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高灵敏度电气设备断相保护
xiao_xiao1 发表于 2009/7/30 16:15:31 878 查看 0 回复 [上一主题] [下一主题]
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由于一相断线而引起电动机烧坏的事故，更是屡见不鲜。
本文提出的断相保护是利用三个高灵敏度的电流元件(最小起动电流为0.1 A)来反应被保护设备的三相电流，当一相或两相电流为零时保护动作，而当三相均有电流或均无电流时则不动作。即使是在被保护设备空载运行的状态下，由输电线路的电容电流、变压器或电动机的空载励磁电流也足以使电流元件可靠动作，因此它实质上是利用鉴别电流的有无来判断是否发生了断相，这一特性是机电型继电器所难以达到的。构成断相保护的框图如图1。
图1 电气设备断相保护框图
1 高灵敏度的电流元件［1］
保护中所用电流元件的原理框图如图2所示。从被保护设备的电流互感器取得电流送入中间变流器，从变流器二次侧的电阻上取得电压，为了限制在短路电流的作用下出现危险的高电压，在电阻两端并联了限幅的稳压管。
图2 电流元件原理接线图
经整流后的输出再经电压放大(调节定值)后作为比较电路的输入信号，与门槛电压进行比较。为了提高动作的安全性，防止干扰信号的影响，设计中考虑了整流后电压的瞬时值在门槛电压之上的持续时间必须2 ms时，才能动作输出。由于这种输出信号是每隔10 ms出现一次，因此还需要一个脉冲展宽12 ms的回路，将它展宽为连续信号的输出。刚好符合起动条件时的各点电压波形如图3所示。
图3 电流元件动作时的波形图
被保护设备正常运行时，高灵敏度的电流元件一直处于动作状态，输出为“1”态高电位的信号，断相保护并不动作。此时每相的功率损耗<0.5 VA。
2 保护装置的逻辑回路
根据要求，本保护装置只在被保护设备一相或两相断开时才应动作发出信号，因此采用了如图1所示的逻辑回路接线。当三相均有电流时，“与非门1”输出0态；而当三相均无电流时，“或门2”输出0态。在这两种状态下“与门3”均输出0态，表示保护装置不动作。只有当任一相或两相的电流为0时，“与门3”才输出1态，经延时0.5～2 s后动作发出信号。增加延时的目的，是为了考虑让被保护设备的继电保护与单相重合闸相配合，只在发生真正的断相故障时才有选择性地动作。
3 保护装置的应用举例
当被保护的电气设备每相均装有电流互感器时，本保护装置和常规的电流保护一样，应分别接入三相，进行按相的电流监视和鉴别。当应用于发电机变压器组的保护时，应将保护装置接入高压侧的电流互感器，如图4所示。
图4 断相保护用于发电机变压器组时的接线示意图
对于电动机的断相保护，由于电动机一般只装设两个电流互感器，因此为了反应B相的断相故障，可采用如图5所示的接线，此时B相电流元件中流入的电流为IA+IC。当电动机正常运行时，此电流等于-IB，而当B相断开时，由于在电动机中IA=-IC，因此通过电流互感器反应到二次侧B相电流元件中的电流也等于零， 断相保护能够正确动作，但此时电流元件的起动电流应躲开由于两个TA误差而产生的不平衡电流。这一接线方式也同样适用于采用两个TA的各种电气设备的断相保护。
图5 断相保护用于电动机时的接线示意图