1、第第6章章 电气主设备微机保护举例电气主设备微机保护举例 电力系统的电气主设备包括发电机、变压器、电力系统的电气主设备包括发电机、变压器、电动机、母线、并联电抗器、电容器等。电动机、母线、并联电抗器、电容器等。本章的本章的6.16.1节、节、6.26.2节和节和6.36.3节将以节将以RCS-985RCS-985发电发电机变压器保护装置为例，介绍其主要功能。机变压器保护装置为例，介绍其主要功能。6.46.4节以节以PCS-9627LPCS-9627L电动机保护装置为例，介绍电动机保护装置为例，介绍其主要保护功能。其主要保护功能。6.1 6.1 RCS-985发电机变压器保护装置功能概述发电机变
2、压器保护装置功能概述 RCS985型数字发电机变压器保护装置，适用于大型汽轮发电机、水轮发电机、燃汽轮发电机等类型的发电机变压器组单元接线及其他接线，并能满足电厂自动化系统的要求。该装置提供一个发电机变压器单元所需要的全部电量保护，保护范围包括：主变压器、发电机、高压厂用变压器、励磁变压器（励磁机）。因此，配置原则满足国家电力公司防止电力生产重大事故的二十五项重点要求的规定，真正实现了主保护、后备保护的全套双重化，主保护、后备保护共用一组TA。6.1.1 6.1.1 装置的主要功能装置的主要功能1主变压器保护功能l发变组差动保护l主变差动保护l两段两时限变压器阻抗保护l两段两时限复合电压过流保
3、护l两段两时限零序过流保护l一段两时限零序电压保护l一段两时限间隙零序电流保护l过负荷信号、起动风冷、闭锁有载调压及TV断线及TA断线判别等。2发电机保护功能l发电机纵差动保护l发电机裂相横差保护l高灵敏横差保护l两段发电机相间阻抗保护l发电机复合电压过流保护l纵向零序电压匝间保护l工频变化量方向匝间保护l定子接地基波零序电压保护l定子接地三次谐波电压保护l转子一点接地保护l转子两点接地保护定反时限定子过负荷保护定反时限转子表层负序过负荷保护失磁保护失步保护过电压保护定反时限过励磁保护逆功率保护程序跳闸逆功率频率保护起停机保护误上电保护轴电流保护TV断线（电压平衡）及TA断线判别等。3高厂变保
4、护功能高厂变差动保护高厂变两段复压过流保护A分支两段过流保护A分支两段零序过流保护A分支零序电压报警B分支两段过流保护B分支两段零序过流保护B分支零序电压报警过负荷信号、起动风冷、TV断线及TA断线判别等。4励磁变或励磁机保护功能差动保护两段过流保护定反时限励磁过负荷保护、TA断线判别等。6.1.2 6.1.2 装置的主要技术特点装置的主要技术特点 1高性能的硬件、数字算法及滤波性能 双CPU结构，每个CPU系统包括两个高性能DSP芯片及一个32位微处理器 2独立的起动元件 管理板中设置了独立的总起动元件，动作后开放保护装置的出口继电器正电源；保护装置任一元件（出口继电器除外）损坏均不会引起装
5、置误出口。3变斜率比率差动保护性能 可在区内故障时保证最大的灵敏度，在区外故障时可以躲过暂态不平衡电流。4工频变化量比率差动性能工频变化量比率差动保护完全反映差动电流及制动电流的变化量，不受正常运行时负荷电流的影响，可以灵敏地检测变压器、发电机内部轻微故障。同时工频变化量比率差动的制动系数取得较高，其耐受 TA 饱和的能力较强。5高灵敏横差保护的性能 相电流比率制动和浮动门槛相结合的新判据，区内故障可靠制动，区内故障灵敏动作；6纵向零序电压匝间保护性能 电流比率制动新判据，区外故障可靠制动，区内匝间故障灵敏动作。7发电机定子接地保护性能 基波零序电压定子接地保护灵敏段经主变高压侧零序电压制动；
6、3次谐波电压判据，自动适应机组并网前后发电机机端、中性点三次谐波电压比率关系，保证发动机起停过程中，3次谐波电压判据不误发信号；8转子接地保护的性能 转子接地保护采用切换采样原理，直流输入采用高性能的隔离放大器，实时计算转子绕组电压、转子绝缘电阻和接地位置。9差动各侧电流相位和平衡补偿及可择的励磁涌流判别原理 6.1.3 装置的主要技术指标1.发电机变压器差动、主变压器、励磁变差动保护比率差动起动定值:0.1In1.2In(In为额定电流)差动速断定值:3In14In(In为额定电流)起始比率制动系数:0.050.10最大比率制动系数:0.500.80二次谐波制动系数:0.10.352发电机差
7、动保护、裂相横差保护、励磁机差动保护 比率差动起动定值:0.05In1.2In(In为额定电流)差动速断定值:3In10In(In为额定电流)起始比率制动系数:0.050.10最大比率制动系数:0.300.70比率差动动作时间:35 ms (2倍定值)差动速断动作时间:20ms (1.5倍整定值)3.高压厂用变压器差动保护 比率差动起动定值:0.1In1.2In(In为额定电流)差动速断定值:3In14In(In为额定电流)高压侧过流速断:6In20In(In为额定电流)起始比率制动系数:0.050.10 最大比率制动系数:0.500.80 二次谐波制动系数:0.10.35 比率差动动作时间:
8、35 ms (2倍定值)差动速断动作时间:20ms (1.5倍整定值)过流速断动作时间:40ms (1.5倍整定值)4发电机横差保护 横差保护电流定值:0.1A50A 横差保护电流高定值:0.1A50A 相电流制动系数:0.12.0 横差保护动作时间:35 ms (1.5倍定值)5发电机纵向零序电压匝间保护 匝间保护零序电压定值：0.1V20V 匝间保护零序电压高定值：1V20V 相电流制动系数：0.53.0 延时定值：0.011s 纵向零序电压保护：100 ms (1.5倍定值)故障分量方向保护：35 ms 6发电机定子接地保护 零序电压定值：0.1V20V 零序电压高定值：10V20V 高
9、压侧零序电压耦合系数：0.011.00 三次谐波比率定值：0.55 三次谐波差动调整系数：0.53.0 三次谐波差动比率定值：0.11.0 延时定值：0.110s7发电机转子接地保护 一点接地电阻定值：0.1100 k 两点接地位置定值：1%10%延时定值：0.110s8发电机定子过负荷保护 定时限电流定值：0.1100A 定时限延时定值：0.110s 反时限起动电流定值：0.1A10A 定子绕组热容量系数：1100 散热效应系数：0.12.06.1.4 装置的硬件配置 装置有两个完全独立的相同的 CPU 板，每个 CPU 板由两个AD 公司的高速数字信号处理芯片（DSP）和一个 Motoro
10、la 公司的32 位单片微处理器 MC68332组成，并具有独立的采样、出口电路。6.2 6.2 RCS985型数字发电机变压器保护装置应用范型数字发电机变压器保护装置应用范围及保护配置围及保护配置 RCS985可适用于125MW机组、300MW-220kV、300MW-500kV发变组单元等各种接线方式的发电机变压器单元及保护配置，本节以125MW机组为例介绍其保护配置方式。6.2.1 6.2.1 差动保护配置方案差动保护配置方案 125MW机组的差动保护配置方案如图6-3所示，包括主变压器差动、发电机纵差、发电机横差、高压厂用变压器差动、励磁变压器（励磁机）差动等保护。6.2.2 6.2.
11、2 后备保护配置方案后备保护配置方案 125MW机组单元的后备保护配置方案如图6-4所示。包括：变压器后备保护：高压侧三段各两时限复合电压方向过电流保护、三段各两时限零序方向过电流保护、两时限零序电压保护、两时限间隙零序电流保护、过负荷报警等、TV断线（电压平衡）及TA断线判断等功能。中压侧三段各两时限复合电压方向过电流保护、三段各两时限零序方向过电流保护、两时限零序电压保护、两时限间隙零序电流保护、过负荷报警等、TV断线及TA断线判别等功能。发电机后备保护和异常运行保护：两段相间阻抗保护、两段复合电压过电流保护、纵向零序电压匝间保护、定子接地基波零序电压保护、定子接地3次谐波电压保护、转子一
12、点接地保护、转子两点接地保护、定反时限定子过负荷保护、定反时限转子表层负序过负荷保护、失磁保护、过电压保护、逆功率保护、TV断线（电压平衡）及TA断线判别等功能。高压厂用变压器后备保护：两段复压过电流保护、两分支后备保护（各两段过电流保护、两段零序过电流保护、零序过电压保护）、过负荷信号、起动风冷、TV断线及TA断线判别等功能。励磁变压器后备保护：两段过电流保护、定反时限励磁过负荷保护及TA断线判别等功能。220KV 87T87G87AT 87GSTA01TV1TA6TA5TA7TA8TA9 TA10TV2TV3*TA02*TA1110KV*TA2DL2 TA04TA03DL1TA11TV5D
13、L3DL4DL5DL687MT 主变差动87G 发电机纵差87GS 发电机横差87AT 高厂变差动87ET 励磁变差动图6-3 125MW机组差动保护配置图 图6-4 125MW机组后备保护配置图 TV1TA6TA5TA7TA8TA9TA10TV2TV3*TA1151AT:过流保护51A:A分支过流保护51B:B分支过流保护51ET:励磁变过流保护59N:匝间保护励磁变过负荷保护64F1:转子一点接地64F2:转子两点接地21:阻抗保护51V:复合电压过流51:对称过负荷46:不对称过负荷40:发电机失磁32R:逆功率59:过电压60:电压平衡220KVTA01TA02*TA1110KV*TA
14、2DL2TA04TA03DL1TV551ST:复合电压过流保护51N2:零序电流保护51N1:间隙零序电流保护母线PT切换来51ST:复合电压过流保护51N2:零序电流保护51N1:间隙零序电流保护母线PT切换来59N:零序过电压保护DL364G:95%定子接地64G:100%定子接地6.2.36.2.3保护组屏方案保护组屏方案 由于一套RCS985型数字发电机变压器保护装置包括了所有电量保护，一般情况下一个发电机变压器组单元按3块屏配置，其中两块屏按两套完整的电量保护配置，第三块屏配置非电量保护、操作回路装置。PRC85APRC85BPRC85CRCS-974GCZX-12ARCS-974H
15、南 瑞 继 保 电 气 有 限 公 司RST运报跳警ESC行闸ENTRCS-985发 电 机 变 压 器 保 护 装 置 南 瑞 继 保 电 气 有 限 公 司RST运报跳警ESC行闸ENTRCS-985发 电 机 变 压 器 保 护 装 置 6.3 6.3 RCSRCS985985型数字发电机变压器保护装置的主要保护原理型数字发电机变压器保护装置的主要保护原理6.3.1发电机变压器差动、变压器差动保护、高压厂用变压器差动保护、励磁变差动保护1比率差动原理 比率差动保护的动作方程为：IenIe速断定值启动定值差电流制动电流0Kbl1Kbl2比率差动动作区制动区速断动作区12121()(/)()
16、()()/(2)()dblrcdqdrnblblblrrndblrncdqdrnblrblblblblIKIIInIKKKIIIKInIbIInIKKKnbKKnn123412342rdIIIIIIIIII式中 为差动电流，为制动电流，为差动电流起动定值，为额定电流dIrIcdqdInI3TA 饱和时的闭锁原理 为防止在区外故障时TA 的暂态与稳态饱和时可能引起的稳态比率差动保护误动作，装置采用各侧相电流的综合谐波作为TA 饱和的判据，其表达式如下：式中，为某侧某相电流中的综合谐波，为对应相电流的基波，为某一比例常数。故障发生时，保护装置先判出是区内故障还是区外故障，如区外故障，投入TA 饱和
17、闭锁判据，当与某相差动电流有关的任意一个电流满足以上表达式即认为此相差流为TA 饱和引起，闭锁比率差动保护。1nnxbIKInI1InxbK4高值比率差动原理 为避免区内严重故障时TA 饱和等因素引起的比率差动延时动作，装置设有一高比例和高起动值的比率差动保护，只经过差动电流2次谐波或波形判别涌流闭锁判据闭锁，利用其比率制动特性抗区外故障时TA 的暂态和稳态饱和，而在区内故障TA 饱和时也能可靠正确快速动作。稳态高值比率差动的动作方程如下：1.20.7dndrIIII5差动速断保护、电流速断保护 当任一相差动电流大于差动速断整定值时瞬时动作于出口继电器。高压厂用变压器高压侧区内故障时，按照高压
18、厂用变压器额定容量选取TA 变比的高压厂用变压器差动用电流互感器可能会严重饱和，导致二次电流值小于差动速断定值，为此装置中还设有一套瞬时电流速断。高压厂用变压器瞬时电流速断保护采用按照主变额定容量选取TA 变比的高压厂用变压器高压侧主变差动用电流互感器。高压厂用变压器瞬时电流速断定值一般为差动速断定值的23 倍。6差动保护在过激磁状态下的闭锁判据 由于在变压器过激磁时，变压器励磁电流将激增，可能引起发变组差动、变压器差动保护误动作。因此在装置中采取差电流的五次谐波与基波的比值作为过激磁闭锁判据来闭锁差动保护。其判据如下：其中 、分别为每相差动电流中的基波和五次谐波，为五次谐波制动系数，装置中固
19、定取0.25。551xbIKI1I5I5xbK图6-7 比率差动的逻辑框图 6.3.2发电机差动保护发电机差动保护1比率差动原理发电机比率差动动作特性如图6-8所示，动作方程如下：12121()(/)()()()/(2)()dblrcdqdrnblblblrrndblrncdqdrnblrblblblblIKIIInIKKKIIIKInIbIInIKKKnbKKnn12122rdIIIIII式中 为差动电流，为制动电流，为差动电流起动定值，为发电机额定电流。dIrIcdqdInI2高性能TA 饱和闭锁原理 为防止在区外故障时TA 的暂态与稳态饱和时可能引起的稳态比率差动保护误动作，装置采用各侧
20、相电流的波形判别作为TA 饱和的判据。故障发生时，保护装置先判出是区内故障还是区外故障，如区外故障，投入TA 饱和闭锁判据，当与某相差动电流有关的任意一个电流满足以上表达式即认为此相差流为TA 饱和引起，闭锁比率差动保护。3高值比率差动原理 为避免区内严重故障时TA 饱和等因素引起的比率差动延时动作，装置对发电机同样设有一高比例和高起动值的比率差动保护，利用其比率制动特性抗区外故障时TA 的暂态和稳态饱和，而在区内故障TA 饱和时能可靠正确动作。稳态高值比率差动的动作方程如下：1.20.7dndrIIII4差动速断保护 当任一相差动电流大于差动速断整定值时瞬时动作于出口继电器。比率差动的逻辑框
21、图如图6-9所示。请比较与图6-7中的区别。图6-9发电机比率差动的逻辑框图 6.3.3工频变化量比率差动保护工频变化量比率差动保护发电机、变压器内部轻微故障时，稳态差动保护由于负荷电流的影响，不能灵敏反应。为此本装置配置了变压器工频变化量比率差动保护、发电机工频变化量比率差动保护，并设有控制字方便投退。工频变化量比率差动动作特性如图6-10所示，动作方程如下：1.250.620.750.32ddtdthdrrndrnrnIIIIIIIIIIII 1234maxrIIIII 1234dIIIII 其中：为浮动门坎，随着变化量输出增大而逐步自动提高。取1.25 倍可保证门槛电压始终略高于不平衡输
22、出，保证在系统振荡和频率偏移情况下，保护不误动。dtI注意：工频变化量比率差动保护的制动电流选取与稳态比率差动保护不同。程序中依次按每相判别，当满足以上条件时，比率差动动作。对于变压器工频变化量比率差动保护，还需经过二次谐波涌流闭锁判据或波形判别涌流闭锁判据闭锁，同时经过五次谐波过激磁闭锁判据闭锁，利用其本身的比率制动特性抗区外故障时TA 的暂态和稳态饱和。工频变化量比率差动元件的引入提高了变压器、发电机内部小电流故障检测的灵敏度。图6-11工频变化量比率差动的逻辑框图 注：工频变化量比率差动的各相关参数由装置内部设定，不需要用户整定。6.3.4主变高压侧后备保护主变高压侧后备保护1相间阻抗保
23、护装置设有二段阻抗保护，作为发变组相间后备保护。第I 段：分两时限，可通过整定值选择采用方向阻抗圆、偏移阻抗圆或全阻抗圆。第II 段：分两时限，可通过整定值选择采用方向阻抗圆、偏移阻抗圆或全阻抗圆。当某段阻抗反向定值整定为零时，选择方向阻抗圆；当某段阻抗正向定值大于反向定值时，选择偏移阻抗圆；当某段阻抗正向定值与反向定值整定为相等时，选择全阻抗圆。阻抗元件的动作特性如上图所示。l图中，I 为某相间电流，U 为对应相间电压，Zn为阻抗反向整定值，Zp为阻抗正向整定值。阻抗元件的比相方程为：当装置判断出变压器高压侧TV 断线时，自动退出阻抗保护。图6-13 阻抗保护逻辑框图 2复合电压闭锁过流设有
24、两段两时限复合电压闭锁过电流保护，作为主变压器相间后备保护。通过整定控制字可选择过流I 段、II 段经复合电压闭锁。（1）复合电压元件（2）电流记忆功能:（3）经低压侧复合电压闭锁（4）TV 断线对复合电压闭锁过流的影响 图6-14 复合电压闭锁过流逻辑框图 3零序过流保护 装置设有两段两时限零序过流保护，作为变压器中性点接地运行时的后备保护。零序过流保护可选择是否经零序电压闭锁。为防止涌流时零序过电流保护误动，零序电流II 段保护也可经谐波闭锁。零序过流I 段不经谐波闭锁。图6-15 零序过流保护逻辑框图6.3.5 发电机匝间保护发电机匝间保护1发电机高灵敏横差保护 装设在发电机两个中性点连
25、线上的横差保护，用作发电机定子绕组的匝间短路、分支开焊故障以及相间短路的主保护。装置采用相电流比率制动的横差保护原理，其动作方程为：式中 Ihczd 为横差电流定值，Imax 为机端或中性点三相电流中最大相电流，Inzd 为发电机额定电流，Khczd 为制动系数。相电流比率制动横差保护能保证外部故障时不误动，内部故障时灵敏动作。优点：横差保护电流定值只需按躲过正常运行时不平衡电流整定，比传统单元件横差保护定值大为减小，因而提高了发电机内部匝间短路时的灵敏度。m axdhczdnzdIIIImaxmax(1)nzddhczdhczdnzdnzdIIIKIIII图6-16 高灵敏横差保护逻辑框图
26、2纵向零序电压保护装设在发电机出口专用TV 开口三角上的纵向零序电压，用作发电机定子绕组的匝间短路的保护。（1）电流制动原理装置采用电流比率制动的纵向零序电压保护原理，其动作方程为:式中：Uzozd 为零序电压定值，Imax 为发电机三相电流中最大相电流,I2 为发电机负序电流，In 为发电机额定电流，Kzo 为制动系数。电流比率制动原理匝间保护能保证外部故障时不误动，内部故障时灵敏动作，由于采用了电流比率制动的判据，零序电压定值只需按躲过正常运行时最大不平衡电压整定，因此提高了发电机内部匝间短路时保护的灵敏度。对于其他正常运行情况下纵向零序电压不平衡值的增大，纵向零序电压保护动作值具有浮动门
27、槛的功能。2maxmax2max1/3()3zozomnzozdmnmnnUKIIUIIIIIIIIII （2）工频变化量方向匝间保护纵向零序电压保护出口逻辑框图如下图所示。6.3.66.3.6发电机后备保护发电机后备保护1相间阻抗保护 在发电机机端配置两段阻抗保护，作为发电机相间后备保护，电流取中性点电流。第I段：可通过整定值选择采用方向阻抗圆、偏移阻抗圆或全阻抗圆。第II 段：可通过整定值选择采用方向阻抗圆、偏移阻抗圆或全阻抗圆。l当某段阻抗反向定值整定为零时，选择方向阻抗圆；l当某段阻抗正向定值大于反向定值时，选择偏移阻抗圆；l当某段阻抗正向定值与反向定值整定为相等时，选择全阻抗圆。发电
28、机后备保护相间阻抗保护的动作特性如图所示。图6-19 相间阻抗保护逻辑框图 2发电机复合电压过流保护 复合电压过流保护作为发电机、变压器、高压母线和相邻线路故障的后备。复合电压过流设两段定值各一段延时，第段动作于跳母联开关或其他开关。复合电压过流段，动作于停机。（1）复合电压元件（2）电流记忆功能（3）经高压侧复合电压闭锁（4）TV 断线对复合电压闭锁过流的影响 图6-20 发电机复合电压过流保护出口逻辑框图 6.3.7 发电机定子接地保护发电机定子接地保护1零序电压定子接地保护基波零序电压保护发电机8595的定子绕组单相接地。基波零序电压保护反应发电机零序电压大小。基波零序电压保护设两段定值
29、，一段为灵敏段，另一段为高定值段。灵敏段动作于信号时，其动作方程为:灵敏段动作于跳闸时，还需满足发电机机端TV1 开口三角零序电压辅助判据闭锁：高定值段动作方程为：00nzdUU001/fzdtvntvUUnn00nhzdUU2三次谐波电压比率定子接地保护三次谐波电压比率判据只保护发电机中性点25左右的定子接地，机端三次谐波电压取自机端开口三角零序电压，中性点侧三次谐波电压取自发电机中性点TV。三次谐波保护动作方程:3三次谐波电压差动定子接地保护 三次谐波电压差动判据：本判据在机组并网且负荷电流大于（发电机额定电流）时自动投入。333/TNwzdUUK333TtNNUkUkre U图6-21发
30、电机定子接地保护出口逻辑框图 6.3.8 发电机转子接地保护发电机转子接地保护1转子一点接地保护 转子一点接地保护反应发电机转子对大轴绝缘电阻的下降。转子接地保护采用切换采样原理（乒乓式），工作电路如图6-22。切换图中S1、S2 电子开关，得到相应的回路方程，通过求解方程，可以得到转子接地电阻Rg，接地位置。转子一点接地设有两段动作值，灵敏段动作于报警，普通段可动作于信号也可动作于跳闸。2转子两点接地保护 若转子一点接地保护动作于报警方式，当转子接地电阻小于普通段整定值，转子一点接地保护动作后，经延时自动投入转子两点接地保护，当接地位置改变达一定值时判为转子两点接地，动作于跳闸。图6-23
31、转子接地保护出口逻辑框图 6.3.9负序过负荷保护负序过负荷保护 负序过负荷反应发电机转子表层过热状况，也可反应负序电流引起的其它异常。保护动作量取机端、中性点的负序电流。1定时限负序过负荷保护 配置两段定时限负序过负荷保护。负序过负荷定时限I 段动作于跳闸，定时限II 段设两段延时，分别动作于跳闸和信号。2反时限负序过负荷保护 反时限保护由三部分组成：下限启动，反时限部分，上限定时限部分。上限定时限部分设最小动作时间定值。当负序电流超过下限整定值I2szd 时，反时限部分起动，并进行累积。反时限保护热积累值大于热积累定值保护发出跳闸信号。负序反时限保护能模拟转子的热积累过程，并能模拟散热。发
32、电机发热后，若负序电流小于I2l 时，发电机的热积累通过散热过程，慢慢减少；负序电流增大，超过I2l 时，从现在的热积累值开始，重新热积累的过程。反时限动作曲线如图6-25，动作方程为：2222/nzdlIIItA 图6-26 反时限负序过负荷出口逻辑框图 6.3.106.3.10 发电机失磁保护发电机失磁保护1 失磁保护原理失磁保护反应发电机励磁回路故障引起的发电机异常运行。失磁保护由以下四个判据组合，完成需要的失磁保护方案。（1）低电压判据（2）定子侧阻抗判据（3）转子侧判据（4）减出力判据 2失磁保护出口逻辑 装置设由四段失磁保护功能，失磁保护段动作于减出力，段经母线电压低动作于跳闸，段
33、可动作于信号或跳闸，段经较长延时动作于跳闸。图6-29失磁保护段逻辑框图 图6-30为失磁保护段逻辑框图 6.3.116.3.11失步保护失步保护 失步保护反应发电机失步振荡引起的异步运行，保护采用三元件失步继电器动作特性，如图6-31所示。第一部分是透镜特性，图中，它把阻抗平面分成透镜内的部分I 和透镜外的部分O。第二部分是遮挡器特性，图中，它把阻抗平面分成左半部分L 和右半部分R。第三部分特性是电抗线，图中，它把动作区一分为二，电抗线以上为I 段（U），电抗线以下为II 段（D）。图6-32 失步保护出口逻辑框图 PCS-9627L电动机保护装置是属于PCS-9600L系列保护装置中的一种
34、产品。该装置适用于3-10kV电压等级的中高压电动机的保护测控装置，装置通过常规电磁式互感器采集模拟量，支持IEC61850规约。该装置可以组屏安装，也可就地安装到开关柜。6.4.1 保护装置的保护功能配置 PCS-9627L电动机保护装置的主要保护功能配置如图6-33所示。6.4 PCS-9627L型电动机保护装置 为了实现图6-33所示的功能，PCS-9627L电动机保护装置需要引入如下模拟量：机端保护电流（Ia、Ib、Ic）、末端保护电流（Ia2、Ib2、Ic2）、两相测量电流（Iam、Icm）、三相母线电压（Ua、Ub、Uc）、零序电流（I0）。外部电流输入经隔离互感器隔离变换后，经低
35、通滤波器至模数转换器，再由CPU定时采样。CPU对获得的数字信号进行处理，构成各种保护继电器。机端保护电流（Ia、Ib、Ic）、末端保护电流（Ia2、Ib2、Ic2）为保护用电流输入；I0既可用作零序过流保护（跳闸或告警），也同时兼作小电流接地选线用输入；Iam、Icm为测量用两相电流输入；Ua、Ub、Uc为母线电压，电压可以型接入，也可以型接入，在本装置中作为保护和测量共用，其与Iam、Icm一起计算形成本间隔的有功功率P、无功功率Q、功率因数COS、有功电度kWh、无功电度kVarh。6.4.2 保护装置的主要启动元件装置为各保护元件设置了不同的启动元件，相应的启动元件启动后才能进行各自的
36、保护元件计算。1）纵差保护启动元件2）磁平衡差动启动元件3）过电流保护启动元件4）负序过电流保护启动元件5）过负荷保护启动元件6）热过负荷保护启动元件7）零序过电流保护启动元件8）零序过压保护启动元件9）过电压保护启动元件10）低电压保护启动元件11）非电量保护启动元件12）低周保护启动元件13）低功率保护启动元件14）逆功率保护启动元件15）失步保护启动元件l6.4.3 保护装置的主要保护功能原理1.差动保护电动机纵差保护是电动机相间、接地短路的主保护。差动保护电流折算到电动机的机端。1）比率差动保护PCS-9627L型电动机保护装置采用了常规比率差动原理，其动作方程为式中，Ie为电动机额定
37、电流；Icdqd为稳态比率差动起动定值；IT为电动机机端电流；IN为末端电流（中性点电流）；Kbl为比率制动系数整定值。l为了躲开保护区外故障时CT暂态和稳态饱和，而在保护区内故障且CT饱和时能可靠正确快速动作，PCS-9627L型电动机保护装置还采用了高值比率差动保护的比率制动特性。高值比率差动保护的定值固定，无须用户整定。lPCS-9627L型电动机保护装置的比率差动保护能保证外部短路不动作，内部故障时有较高的灵敏度，其动作曲线如图6-34所示。图 6-35 比率差动保护逻辑框图l2）CT饱和的判别原理l为防止电机启动状态下CT暂态和稳态饱和可能引起比率差动保护误动作，装置利用差流二次电流
38、中的2次谐波和3次谐波含量来判别CT饱和，判别方程为l3）差动速断保护 保护设有一速断段，在电动机内部严重故障时快速动作。任一相差动电流大于差动速断整定值 时瞬时动作于出口继电器。差动速断保护逻辑框图如图6-36所示。l4）差流回路异常情况判别 PCS-9627L型电动机保护装置将差流回路的异常情况分为两种：差流异常告警和瞬时CT断线。差流异常告警在保护每个采样周期内进行。差动保护投入时，当任一相差流大于0.08Ie的时间超过10秒时发出差流异常告警信号，此时不闭锁比率差动保护。这也兼作保护装置交流采样回路的自检功能。通过控制字“CT断线闭锁比率差动”，选择瞬时CT断线发告警信号的同时是否闭锁
39、比率差动保护。如果装置中的比率差动保护退出运行，则瞬时CT断线的告警和闭锁功能自动取消。l5）磁平衡差动保护 磁平衡差动保护，俗称“小差动保护”。磁平衡差动保护的电流从装置中性点侧电流回路输入。若未装设磁平衡式电流互感器，但装置所引入的电流已经是差动电流，其接线和整定原则同磁平衡差动保护。磁平衡差动保护逻辑框图如图6-37所示。l2.过电流保护过电流保护 PCS-9627L型电动机保护装置设三段定时限过电流保护。段相当于速断段，电流按躲过启动电流整定，时限可整定为速断或带极短的时限，该段主要对电动机短路提供保护；段可作为启动完成后的速断，在电动机启动完毕后自动投入，段作为电动机堵转和长时间启动
40、提供保护。图6-38为过电流段保护的逻辑框图。过电流段保护和过电流段保护具有相同的逻辑框图。过电流段保护的逻辑框图如图6-39所示。l3.负序过电流保护负序过电流保护 当电动机三相电流有较大不对称，出现较大的负序电流，而负序电流将在转子中产生2倍工频的电流，使转子附加发热大大增加，危及电动机的安全运行。PCS-9627L型电动机保护装置设置两段定时限负序过电流保护，分别对电动机反相断相，匝间短路以及较严重的电压不对称等异常运行工况提供保护。其中负序过电流段作为灵敏的不平衡电流保护，可选择采用定时限还是反时限。图 6-40 负序过流段逻辑框图l4.热过负荷保护热过负荷保护 PCS-9627L型电
41、动机保护装置提供了以负荷电流为模型的热过负荷保护。当热累积超过热过负荷告警定值时，装置会发出一个告警信号。进行发散热计算的热过负荷模型，能够更真实的反应电动机的发热情况，电机正常运行时，发热和散热总的热积累会平衡在()，当电动机故障时，电流急剧增大，热积累快速增加，经过 时间后跳闸。l5.失步保护失步保护 失步保护采用检测电动机的功率因数角的原理来构成，同步电动机正常运行时一般工作于过激状态，功率因数角为负。当同步电动机失步时必定为欠激，功率因数角为正。失步保护可经“失步保护投入”开入投入或在电机启动完成后自动投入（“失步保护自动投入”控制字为“1”）。失步保护的逻辑框图如图6-42所示。l6.低功率或逆功率保护低功率或逆功率保护 低功率或逆功率保护用于防止电源中断在恢复时造成同步电动机的非同步冲击。低功率保护适用于母线上没有其他负荷的情况，而逆功率保护适用于母线上有其他负荷的情况，均作用于跳闸（低功率和逆功率保护不能同时投入，若同时投入，仅低功率有效。）。低功率或逆功率保护在电动机启动完成后且电流大于0.1A或正序电压大于5V、负序电压小于8V方可能动作。低功率或逆功率保护的逻辑框图如图6-43所示。
