電，電容器上的電壓Uc逐漸升高，因R、C、E是常量，而Uc、I是變量，故根據回路電壓定律，可得：

E=I*R+Uc （1）

因為t時間內，電路中任意橫截面上的平均電流等于電量的變化量，即I=dQ/dt，也就是說電流I是電容C上的電荷Q對時間t的導數。另根據電容器的定義，Q=CUc，因此：

I=dQ/dt=d（CUc）/dt=CdUc/dt （2）

用（2）式代入（1）式得：

E=RCdUc/dt+Uc （3）

將方程（3）進行分離變量得：

dUc/（E-Uc）=dt/RC，兩邊積分：

（4）

對于（3）式一個含有未知函數Uc（t）的微分方程，其初始條件，開關K剛合上的瞬間時t=0，這時電容器上的電壓變化量Uc為零，即：

（Uc/t=0）=0 （5）

其中a是任意常數，把初始條件（4）式代入（5）式得a=-LnE，把a的值代入（5）式得-Ln（E-Uc）=1/RC.t-LnE，整理可得；

LnE-Ln（E-Uc）=（1/RC）*t （6）

即：

t=RC*Ln[E/（E-Uc）] （7）

對（7）式去對數，變為E/（E-Uc）=et/rc，最后得到Uc=E（1-1/et/rc）?？梢?，電容器兩端電壓的變化與時間的指示函數e-t/RC有關，電容器充電速度與R和C的大小有關，即C越大，充至同樣電壓所需的電荷越多，Uc上升的也就越慢，R越大，充電電流就越小，Uc上升也就越慢。

3.2 方案設計

繼電器是電子電路中常用的一種元件，一般由晶體管、繼電器等元器件組成的電子開關驅動電路中，往往還要加上一些附加電路以改變繼電器的工作特性或起保護作用。繼電器的附加電路主要有如下三種形式：

（1）繼電器串聯RC電路：電路形式如圖1所示，這種形式主要應用于繼電器的額定工作電壓低于電源電壓的電路中。當電路閉合時，繼電器線圈由于自感現象會產生電動勢阻礙線圈中電流的增大，從而延長了吸合時間，串聯上RC電路后則可以縮短吸合時間。原理是電路閉合的瞬間，電容C兩端電壓不能突變可視為短路，這樣就將比繼電器線圈額定工作電壓高的電源電壓加到線圈上，從而加快了線圈中電流增大的速度，使繼電器迅速吸合。電源穩定之后電容C不起作用，電阻R起限流作用。

（2）繼電器并聯RC電路：電路形式見圖2所示，電路閉合后，當電流穩定時RC電路不起作用，斷開電路時，繼電器線圈由于自感而產生感應電動勢，經RC電路放電，使線圈中電流衰減放慢，從而延長了繼電器銜鐵釋放時間，起到延時作用。

（3）繼電器并聯二極管電路：電路形式見圖3所示，主要是為了保護晶體管等驅動元器件。當圖中晶體管VT由導通變為截止時，流經繼電器線圈的電流將迅速減小，這時線圈會產生很高的自感電動勢與電源電壓疊加后加在VT的c、e兩極間，會使晶體管擊穿，并聯上二極管后，即可將線圈的自感電動勢鉗位于二極管的正向導通電壓，此值硅管約0.7V，鍺管約0.2V，從而避免擊穿晶體管等驅動元器件。并聯二極管時一定要注意二極管的極性不可接反，否則容易損壞晶體管等驅動元器件。選用第二種方案即可實現該功能，相應電路如下：

原理分析：圖4為時間繼電器時間控制部分及時間繼電器線圈，圖5為時間繼電器控制的電動轉轍機動作回路?，F在狀態為常態，當轉動道岔時，一啟動繼電器吸起，時間繼電器失電，由RC單元電容放電保持時間繼電器吸起，延時一段時間后，時間繼電器落下，切斷電動轉轍機動作回路以起到保護作用。切斷動作回路后一啟動繼電器落下，時間繼電器通過1、2線圈吸起，RC單元進行充電，回到初始狀態。

其原理為電路閉合后，當電流穩定時RC電路不起作用，斷開電路時，繼電器線圈由于自感而產生感應電動勢，經RC電路放電，使線圈中電流衰減放慢，從而延長了繼電器銜鐵釋放時間，起到延時作用。

而根據不同型號電動轉轍機的動作時間不同，則可以根據改變RC單元R、C與繼電器線圈的組合來調整時間繼電器失電后的落下時間。

4.結束語

篇9

【關鍵詞】斷路器，比較

眾所周知，斷路器是電力系統中重要的一次設備。目前國內生產廠家很多，其滅弧原理、操作機構和控制回路也是多種多樣，各有特點，尤其是防跳回路的設計更是千差萬別。如何把控制回路和防跳回路很好地結合起來，是工程技術人員最關心的問題。本文根據多年的現場經驗和應用實踐，對目前比較流行的防跳回路接線和原理給予介紹，并就應用中出現的問題進行探討。

1 防跳繼電器工作原理

當斷路器合 閘于永久性故障電路時繼電保護動作，斷路器跳閘；若此時斷路器合閘命令仍未解除，斷路器將再次合閘，這樣斷路器反復合分一合分稱為斷路器跳躍。跳躍情況的發生，可能致使斷路器爆炸，所以必須針對斷路器可能發生的合閘跳躍問題裝設防止跳躍裝置，即防跳裝置 。

斷路器的電氣防跳，主要通過在斷路器分合閘回路中設置防跳回路 ?；芈肥?由防跳繼 電器來實現的，防跳繼電器有兩個線圈，一個是電流啟動線圈，一個是電壓保持線圈。電流線圈串聯在跳閘回路中，以便當繼電保護動作于跳閘時，使防跳繼電器可靠地啟動。電壓線圈的并聯在斷路器的合閘回路中，主要作用是在保護動作后可靠地切斷合閘回路，防止斷路器再次合上。

以 301斷路器為例說明防跳回路的工作原理：如下圖1中所示斷路器控制回路 中防跳繼電器一KTB的電流線圈串接在跳閘回路中；電壓線圈則通過本身的常開觸點（一KTBV）接入合閘回路。斷路器分閘過程中，繼電保護動作，其觸點TJ閉合，斷路器跳閘，并啟動防跳繼 電器電流線圈一KTBI。若合閘按鈕未復歸或其觸點被卡住，而防跳繼電器電流線圈的觸點一KTBI2已經閉合，致使一KTBV的電壓線圈帶電，起自保持的作用。另外，電壓線圈帶 電后其觸點一KTBV斷開，能避免合閘線圈一YA1再次導通，也就防止了斷路器發生“跳躍”。

跳閘回路中設置的自保持回路也通過防跳繼電器電流線圈的觸點來實現。自保持回路的作用，是為了防止保護出口繼電器TJ的觸點被燒壞。因為自動跳閘時，TJ的觸點可能較斷路器輔助觸點一S先斷開，以致被電弧燒壞。由于防跳繼電器電流線圈的觸點一KTBI1與它并聯，即使TJ的觸點先斷，也不會被燒壞，而且還有跳閘出口存在，從而實現了跳閘回路的自保持。

2 防跳回路的典型接線

常用防跳回路有串聯式防跳回路、并聯式防跳回路、彈簧儲能式防跳回路、跳閘線圈輔助接點式防跳回路等。國產斷路器多采用串聯式防跳回路斷路器多采用并聯式防跳回路。其中串聯式防跳回路最合理， 應用也最廣泛， 它除具有防跳功能外， 還具有防止保護出口接點斷弧而燒毀的優點， 這也是應用微機保護裝置不可缺少的技術條件。其他防跳回路只具有防止斷路器跳躍的功能， 跳閘線圈輔助接點式防跳回路在執行防跳功能時， 跳閘線圈長期帶電有可能燒毀。

2.1 串聯式防跳回路

所謂串聯式防跳， 即防跳繼電器TBJ由電流啟動， 該線圈串聯在斷路器的跳閘回路中。電壓保持線圈與斷路器的合閘線圈并聯。當合閘到故障線路或設備上，則繼電保護動作， 保護出口接點TJ 閉合，此時防跳繼電器TBJ 的電流線圈啟動， 同時斷路器跳閘，TBJ 的常閉接點斷開合閘回路，另一對常開接點接通電壓線圈并保持。若此時SK （5—8）或HJ 接點不能返回而繼續發出合閘命令， 由于合閘回路已被斷開， 斷路器不能合閘， 從而達到防跳目的。另外，當TBJ 啟動后， 其并聯于保護出口的常開接點閉合并自保， 直到“逼迫”斷路器常開輔助接點變位為止，有效地防止了保護出口接點斷弧。串聯式防跳回路，如圖2 所示。

2.2 并聯式防跳回路

所謂并聯式防跳， 即防跳繼電器KO 的電壓線圈并聯在斷路器的合閘回路上（如圖3 所示）。例如一個持久的合閘命令存在時， 合閘整流橋輸出經Y3，S2，S3，S1，KO （2—1） 接通。斷路器合閘后， 并聯在合閘回路的輔助接點S3′閉合， 啟動防跳繼電器KO，KO接點即由2—1位置切換到4—1位置， 斷開合閘回路并保持。若此時線路或設備故障，繼電保護動作跳閘。但由于合閘回路已可靠斷開， 從而防止了開關跳躍。

2.3 彈簧儲能式防跳回路

如圖4，當一個持久合閘命令到來時， 合閘電流經SK 或HJ 通過S3，K1，K1，S2，S1，YA1接通開關合閘。合閘后彈簧機構開始儲能，并聯在合閘回路的彈簧儲能輔助開關S3常閉點接通防跳繼電器K1，K1的常開點自保，常閉點斷開合閘回路。若此時線路或設備故障，繼電保護動作跳閘，由于合閘回路已可靠斷開，有效地防止了開關跳躍。

2.4 跳閘線圈輔助接點式防跳回路

如圖5 所示， 在合閘過程中出現短路故障時， 保護裝置使斷路器跳閘， 由跳閘線圈操動的常開輔助接點TQ 2 閉合， 保持跳閘線圈繼續通電。跳閘線圈的常閉輔助接點TQ 1 斷開， 切斷合閘回路， 如果此時合閘命令繼續存在， 也不會使斷路器再次合閘。合閘命令解除后， 跳閘線圈失電， 接線恢復原來狀態。

3 減少斷路器防跳繼電器燒毀故障防范措施

由于斷路器防跳回路電流啟動電壓保持特性，在斷路器輔助觸點工作不正常等原因情況下極易燒毀防跳繼電器和分閘線圈?？刹扇∪缦麓胧?/p>

（1）定期進行斷路器分合閘動作電壓試驗，并檢查機構的抬杠、主軸、各轉動部件及軸銷，還要檢查掣子的扣入深度，分閘鐵心的行程，防止機構松動影響斷路器動作可靠性。

（2）緊急分閘桿應連接在斷路器外面，一旦不能遠方電動分閘，應從柜外面進行手動緊急分閘。

（3）遠方電動操作斷路不能分閘，應馬上斷開斷路器操作電源，防止長期加電燒毀線圈。

（4）對斷路器控制回路進行改造，將防跳回路僅設置在合閘回路中，避免分閘時防跳繼電器燒毀情況發生。

4 結語

綜上所述，高壓斷路器是電力系統中的重要一次設備，且連接類型也是多種多樣，在高壓電氣設備中有著重要的作用。因此，如何有效地防止防跳繼電器燒毀情況是我們應當關注的重要問題。

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【關鍵詞】變壓器；差動保護；故障；措施

前言

隨著電力事業的發展，超高壓輸電線路在我國的建設越來越普遍，大容量超高壓的大型電力變壓器的應用也隨之擴大，這就要求變壓器保護不僅可靠，而且要快速。但是變壓器保護的發展遠遠落后于系統發展的速度，據統計目前變壓器保護動作正確率普遍不高，有時候會出現一些原因不明的誤動，傳統的保護原理、保護方法面臨嚴峻的挑戰。因此研究出可靠的判據，防止變壓器保護誤動，具有較大的理論和工程應用價值。因此，本文重點分析變壓器差動保護的基本原理、差動保護誤動作的原因以及防范措施。

一、差動保護的基本原理

變壓器的主保護一般選用電流縱差動保護，其不但能夠正確區分區內外故障，而且不需要與其他元件的保護配合，可以無延時的切除保護區內各種故障，具有很多優良特點。圖1所示為雙繞組單相變壓器縱差動保護的原理接線圖，i1、i2分別為變壓器一次側和二次側的一次電流，參考方向為母線指向變壓器；、為相應的電流互感器二次電流。

根據上式，正常運行和變壓器外部故障時，差動電流為零，保護不會動作；如果變壓器內部任何一點故障時，包括電流互感器與變壓器之間的引線，只要故障電流大于差動保護繼電器的動作電流時，差動保護就可以迅速動作。

當變壓器電流互感器飽和、變壓器變比調整等時，差動保護會產生不平衡電流。針對不同狀況引起的不同的不平衡電流，需要引入制動電流，使差動保護不誤動作。根據制動電流與差動電流比值大小來判斷保護是否動作，這種判據方法稱為比率差動。差動保護要根據變壓器變比及各側電流互感器變比將各側二次電流進行折算，使差動電流能真實反映實際一次差動電流。

二、差動保護誤動的原因

變壓器差動保護裝置的準確動作依賴于保護正確的整定值與正確的接線。由于變壓器各側的繞組接線方式、電壓等級、電流互感器的型號、比率都不同，而且主變壓器的短路電流、勵磁涌流、鐵芯飽和等諸多因素的影響，使變壓器差動保護取樣的不平衡電流值可達到一個較大的數量級數值，尤其是在整定值不匹配或者保護接線不正確的情況下，產生的不平衡電流將大于保護的整定值，此時就會造成誤動，就會對電網運行帶來嚴重的危害。

變壓器差動保護誤動的原因很多，下面給出一些常見的誤動作原因：

（1）常見原因是變壓器分接頭調整問題，一般變壓器高壓繞組有調壓分接頭，有的還要求變壓器能夠有載調壓，此時會導致不平衡電流增大，當大于保護的整定值時就會造成保護誤動；

（2）由變壓器涌流引起的差動保護誤動事故也較常見，一般情況下變壓器鐵芯沒有飽和，其工作在線性區域，此時勵磁電流較小，差動保護一般不會誤動，但在一些過渡過程中或變壓器帶有沖擊負荷時，變壓器的鐵芯就會出現飽和現象，產生幾倍甚至十幾倍額定電流的勵磁涌流，容易引起變壓器差動保護誤動；

（3）變壓器如果在保護區外發生故障時，變壓器一次側電流的非周期分量較大，如變壓器各側的電流互感器飽和特性不一樣，易引起某一側的電流互感器飽和，產生暫態不平衡電流，可能會引起差動保護誤動。在外部故障切除過程中，由于電流互感器的局部暫態飽和也可能會引起差動保護的誤動；

（4）在穩態過勵磁情況下，變壓器也會有勵磁電流劇增的狀況出現，就會引起差動保護非選擇性的誤動；

（5）如果變壓器內部匝間輕微有故障時，雖然流過短路環的電流很大，但流入差動回路的電流可能很小，可能小于保護的整定值，此時就會影響到差動保護的靈敏動作。

在一般變電站中，差動保護是主變壓器的主保護，其安全可靠性對變壓器保護影響最為關鍵。變壓器的差動保護在變壓器正常運行和區外故障時，理想狀況下流入差動繼電器的電流為零，保護裝置不動作。但是在工程中變壓器在正常運行或區外故障時都有可能產生較大的不平衡電流，不平衡電流有可能大于差動保護的整定動作值，就可能引起變壓器差動保護的誤動作。

三、差動保護誤動作防預措施

變壓器差動保護誤動作會給電網安全穩定運行造成很大威脅，同時也會造成巨大的經濟損失，所以必須對變壓器差動保護采取防預措施。

（1）變壓器差動保護的電流互感器應選用D級電流互感器。如果工程運行中的差動保護已選用了其他型號的電流互感器，為了消除不平衡電流，變壓器兩側的電流互感器應按10%誤差曲線選擇，而且在整定變壓器差動繼電器的動作電流時要引入同型號系數Ktx，修正型號異同的影響，以防止繼電器誤動；

（2）電力系統中運行的變壓器差動保護裝置通常采用DCD-2型差動繼電器DCD-2型差動繼電器是由DC-11/0.2型電流繼電器和帶短路線圈的速飽和變流器組成的，變壓器勵磁涌流帶來的不平衡電流影響能夠被其短路線圈可靠地消除；

（3）在變壓器正常運行和保護區外故障時，盡量減少差動電壓，減少穩態時的不平衡電流，防止繼電器誤動；

（4）改進差動繼電器，比如更換容量較大的繼電器接點、增長繼電器接點距離等，可以有效解決繼電器合閘時的擊穿問題，防止繼電器誤動；

（5）在變壓器運行過程中，要定期檢查差動繼電器的工作狀況是否正常。運行維護人員要定期檢查變壓器差動保護的工作狀況，及時發現潛在問題，做好預防措施。

正確應用變壓器的縱聯差動保護是電力系統安全生產的重要保障之一，運行中對差動保護要求有很高的可靠性。變壓器的結構復雜，特點獨特，因此必須嚴格按規程要求認真分析變壓器運行的各個細節，全面了解變壓器縱聯差動保護的原理與特點，采取相應措施，合理選擇變壓器電流互感器，提高和增強繼電保護運行人員的技術水平和責任心，杜絕事故發生，確保差動保護可靠動作，從而保證變壓器可靠運行。

四、結束語

本文總結了變壓器差動保護誤動作的幾種典型原因，并介紹了差動保護誤動作的防治措施。大量研究表明：差動保護原理應用于變壓器不夠完善，因為變壓器不同于輸電線路，不適用基爾霍夫電流定律，因為變壓器不是純電路設備，它是由磁路聯系的若干獨立電路組成的。因此在工程中要積極研究更為完善的變壓器微機保護，嚴格根據有關規程和導則判斷變器的故障性質，以采取合理的措施進行處理，避免事故的發生，以保證變壓器的安全、可靠、經濟運行。

參考文獻：

[1]王維儉.電氣主設備繼電保護原理與應用[M].北京：中國電力出版社，2002.