电机保护技术分析

电机保护技术分析（共10篇）

电机保护技术分析 篇1

1 定子接地保护动作的原理

1.1 汽轮发电机接地保护动作

一般来讲, 汽轮发电机接地保护动作主要是通过三次谐波电压以及基波零序电压元件组成的。而在两者中, 三次谐波电压原件的主要原理是在发电机还在正常运转的情况下, 定子感应便会发生作用当发生单相接地故障时, 三次谐波电压的变化呈现不同特性, 保护区域为中性点部位到机端部位的25%区间, 刚好可以消除零序电压保护的死区。三次谐波电压感应范围相对敏感而准确, 实现全绕组接地保护, 保护的范围达到100%, 有效提高定子接地保护动作的可靠性, 实质性地减少接地保护的动作量, 在汽轮发电机定子接地保护工作中发挥重要的作用。还有, 三次谐波电压差动保护也可以根据用户需求, 应用于跳闸保护工作。

而与三次谐波电压差动保护相比, 基波零序电压元件保护的保护范围可以达到百分之九十五, 其保护动作判据为Uo, op≥Uo, set。基波零序电压元件保护的保护动值可以分为低、延时以及高值三种。在数据结果不同时, 会产生跳闸或者是动作与信号等不同的保护模式。

1.2 水轮发电机接地保护动作

水轮发电机定子单相接地时, 由于中性点的接地形式与电流对定子产生的损害是密切的联系在一起的。所以必须要注意:

(1) 接地的故障会对定子产生一定的破坏;

(2) 在接地的电流造成故障的蔓延之时, 其不论是持续的时间、还是持续的程度都与定子的损害程度呈正相关。在情况严重时, 还会进一步发展成严重的短路故障。

实际经验证明, 通过消弧线圈的电流对电容具有补偿的作用, 合理利用补偿度, 当实际电流在经过接地点在10A以下时, 便能够避免间歇性以及永久性电弧的产生和出现, 进而避免在定子接地出现故障时, 造成相关设备的破坏的情况出现。

中性点接地模式比较简单, 经大电阻直接接地, 电流通过该电阻构成回路, 短路电流大于中性点不接地时的电容电流, 迅速跳闸起到保护作用。大型水轮发电机在中性点的绝缘程度降低在一定的范围之内时, 保护动作便会发生。但是, 保护动作的敏感度还会受到大电阻接地的影响。

三相接地电容量大, 从而单相接地电流量更大。利用对电容电流进行限制, 不仅可以直接进行跳闸停机的动作, 而且还可以较为有效的限制短路电流, 进而使得保护在负荷转移之后再进行停机。但值得注意的是, 由于发电机以及其相关的原件电容分布比较复杂, 所以这会造成计算的工作非常困难, 进而造成消弧电抗选取困难。

大型的水轮发电机由于其定子绝缘的强度相对比较高, 所以它的主要威胁还在于短路电流上。如果短路电流过大, 对于大型水轮发电机造成的破坏也是比较严重的。利用消弧线圈能够对短路电流进行限制。当发电机的单相接地出现故障时, 其可以继续的进行工作, 而不立即出现跳闸的情况。不过消弧线圈的使用由于其限制因素, 实际应用时应谨慎使用。

2 定子接地保护动作的原因分析

2.1 故障分析

不管发电机中性点是否通过消弧线圈接地, 只要发电机中性点绕组百分比达到一定数值, 就会导致定子绕组单相接地的故障。由基波零序电压元件和三次谐波电压元件组成的定子接地保护, 在发生接地故障时, 三次谐波保护敏感度较高, 动作于接地发出预警信号。设定整定值时, 运用系数数据进行调试, 保护动作定义为0.9。发电机投入运营后, 三次谐波的比值基本在0.55-0.76之间。当发生预警信号后, 保护装置动作发挥其作用, 排除保护装置出现误启动问题。

2.2 故障查找

在进行故障查找的过程中, 工作人员在断开接地的闸刀之后, 还要确保定子接地三次谐波保护压板是否退出, 紧接着在做好相关的隔离措施之后, 在发起电机相关部分的检查。而在进行检查的过程中, 首先要进行接地变压器外观检查, 看看其是否存在异常;其次还要检查接地变压器与接地电子联接部位的固定接头, 看其是否存在接头不稳以及生锈的现象。最后在确认各个部位的具体情况之后, 故障检查方可完成。

2.3 故障的精确定位

发电机中性点不处于接地状态时, 接地电流滞后, 零序电压为Uo900。发电机中性点通过消弧线圈接地, 通常情况下使用欠补偿方式, 所以接地电流也滞后于零序电压Uo900。

当导体反向串联构成线圈, 绕组从中性点在不同匝数位置, 出现了接地故障。故障发生之后, 根据函数公式, 参照标准查找对应的故障匝数。

大型发电机基本采用多分支绕组, 各分支虽然合成电动势是一样的, 但各分支的线圈不一样, 每个分支对应的表格数据也并不一样。所以得出, 每一个故障点位置对应的数学模型是唯一的, 根据查表就可以确定故障分支所在。

在实际查找故障工作中, 工作人员并不清楚故障所在哪个相, 因此接地保护必须先识别故障相所在。发电机定子单相接地故障发生时, 故障相的机端电压数值最低, 由此通过比较三相对地的电压大小判断故障相。

综上所述, 可以通过确定故障相、故障分支和故障匝数的方法精确定位故障, 使故障定位的效果达到最佳。

3 定子接地保护动作的总结

通过介绍电厂发电机定子接地保护及精确定位的方法, 给出具体实施方案, 并进行有效分析验证, 得出以下结论:

(1) 保护方法准确计算出故障位置接地电流, 真实反映故障程度, 并依此分析决策, 保障发电机的安全同时, 又保障不必要的跳闸, 使发电机组发挥足够的效益。

(2) 定位方法考虑了发电机多分支定子绕组的结构, 识别故障源头, 得到故障点准确位置, 给故障的排查带来很大方便。

(3) 定子接地保护动作适用于发电机各种中性点接地方式, 不受电阻影响, 适应能力强。

(4) 方法简单易行, 对计算能力没有特别要求, 在目前使用外加电源式保护装置的基础上, 就可以实现, 应用面广泛。

4 结束语

开展对发电机定子接地保护动作的研究, 认识到了电厂发电机单相接地早先的自身故障, 建立对发电机的科学保护意识。更是防范于未然, 将准确的故障分析和合理的保护措施相结合, 消除异常, 稳定运行。

摘要：本文介绍了发电机定子接地保护动作的原理, 并分析定子接地保护动作的原因所在, 给出了保护和定位方法的具体措施, 使发电机定子接地故障能得到成功处理。

关键词：电厂电气设备,故障处理,发电机定子接地

参考文献

[1]王育学, 尹项根, 张哲, 李振兴, 袁艺.基于接地电流的大型发电机定子接地保护及精确定位方法[J].中国电机工程学报, 2013, 31:147-154+18.

电机保护技术分析 篇2

【关键词】电机保护；检测控制；发展方向

0.引言

电机的应用相当广泛,几乎所有的工厂都要用到它,而电机在工作过程中出现缺相、过流、欠流、过压、欠压等情况时,电机将无法正常工作,甚至损坏。随着新技术、新工艺不断地向传统的技术与工艺挑战，用计算机测控系统取代传统的测控仪表，用现代的控制算法取代经典的控制算法，己成为工矿企业及科研院所设计与改造工业测控系统首先考虑的问题。

1.三相电机保护当前局势

随着电子技术的迅速发展，二十世纪七十年代，电子式的电机保护装置得以发明并使用。电子式继电器仍然遵循反时限保护的特性，其主要由两大部分组成：一是監测部分，二是执行部分。监测部分通常采用电流互感器，利用其磁滞回线的直线部分来获取信号。一般由信号比较电路、过电流保护电路、延时电路、触发电路、执行元件及电源等部分组成。工作原理是通过电流互感器直接监测电机运行电流来进行保护。与热继电器相比，电子式继电器不存在发热问题，其动作稳定，也消除了对安装环境温度的要求，而且保护功能与灵敏度也都占有绝对优势。具有的技术先进、可靠准确、整定值可实现连续调整等特点，使得保护的电机既可避免因过载、断相、短路、三相不平衡、堵转、过压、欠压等原因而烧坏电机，也可以按照要求设定整定值。但是，通常的电子式的电机保护装置均采用人工可调定时限保护特性，无法实现与电机热过载曲线相匹配的反时限特性保护，只能实现单点式保护，并且该保护装置一般采用定时避开启动电流措施，以防止正常启动时保护误动作，但如果启动过程中出现异常故障，则电机就得不到保护。但电子式继电器相比热继电器，则具有动作灵敏、工作可靠、精确度高、耐冲击振动、重复性好、功能强大、功耗小、节能等优势，所以仍然已经成为电机保护装置的一个重要品种。

2.电动机常见的保护措施及存在问题

2.1电压保护

电机的转矩、定子电流与电压关系密切。定子电压高或低于额定电压时，电磁转矩与定子电流发生显著变化。电机工作时，如果电压长时间高于额定电压，就会很容易对定子绕组匝间的绝缘造成破坏。但是欠电压（即低电压）运行比过电压运行更成问题。假如电动机机械负荷一定的情况下，由于电网电压降低造成定子电流显著上升，损耗与温升也会随之而增加。如果供电电压恢复的过程比较慢，那么造成电动机启动状态时间过长。此时，不管是电动机，还是配电系统都会受到相当大的启动电流作用，如果电动机长期处在这种启动电流作用下，将会导致绝缘过热甚至损坏。另外，在配电电路中如果电流过大的情况下，将造成较大的电压损失，也会导致电网电压恢复较慢形成恶性循环，将导致电机的烧毁，有时甚至会造成配电系统的故障。因此，低电压保护是不可缺少的保护措施之一。

2.2堵转保护

由于机械故障、负载过大、电压过低等各种原因造成转子处于堵转，也就是说处于停止旋转或低速旋转状态，这样，电动机在全电压下堵转，电流将会急剧上升到额定电流的数倍，并且此时由于散热条件太差，电机就特别容易被烧坏。所以当检测到电动机处于堵转故障时，保护系统就要及时动作，这样电动机才不会因堵转而被烧坏。在电机启动时，将会产生7-8倍额定电流，如果想避开此时的启动电流，保护装置就应具有启动延时功能，来确保堵转保护在电动机的起动过程中达到闭锁，起动结束后再自动投入运行。

2.3过载保护

电动机被烧毁的现象，大多是发生在电动机绕组的电流长时间超过额定电流的情况下，由于电动机内部温度过高而造成的。因此，电流过载保护在电动机保护方式中被普遍应用。比如传统的热继电器，还有电流继电器和断路器保护就属于这一类。

2.4不平衡保护

针对于电动机的各类非接地性不对称故障，最好提供的单独保护，也被称为不平衡保护。通常情况下，供电变压器原方或者副方一相断线，或者是电源电压三相不平衡，这样都将造成电动机三相电流不平衡，也会导致电动机总转矩降低，可能出现抖动，是电动机的温度增高，这样长时间不平衡运行，电动机将会被烧坏，因此电动机保护器不能少了不平衡保护。

2.5热保护

上述情况中，不论是哪种故障，最终导致电机烧毁的还是由于电动机绕组局部长时间过热，引起绝缘破坏造成。因此，有些电动机保护方案就是通过直接预埋在转轴或内部绕组内的温度传感器，监测电动机内部温度变化，实现对电动机的保护。这种保护措施只能在特定的电机上实施，对于没有内置温度传感器的普通电机，加装温度传感器几乎不可能实现。即使能将传感器安装在轴架或外壳上，因外壳热传导系数、环境温度、通风条件等因素的影响，保护动作时间的分散性将非常大。

3.电机监控技术的发展方向

3.1监控系统的微机智能化

单片机、DSP(Digital Signal Processor)、嵌入式系统等具有CPU(CentralProcessing Unit)的控制系统的出现，对许多仪器仪表的设计带来了一次根本的变革。由于它们功能强大，性能可靠，能适应工业或测控现场环境要求，人们常把它们作为仪器或设备的控制中心。这类控制器具有以下特点：

3.1.1灵活性强

由于这种控制器是由软件和硬件结合起来实现各种功能，因此同一硬件结构的装置，只要换以不同的软件，就可以实现不同的功能，因此升级换代方便，也有利于减少开发成本。

3.1.2综合处理能力强

利用CPU超强的处理能力，可以实现各种复杂的逻辑控制、时序控制以及大量的数字运算。

3.1.3利用微机系统的存储记忆功能

可以轻松实现参数整定、故障记录。

3.1.4利用微机系统丰富的扩展接口

还可以实现数据的传输、报表的输出等复杂功能。

3.1.5智能控制器

这种智能控制器还具有功耗低、接口简单、结构紧凑、精度高、可靠性好、设计周期短、互换性好等优点

3.2监控系统的综合化

由于微机型控制器的上述特点，在同一控制器中，同样的硬件结构，只要增加新的算法，增加判据，就可以将测量、保护、控制集成在一起，实现多种综合功能。

3.3监控系统的网络化

随着生产过程自动化技术的发展，越来越多的用户要求电机保护器应具有通信功能，以实现集中监控。传统的集中监测方式是将所有参数采用4-20mA信号分别通过一对信号电缆传送到中央控制室，即要监控多少个参数至少需要多少对电缆。近年来，由于现场总线的发展，这些数据的传送只需要通过一对总线就可以进行了。因而当前新开发的电动机保护器都开始注意设计现场总线通信功能。

4.结语

近年来电动机的可靠保护，改善起动性能及节能运行越来越受到人们的重视。随着计算机技术和电力电子技术的发展，以高性能单片机为核心的电动机保护技术和软起动技术正在逐步发展。

【参考文献】

［１］黄开胜．三相异步电动机断相运行分析．中小型电机，1998．

［２］曹巧媛．单片机原理及应用[M].北京:电子工业出版社,2002．

［３］冯信华等．感应电动机节能控制的理论分析．中小型电机，1998．

电机保护技术分析 篇3

关键词：断路器 水电站 发电机

1 发电机型断路器与通用型断路器的技术性能比较

发电机型断路器与通用型断路器在机械特性、绝缘特性和电气特性的表述方式上基本相同。

如对短路开断电流均以交流分量有效值和直流分量百分数(DC%)表示；绝缘性能均以工频和雷电冲击耐压水平考核；机械特性考核项目等也基本相同。

发电机型断路器与通用型断路器的不同之处，是前者对某些技术性能的技术参数要求要苛刻得多。因为发电机的电感值较系统相对要大，作为保护断路器在瞬间所承受的直流分量和衰减时间常数均大得多。GB/T14824-1993中规定：在断路器分闸时间加0.01s时，直流分量(DC%)约为68%，衰减时间常数为60ms，显然较通用型断路器的直流分量DC%≤20%和衰减时间常数45ms要大；同时，额定短路关合电流也不相同，发电机型断路器因为直流分量较大，额定短路关合电流(峰值)为额定短路电流的2.74倍，而通用型断路器此值仅为2.5倍；在表述方式上，发电机型断路器的铭牌除标有额定短路电流值外，同时还注明有直流分量(DC%)值，而通用型断路器则仅标有额定短路电流值。

通过比较可以看出，发电机型断路器较通用型断路器开断、关合条件均要苛刻，型式试验的考核也相对严格得多。

2 发电机型断路器的主要型式试验考核内容

依据当前国际通用的ANSI/IEEEC37-013以对称电流为基础的交流高压发电机断路器标准规定，对发电型断路器型式试验考核内容主要是：系统源短路的开断与关合、发电机源短路开断和失步开断与关合。其它的型式试验考核与通用型断路器内容基本相同。

(1)系统源短路的开断与关合试验。发电机型断路器是在非自动重合闸操作顺序下进行。直流分量分DC%<20%及dc%>20%两种条件；瞬态恢复电压(峰值)为1.7倍发电机最高工作电压；瞬态恢复电压的上升率为3.5kV/μs；关合试验按2.74倍额定短路电流(峰值)合并进行的。国外西屋和西门子公司在进行此项试验时，直流分量(DC%)均按75%额定短路电流考核。

通用型断路器一般都是在自动重合闸操作顺序下进行的。直流分量(DC%)<20%；瞬态恢复电压(峰值)为1.71倍额定工作电压；瞬态恢复电压上升率为0.34kV/μs；关合试验是按2.5倍额定短路电流(峰值)与对称开断试验合并进行。当断路器的分闸时间≥60ms时，则不必进行非对称开断试验。

上述两种类型断路器的试验考核，均相当于三相试验时首开相或者单相试验时的条件。相比之下，即便是开断电流的数值相同，而发电机型断路器则是在高直流分量和瞬态恢复电压下进行开断，开断条件较通用型断路器苛刻得多。

(2)发电机源短路的开断试验。

发电机源短路的开断试验条件则更为苛刻，该试验具有更高的直流分量。按照ANSI/IEEEC37-013标准规定：此值为DC%=130%。对于这一试验考核，通用型断路器则是无法胜任的。

(3)失步开断与关合试验。

发电机型断路器失步开断与关合试验是在合、分条件下进行的。外施电压和首相开断工频恢复电压为1.22倍发电机最高电压；开断电流为50%的交流分量有效值；直流分量(DC%)分<20%和≥50%两种条件；瞬态恢复电压峰值为2.5倍发电机最高电压；瞬态恢复电压上升率为3.3kV/μs；关合试验按2.5倍对称开断电流交流分量值(峰值)与开断试验合并进行；国外西屋公司在进行此项试验时的直流分量(DC%)为80%；西门子公司为120%。

通用型断路器的合、分失步开断与关合试验，外施电压和首相开断工频恢复电压为1.44倍系统最高电压；开断电流为25%的交流分量有效值；直流分量(DC%)<20%；瞬态恢复电压峰值为2.55倍额定工作电压；瞬态恢复电压上升率为0.26kV/μs；而对关合电流不作规定。

我国国家标准GB1984规定：失步开断仅适用于联络断路器，对于通用型断路器在10kV系统应用时，则不必进行失步开断与关合此项试验。该标准已被修订，目前正在待批。相对比较，发电机型断路器对失步开断与关合试验不仅要做，而且直流分量和瞬态恢复电压值要大得多，这是通用型断路器不可能替代的。

3 发电机型断路器开发研究过程

电机保护技术分析 篇4

0 引 言

三维激光扫描技术是近年来发展起来的测绘新技术，它与传统测绘方法相比具有明显的优越性。它可以在短时间内采集海量的目标点坐标，测量精度很高。形成的点云，可以进一步处理构建目标三维模型，真实再现目标面貌。三维激光扫描技术在地面景观形体测量、复杂工业设备测量与建模、建筑与文物保护和城市三维可视化模型建立等各个方面都有广泛的应用。

重庆罗汉寺是全国汉族地区重点佛教寺庙之一，始建于北宋治平年间，至今已有近千年的历史。因为罗汉寺建筑时间久远，其建筑因破损需要维修，而大部分建筑均无建筑图纸等资料及数据。因此，本项目采用三维激光扫描技术对罗汉寺内主要建筑物进行三维扫描测量，获取建筑物顶高及建筑主体轮廓的精确尺寸，建立三维仿真系统，留下宝贵的历史档案。

1 三维激光扫描仪和相关软件介绍

1. 1 三维激光扫描仪 VZ - 1000

本项目采用的是奥地利 RIEGL 公司的最新一代激光扫描仪 VZ -1000 三维激光扫描仪。该仪器由高精度、长距离三维激光扫描仪和高分辨率的数码相机组成。VZ -1000 三维激光扫描仪最远扫描距离可达 1 400 m,测量精度优于 5 mm,建模精度优于 2 mm,并且该仪器配有云台设备可以采用不同倾角对建筑进行扫描。

1. 2 相关软件介绍

1） RiSCAN PRORiSCAN PRO 是三维激光扫描仪 VZ 系列的自带软件。用户可以用 RiSCAN PRO 软件配置传感器参数、进行数据获取、数据显示、数据处理和数据存档等操作。

2） Geomagic Studio由美国 Raindrop （ 雨滴） 公司出品的逆向工程和三维检测软件 GeomagicStudio 可轻易地利用扫描所得的点云数据创建出完美的多边形模型和网格，并可自动转换为NURBS 曲面。Geomagic Studio 可根据任何实物零部件自动生成准确的数字模型。

2 建筑物数据采集方法

运用三维激光扫描仪对罗汉寺内主要建筑物及罗汉（ 塑像） 进行三维数据采集。由于建筑物造型复杂，数据获取困难，因此需要进行多站扫描，同时配备“云台”设备获取整体数据。

罗汉寺的数据采集复杂多样，其内建筑物多、密度大，同时由于景区人数多、客流量大，为了保证扫描效果和工作效率，扫描采用“粗扫”和“精扫”相结合的方式进行数据采集。“粗扫”时采用 360°的扫描方式进行，扫描距离设置为 450 m,采样间隔设置为 100 m 处 0. 05 m,扫描一周时间为 2 min.“粗扫”目的是为了获得测站四周建筑物整体的轮廓点云数据。“精扫”时采用选择特定区域，扫描距离设置为 450 m,采样间隔设置为 100 m 处0. 02 m方式进行，“精扫”目的是为了获得主要建筑物的重要区域的精细点云数据。采用“粗扫”和“精扫”相结合的作业方式，保证了扫描数据满足工程精度要求，同时尽可能提高了工作效率。

由于需要测量罗汉寺内主要建筑物的顶高数据，在数据采集时采用了“云台”测量工具，该工具可以在垂直方向上从 0° ~90°进行变化，把激光扫描仪架设在该“云台”上，通过“云台”的角度变化进行倾斜扫描。采用“云台”技术进行数据采集，与常规扫描采集点云数据要求一致，主要采集了建筑物顶部数据。

为了使建立的三维模型真实及纹理清楚，在三维数据获取时，采用专用相机获取影像数据。为满足三维仿真系统建设的需要，对未获取影像的区域，采用单反相机单独拍摄。

3 建筑物点云数据处理方法

3. 1 数据预处理

采用三维激光扫描仪配套数据处理软件 RISCANPRO,对多次扫描数据进行拼接，其拼接精度达到 2 cm.

由于罗汉寺内建筑物繁多，分布密集。整体浏览和处理都不方便，为了更快捷、清楚地对数据进行处理，需要对罗汉寺整体点云数据进行裁剪。通过 RISCAN PRO 软件的裁剪功能对点云数据的裁剪，获得罗汉寺内主要建筑物的独立点云数据。

由于原始扫描的建筑物点云数据没有颜色信息，浏览和处理并不直观，仅仅依靠激光点云对物体进行三维建模是不够的，缺乏对表面纹理特征的有力表达，因此，采用影像匹配技术对点云赋予颜色。

3. 2 建筑物特征提取方法

通过三维激光扫描获得罗汉寺建筑物数据是三维点数据，对建筑物而言，其关键数据是建筑物各重要部位的.轮廓线数据，建筑物轮廓线数据也是其设计、修复、建模的基础数据。因此，需要对罗汉寺的主要建筑物的轮廓特征进行提取。将整理好的罗汉堂点云数据，导入自主研发的点云数据处理程序，进行数据处理。该程序主要包含点云电力线提取、点云斜坡提取、点云特征提取、点云线地物搜索等用于地形处理的功能。

运用点云数据处理程序相关功能，提取建筑物的外围轮廓线、屋脊线等。通过软件提取，最终得到罗汉寺主要建筑的特征线如图 1 所示。

基于对文物保护需求，需要采集罗汉寺内各建筑顶部的准确高程数据。此前地形图测量时，受条件的限制，只采集了部分建筑的顶部高程数据，而点云数据中涵盖了所有的建筑物顶部高程数据，采用 RISCAN PRO 的点特征提取功能，提取所有高程数据。与常规采集数据进行比较，同部位高程差最大值为 12 mm.

3. 3 精细模型制作

对采集的罗汉（ 塑像） 进行精细模型制作。模型制作时，根据点云数据，提取特征线，匹配现场采集的影像资料，进行点云数据拼接、裁剪，获取罗汉（ 塑像） 的精细点云数据。将点云数据导入 Geomagicstuido 点云建模软件进行精细建模处理，先对点云数据进行降噪处理，然后对点云数据进行封装，通过封装使点云数据生成空间三角网模型数据，对空间三角网模型数据进行补洞、平滑、修复等优化处理，得到罗汉（ 塑像） 精细三维模型。该三维模型为后期维修等留存宝贵的历史数据资料。

3. 4 三维仿真系统建设

根据前述各工序获取的地形图、三维点云数据、影像数据等资料，利用三维建模软件 3DS Max 或 CREATOR 等进行模型制作并贴上真实材质。采用自主研发的集景-三维仿真平台建立罗汉寺三维仿真系统，实现场景的快速浏览漫游，建构筑物的快速查询和三维定位等。系统中保留罗汉寺详细的历史信息，留下文物的详细历史档案，为后期管理提供一个直观、科学的平台。如图 2 所示。

4 结束语

本文采用三维激光扫描技术应用于重庆罗汉寺文物保护工程，通过外业数据采集，内业数据处理，对建筑物进行轮廓特征提取，构建精细三维模型，建立三维仿真系统，为罗汉寺的文物和建筑留下了宝贵历史档案，为后期维修等工作提供了依据。通过该项目的实施为三维激光扫描技术对古建筑的数字化保护探索了一条可行的技术路线。（图略）

参考文献：

[1] 王晏民，郭明，王国利。 利用激光雷达技术制作古建筑正射影像图[J]. 北京建筑工程学院学报，2006,22（ 4） :19 - 22.

[2] 郑德华，雷伟光。 地面三维激光影像扫描测量技术[J].铁路航测，2003（ 2） : 26 -28.

[3] 余明，丁辰，刘长征。 北京故宫修复测绘研究[J]. 测绘通报，2004（ 4） : 11 -13.

[4] 曹先革，杨金玲，司海燕，等。 地面三维激光扫描点云数据精度影响因素及控制措施[J]. 测绘工程，2014,23（ 12） : 5 -7.

[5] 马立广。 地面三维激光扫描测量技术研究[D]. 武汉： 武汉大学，2005.

[6] 尚涛，孔黎明。 古代建筑保护方法的数字化研究[J]. 武汉大学学报： 信息科学版，2006,39（ 1） : 72 -75.

Y系列电机与高效率电机节能分析 篇5

我国中小电机产品有一般效率的Y、Y2、Y3系列和高效率的Y2-E、YX3系列，其中Y系列电机为我国80年代产品，Y2系列为90年代产品，Y3系列基本达到了21世纪初国际同类的先进水平，可达到欧洲能效标准的eff2水平，目前属于全国推广产品。YX3系列基本可达到欧洲能效标准的eff1水平，同时达到GB18613-2006《中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级》中能效等级1级要求。

我公司电机共303台，大部分是Y、Y2、YB2系列，其中Y系列129台、Y2系列23台、YB2系列102台、其他49台。都属于一般效率系列电机，根据国家工信部2012年第14号公告《高耗能落后机电设备（产品）淘汰目录（第二批）》，Y系列电机属于淘汰机电设备。

三相异步电动机的主要损耗包括：定子铜耗、转子铝耗、铁心损耗、风摩损耗和杂散损耗等部分。提高电动机效率主要从降低定子和转子损耗、改进风扇等方面入手。高效电动机YX、Y2一E两个系列与普通Y系列电动机相比，虽然制造的耗铜量、耗铝量、铁心的硅钢片消耗量相应增多，费用有所增加，但效率高出0．58％～1.7%。（效率是电机的输出功率与输入功率之比）Y2一E系列与Y系列电动机的节能统计分析如表1所示：

发电机定子接地保护动作情况分析 篇6

某电厂采用发电机主变单元接线形式,装机容量为2×350MW。发变组配置2套南瑞继保RCS-985A保护,其机端电压都取自机端不同TV的二次侧,中性点电压都取自发电机中性点TV二次侧。故障发生时,2台机组正常运行;DCS发“发电机故障”报警,#2机组发变组A、B套保护屏均报“定子零序电压”动作;主变高压侧202开关跳闸,灭磁开关跳闸,厂用电切换成功;励磁调节器有“脉冲消失”、“A、B套故障”报警。

1现场检查情况

事故发生后,检查发现发变组A、B套保护屏定子零序接地保护均动作,且动作时间完全一致,还发现动作前2分钟曾启动过1次,但未出口。保护屏定子零序接地保护动作时采样数据见表1。

v

对TV二次回路是否共地进行了检查,未发现异常,因此可排除TV回路因干扰而误动的可能。对发变组采样回路进行加量检查,亦未发现异常。

由表1知,中性点电压高于定值(15V),且机端也出现了零序电压,因此初步判断电气一次侧出现了接地故障。于是对发电机、励磁变、出口避雷器、封母、发电机出口TV逐一进行试验。发电机出口TV B相2TV一次侧直阻比A、C相约小8%;3倍频感应耐压试验反映此TV绝缘不良。更换此TV,发电机开机后未现异常。

2原因分析

下面综合电气一次、二次数据及检查结果进行分析。

(1)因3次谐波电压比率判据可判定发电机中性点25%左右的定子接地,且故障时中性点、机端零序3次谐波电压较正常运行时无明显变化,故判断故障不在发电机中性点25%区域内。

(2)因TV开口三角不存在短路可能,故排除其影响机端三相电压的可能。TV其它二次绕组也未短路,因此不会反向影响一次系统电压。

(3)结合TV二次绝缘、接地良好,220kV系统无零序电压且电流无明显变化,6kV无零序电压的情况,可初步排除外部接地耦合零序电压及二次强干扰引起故障的可能。由故障时中性点电流从正常的0.1A增至0.4A,可得出此时中性点电压为1 433V,折算至二次为16.5V,与表1数据基本吻合,这也映证了二次无强干扰,一次三相阻抗不平衡的事实。另外,故障时匝间保护TV二次与开口三角电压保持不变,所有TV二次绕组的N600都接于同一根铜排也间接说明了此时电气二次无强干扰,发电机内不存在匝间短路。

(4)DCS中中性点零序电压变化情况(如图1所示)与保护动作情况相吻合。发电机中性点零序电压超过定值时接地保护开始启动,但因电压即刻下降(低于15V),且接地保护需在启动后延时5s动作,故接地保护未能动作。但约2min后,发电机中性点零序电压又增大(高于15V)且持续5s以上,故接地保护动作出口。

(5)发变组保护A、B屏的发电机出口TV B相电压及零序电压存在差异,折算到一次有282V的差别。TV外部故障一般不会导致如此大的差别,因此结合发电机出口TVB相2TV一次侧直阻比A、C相约小8%,比上次试验测量数据约小8%以及该TV耐压试验未通过的情况,可确定是由该TV一次绕组匝间短路导致的三相对地电阻不平衡。该TV发生故障后变比发生变化,故B相2只TV二次电压不同。

(6)从保护录波数据可知,保护动作时机端三相电压不平衡,机端产生了11V(二次)左右的零序电压;中性点电压均为15.08V,达到动作值;220kV零序电压及各回路电流均无异常。根据定子接地保护动作原理,保护动作出口。

3防范措施

(1)半绝缘TV故障率高且需专用的3倍频感应耐压试验设备检验其性能,因此在条件许可和必要时,将半绝缘TV更换为全绝缘TV,以提高设备可靠性,杜绝此类事件的再次发生。对于新建电厂,建议采用全绝缘TV。

(2)加强电气设备绝缘监管工作,除按《电气设备预防性试验规程》做好常规试验外,在机组调停期间,对发电机出口半绝缘TV、6kV厂用电系统半绝缘TV做3倍频感应耐压试验,及时掌握半绝缘TV绝缘状况。

(3)加强对发电机机端三相电压、零序电压,机尾零序电压、零序电流的观察,掌握其变化趋势,及时发现异常情况。

摘要：根据保护动作报告、录波数据分析发电机定子接地保护动作原因,并提出相应的防范措施。

关键词：接地,电压互感器,零序电压,短路

参考文献

[1]吴成新.发电机失磁影响分析及处理实例[J].广西电业, 2009,114(09):112,113

[2]李学忠,李勇,等.发电机失磁原因分析与处理方法[J].内蒙古电力技术,2009,27(02):50-52

[3]徐景彪,于长胜.一起失磁故障的原因分析及处理[J].吉林电力,2010,38(04):46,47

[4]孙显初.对汽轮发电机失磁保护出口方式的探讨[J].继电器,2006,34(22):78-80

电机保护技术分析 篇7

【关键词】电机运行；故障诊断；震动频谱；技术分析

在电机的日常故障诊断过程中，电机故障诊断人员通常会采用较为常规的故障处理技术对电机设备的故障进行有效地诊断与处理。但是在某些较为特殊的电机运行故障中比较常规的故障处理方法无法取得较为良好的诊断与处理效果，因此振动频谱与相关技术的应用对于电机故障的识别诊断就显得极为重要同时对于促进电机故障诊断、处理水平的提升也有重要影响。

一、振动频谱在电机运行故障诊断中的应用

诊断频谱技术在一些特殊的电机故障诊断与处理过程中有着良好的运用，这主要体现在电机的电气故障与机械故障诊断过程中。以下从几个方面出发，对振动频谱在电机运行故障诊断中的应用进行了分析。

1.振动频谱在电气故障的中应用

振动频谱在电气故障的中的应用主要包括在电机设备的常规巡检和故障诊断中对电机设备的振动数据进行合理采集與分析并按常规采集定义设置频谱的频宽，从而能够对电机的转速故障、滚动轴承故障的特征和发生频率通过观察振动谱图进行合理的分析。除此之外，对于电机设备而言在大部分的电气故障诊断过程中振动频谱技术的应用可以有效提升故障诊断的精密性，从而为电机故障的解决与分析奠定良好的基础。

2.振动频谱在机械故障中的应用

振动频谱在机械故障中的应用主要包括常规谱图频率分辨等内容，在振动频谱分辨率较低的情况下电机故障诊断人员需要利用频谱细化措施来对电机设备出现的故障进行分析并对振动频谱的基频等数据进行合理的细化与分析。电机故障诊断人员在对电气故障问题进行频谱细化分析时应当注重对数幅值的采用，从而有效减少丢失环绕现象的出现并在提升电机机械稳定性前提下促进振动频谱在机械故障中的有效应用。

二、电机运行中故障诊断技术分析

随着电机故障诊断整体水平的不断提升，电机运行过程中故障诊断技术的合理分析与应用对于提升电机的可靠性、稳定性和运行水平都有着重要影响。以下从几个方面出发，对电机运行中故障诊断技术进行了分析。

1.电机运行故障诊断技术分析

电机运行故障诊断技术分析的应用范围较广，例如电机维修人员在在对一台机泵进行检测时当发现该泵的电机运行声音较响并且电机端的振动值也较大时则该机泵的电机出现问题的可能性较大。在这种前提下电机故障诊断人员应当首先对机泵的电机参数如电机转速、电机轴承等进行合理分析。如果诊断出的故障属于电气方面的，则电机故障诊断人员需要从电机的转子偏心、定子偏心等电气故障出发进行合理分析。在这个过程中电机维修人员需要清晰电机的转速频率，因为在不同的电机频率前提下看似相同的电机运行故障诊断可以得出完全不同的诊断，这也意味着当电机维修人员在没有清楚电机频率的前提下是很难做出正确的电机故障诊断结论。因此电机维修人员为了更好地找出电机的故障，应当合理对电机的振动频谱进行细化分析。通过对振动频谱进行有效分析电机故障诊断人员可以有效分析电机故障主要在电气方面还是机械方面，从而为进一步的电机作精密诊断提供了基础和依据。

2.电机运行故障诊断技术应用

电机运行故障诊断技术具有很强的实践性，即只有通过实际检修与诊断电机故障诊断人员才能更好的提升自身的故障诊断水平，例如当电机出现异响时，电机故障诊断人员应当首先考虑电机与机泵之间的联轴器是否出现故障。通过对联轴器进行故障处理后若电机中的响声依旧没有消失则电机故障处理人员需要通过振动频谱技术对电机进行检测，通过对监测结果进行分析电机故障诊断人员可以发现机泵的两个轴承的振动幅度相对幅较小但是电机轴承的振动幅值较大，从而可以发现电机出现的故障主要在电气方面并为更深一步的电机故障处理与检修奠定了良好基础并为电机精密诊断提供了依据。另外，当电机的振动频谱图中有出现突出部分时则意味着电机的转子中存在断条并且振动频谱的突出部分愈明显则说明电机中的断条数量越多，在这一过程中电机的特征频率为48.8HZ，而正常的电机特征频率为50HZ，既断条故障的电机特征频率误差为2.4%。除此之外，当电机出现断条故障时电机故障处理人员通过振动频谱分析可以对电流频谱中会出现特征分量进行合理推测。通常来说当电机出现气隙偏心故障时，电机振动频谱的中特征分量如转子频率会出现较大异常。而当电机出现定子匝间短路故障时，通过对电机的定子电流进行变换，可以对电机的基波分量进行有效判断，当电机处于稳定运行状态时定子的转速相对稳定并且电机的故障特征频率也相对稳定，从而可以对更好地对电机进行精确的故障诊断。

三、结语

随着我国电机诊断、维修水平的不断提升，振动频谱技术在电机运行的故障诊断、处理过程中得到了广泛应用。电机故障诊断人员在进行电机故障诊断过程中应当注重对诊断频谱技术进行合理利用，并在此基础上通过其他故障诊断技术的合理应用促进电机的故障诊断、维修技术水平的合理提升。

参考文献

[1]吕庆斌.电机振动频谱分析与处理[J].设备管理与维修，2013，2（4）：51-53

电机保护技术分析 篇8

轮毂电机电动汽车控制系统技术方案探讨

结合纯电动汽车控制系统总体方案,从直流无刷电机驱动器、双轮直驱控制技术(电子差速控制)、能量管理系统、人机界面功能等方面,较为全面系统地阐述了其主要控制功能、设计思路及其技术要点.

作 者：谢建秋 Xie Jianqiu 作者单位：南昌摩托车质量监督检验所刊 名：洪都科技英文刊名：HONGDU SCIENCE AND TECHNOLOGY年，卷(期)：“”(2)分类号：V2关键词：纯电动汽车 轮毂电机 控制系统

电机保护技术分析 篇9

关键词：智能电机 控制装置 控制系统

1、智能控制及其控制目的

智能控制是自动控制领域内的一门新兴学科，模糊控制与神经网络是其中的两项关键技术，可以用来解决一些传统控制方法难以解决的问题。首先，智能控制不依赖于控制对象的数学模型，只按实际效果进行控制，在控制中有能力并可以充分考虑系统的不精确性和不确定性。其次，智能控制具有明显的非线性特征。就模糊控制而言，无论是模糊化、规则推理，还是反模糊化，从本质上来说都是一种映射，这种映射反映了系统的非线性，而这种非线性很难用数学来表达。神经网络在理论上就具有任意逼近非线性有理函数的能力，还能比其他逼近方法得到更加易得的模型。近些年来，已提出了各种基于智能控制的控制策略和控制方法，已逐步形成了一种新的控制技术。应着重指出的是，虽然将智能控制应用于伺服驱动的研究已取得了不少成果，但是还有许多理论和技术问题尚待解决。由于智能控制涉及面广，不可能具体介绍很多内容，好在这方面已有很多文献可供参考，这里希望通过举例来介绍它们的控制思想和控制方式。

2、智能电机控制系统的组成及应用

2.1逆变器

2.1.1主要电路形式选择与功率开关管的应用

现阶段，很多生产加工行业常用的是以星形三相三状态和两相导通星形三相六状态两种方式。主电路的核心部分是作用各异的逆变器功率开关管。在大功率电机的控制中，也可选择MCT，它是MOSFET与晶闸管的复合器件，具有高电压、大电流、工作频次高、控制功率小、易驱动、使用低成本集成驱动电路控制等优点。为了提高逆变器的可靠性、缩小体积，也可以采用近年来迅速发展的功率集成电路(PIC)。PIC将多个功率开关管及其快恢复二极管集成为一体。

2.1.2驱动电路的构成

在电机使用中，首先由驱动电路将控制器的输出信号进行功率放大后，才能向各功率开关管送去使其能饱和导通和可靠关断的驱动信号。随着集成电路技术的发展，现在已经把驱动电路制成有一定输出功率的专用集成电路，并且已经开始渐渐在无刷直流电动机上得到推广应用。

2.2控制器

智能电机中的控制器主要有两个概念。一个是基于专用集成电路的控制系统。就现在的市场环境来讲，国内很多生产厂家推出了不同规格和用途的无刷直流电动机控制专用集成电路。这些具有一定专利的指定电机配用的集成控制电路克服了分立元件带来的弊端，使控制电路体积小、可靠性高，对于特定环境下完成特定功能、并具有规模化生产的无刷直流电动机来说，是首选方案。但其应用范围局限性大，功能难以扩展。第二种智能电机中的控制器主要是指以微型计算机技术为核心的数模混合控制系统与全数字化控制系统。随着无刷直流电动机应用领域的应用范围越来越广，对它的实用性能也提出了更高的要求，因而其控制器由以硬件模拟电子器件为主，转向采用数字电路、单片机以及数字信号处理器方向发展，实现半数字化的数模混合控制和全数字化控制，控制规律由硬件实现转向以软件实现。

2.3智能电机控制系统在实际生产中的应用

智能电机的出现极大提高了各行业的劳动生产率，为社会的进步和经济的发展做出了巨大贡献。其应用范围已经非常广泛，而且更多应用在了高、精、尖的设备层面，例如船用空调设备、大型吊装设备、矿山开采设备、大型通风控制系统、资源探测等大型设备。在现实生活微观方面更是举不胜举，小到任何一件家用电器的系统管理控制和漏电保护，大到路边随处可见的变压器、通信网络控制及信号接收设备，无处不见智能电机控制和保护装置。在当今社会城市公共服务建设如火如荼之际，放眼城市各处，遍地都是塔吊林立，大型施工设备经常可见。自第一次工业革命以来，就逐渐掀起了机器设备带动人力劳动的一页，发展到今天，机器设备也不再需要过多人去机械的控制，已经可以走向智能化，而越来越多的研究人员和电机设备生产厂家也都开始瞄准了更高的科研要求。

3、智能控制在电机控制系统的应用

智能控制目的是控制那些難以建模的复杂过程或对象。在以电机为控制对象的交直流传动系统中，虽然直流电机数学模型很简单，交流电机经前面研究过的矢量变换也可等效为直流电机模型，同时也有比较成熟的控制方案。同时，为了进行有效的软件开发，集散控制结构对传感器的编程控制提出了新的要求。传感器配置的形式和范围大小随传感器系统的复杂性及功能的不同而变化。在制成的多传感器系统里包含基本传感器和信号处理两大部分。

虽然智能控制在电机控制系统中得到了广泛应用。但是作为技术人员，必须清醒地意识到，交流电机各种控制方法中大多要涉及定、转子电阻和电感，这些物理数值随温度、频率等变化产生变化将使控制指标达不到最佳状态，严重的还会失去高性能控制的价值。负载转动的惯量数值在某些应用中还会随施工情况产生细微改变，加上非线性因素的影响，尽管解耦控制可以将电机参量调整为完全独立的通道，但是由于拖动系统含有弹性耦合及间隙等非线性因素，使系统的鲁棒性变差，如果把智能控制与P1调节、矢量控制、直接转矩控制等方法相结合，将可获得更加优良的传动性能。在布局上应采用多环控制结构，依靠智能控制环决定系统的最终控制性能。

在电机控制中应用时，首先应根据先验系统确立模糊变量和模型集；其次要确立模糊规则和模型推理的操作算子。与这种控制方法相适应的小型生成方法主要侧重于空间电压矢量SPWM方法。在控制中要针对低速特性和电机参数特性采取相应的专家系统或在线状态观测。这样做的效果表明，它不但适应于一般变频调速特性和电机参数特性，更适应于伺服控制和机器人控制。

参考文献：

[1]王成元,夏加宽,孙宜标.现代电机控制技术[M].机械工业出版社,2009

[2]王伟.智能电动机控制器保护及其应用[J].上海电力学院学报,2011(06):66-67

[3]王江涛,刘海琴.新型永磁同步电动机无传感器智能控制系统[J].微特电机,2010(08):28-30

电机保护技术分析 篇10

1 事故概况

2010年3月21日,金冠电厂#1、#2机组满负荷运行(135 MW),在19时51分,#2机组突然跳闸,62A、62B段失压,厂用电快切装置未动作,运行人员手动抢合备用电源成功,集控室DCS上光字牌首出“低真空保护停机”,电气系统的光字牌显示“热工保护”,“62A段电压互感器(PT)直流回路断线”,“62B段PT直流回路断线”,“#2高厂变A分支速断动作”,“发电机励磁系统故障”。19时53分,#1机组跳闸,厂用电快切成功,光字牌首出“低真空保护停机”。就地检查发现#2机6 kV母线上所带电动机大多已跳闸,保护动作信息为“负序定时限保护”动作;#2炉A排粉机电机接线盒处冒烟,有明显焦糊味,接线盒金属盖有烧融现象。

2 6 kV系统接线及保护配置

2台机组共设2台高压厂用变压器和4段6 kV工作段,每台机组设两段6 kV工作母线,分别由对应的1台高压厂用变压器(以下简称高厂变)供电,变比为15.75/6.3。电源接于发电机出口主变低压侧,其低压出线分2路(即A分支、B分支)经电缆、开关分别接于两个6 k V工作母线段。

2台机组设1段6 kV备用母线,由1台高压启动或备用变压器(以下简称启备变)供电,变比为110/6.3,为6 kV工作母线段提供备用电源,其电源接至110 kV母线,厂用电一次系统图如图1所示。正常时#2启备变充电运行,6 kV各工作段的备用电源开关正常时处于热备用状态,厂用电快切装置采用并联自动切换方式。

2台高厂变低压出线A、B分支保护配置如下:分支电缆差动保护、分支速断过流保护和复合电压过流保护。6 kV母线上电动机的保护配置如下:正序电流速断、负序定时限、负序反时限、零序电流保护、低电压保护、堵转保护、过热保护。6 kV厂用电系统保护配置如图2所示。

3 试验检查情况

1)事故后对#2炉A排粉机电机进行检查,发现电机接线盒内短路烧毁严重,定子绕组引线与电缆接头A、B相烧断,接头为绝缘塑料带缠绕包扎,且未在绝缘板上固定,运行中的振动使电机引线接头长期与接线盒金属盖磨擦,导致绝缘破损引起相间短路。

2)该电机综合保护装置为MMPR-10H2型微机电动机保护装置,短路时未动作,检查动作记录中只有“过热告警”信号,无其他出口信息。检查保护定值正确,装置接线、CT极性正确,在CT二次侧加定值电流校验保护出口正确,重复试验3次无异常。判断保护装置接线正确,动作正常。

3)对#2炉A排粉机电机开关柜内CT进行了伏安特性试验,为便于比较,对正常的#2炉B排粉机电机开关柜内CT也做了相同试验。A、B排粉机电机CT均为LZZBJ12-10型,10P20,变比100/5,CT保护绕组的伏安特性数据见表1,伏安特性曲线如图3所示。试验接线为一次开路、二次加电压,测量励磁电流。从图中曲线对比可见,A排粉机开关保护CT的伏安特性曲线比正常保护CT(B排粉机工作正常)要低1倍多,说明该保护CT饱和特性太差。

注:C相结果类似,此处略。

4)事故发生时,#2机组“热工保护”动作于机组全停,6 kV厂用电62B段上工作电源开关(62B2)跳闸后,该段厂用电快切装置本应快速启动合上备用电源开关(62B备),实际却未动作,致使该段母线失压,延误了事故处理时机,对该段快切装置应动但未动的原因进行相关检查并做试验如下:6 kV厂用电快切使用的是PZH-1型微机厂用电快速切换装置,装置定值正确,出口压板投退正确,外部接线正常,装置上无保护闭锁报警、无切换记录;做装置切换试验,模拟事故下状态,人为拉掉工作电源开关,发现备用电源切换正常。进一步查DCS(分散控制系统)事故追忆,发现2010年3月21日19:51:20,即短路发生瞬间,6 kV母线A、B段快切装置均发“PT断线报警”、“等待复归”信号,装置在6 kV母线PT低压侧一相或两相电压低于10%Un(额定值)时,会判定为母线电压互感器电压回路断线,发出“断线报警”信号,母线断线报警信号存在时,装置不会自行启动切换。综上所述,62B段工作电源跳闸后,快切装置未自动合上备用电源开关的原因为:两相金属性短路引起6 kV母线A、B相电压低于“断线报警”信号定值,装置在此信号存在期间闭锁了备用电源的切换。

5)检查#2机组62A段、62B段上电动机微机综合保护动作记录,在事故发生时刻均为“负序定时限”保护动作,延时0.5 s(“负序定时限”保护整定延时为0.5 s)跳闸。

6)#2炉A排粉机电机接线盒内短路,其开关CT饱和,保护装置拒动,查阅保护动作记录也无“低电压跳闸”等出口信息,电机开关是怎样跳闸的呢?经查阅DCS事故追忆记录:短路发生后6 kV母线失电,锅炉MFT大联锁动作跳掉#2炉A排粉机电机开关。

4 事故分析及试验结果分析

4.1 事故分析

通过试验、检查,结合故障录波、事故追忆、DCS历史曲线、保护和自动装置的动作记录,对此次事故过程分析如下:2010年3月21日19:51分左右,#2炉A排粉机电机接线盒处A、B相由于绝缘包扎处磨破发生金属性短路,电机综合保护因CT饱和拒动,引起#2高厂变A分支速断保护动作,延时1.5 s出口跳闸,62A段失压,该段快切被速断保护闭锁。在短路发生后#2高厂变A分支速断延时1.5 s跳闸之前,2段6 k V母线上的电动机负序定时限保护均已启动,其延时0.5 s远小于厂变A分支速断延时1.5 s,先于分支速断跳闸。2台循环水泵电机跳闸后,引起#2机组“凝汽器真空低”保护出口,“热工保护”动作停机,发变组出口开关跳闸,主汽门关闭。

#1机组由于仅1台循环水泵运行,且#1、#2机组循环水进水母管联络门为全开状态,#1机凝汽器真空立即下降,引起#1机组“凝汽器真空低”保护出口,热工保护动作跳掉#1发变组出口开关,#1机组跳闸。

4.2 试验结果分析

此次发生在6 kV母线附近1台电动机接线上的两相短路,电机CT饱和引起保护拒动,造成事故扩大发展到2台机组跳闸,CT饱和是主要原因。为什么严格按照设计规程选型的电流互感器会出现饱和呢?

CT的额定准确限值系数KSSCN(如通常的10P20中的20)的概念是:参考文献[1-2]保护用电流互感器在额定频率、额定负荷和额定功率因数条件下,能满足复合误差要求的最大对称一次电流有效值IPSC(即额定准确限值一次电流)与额定一次电流IN之比,即:KSSCN=IPSC/IN。

当二次回路所带负载为额定负载SN,并且一次电流达额定电流的额定准确限值系数KSSCN倍时,CT铁芯处于极限饱和边缘,此时的二次回路极限电势E0等于回路极限电压降U0,即:

式中,ZN为额定二次负载阻抗;Z为CT内部阻抗;I2N为CT二次额定电流。

显然,CT的二次回路极限电势越高,则饱和特性越好,对避免二次电流的失真越有利。对于确定的CT来说,回路极限电势E0是个常数,但实际准确限值电流倍数KX却按反比规律随实际的二次回路阻抗ZX+Z变化,即:

伏安特性曲线中的拐点电压U拐的概念就是二次回路极限电压降U0,则实际准确限值电流倍数KX为:

从图3中看出A排粉机电机保护CT的拐点电压(1 A时对应的电压)U拐约21 V,假设二次回路阻抗ZX+Z为1Ω,则实际准确限值电流系数KX为4.2。即短路电流为4.2倍额定电流420 A的情况下,CT处于饱和的边缘。

从#2发变组保护屏故障录波及工控机历史记录来看:短路后,短路电流峰高值达15 000 A,而A排粉机电机CT变比100/5,其实际准确限值电流系数KX只有4.2,而短路电流是其额定电流的150倍,CT极度饱和,二次侧只能输出非常窄的尖顶波,间断的尖顶波在一个周期内的电流有效值很小,以致该电机保护装置拒动。

5 问题及整改措施

5.1 6 kV馈线出口短路电流特别大而CT变比过小的矛盾

实际厂用系统中各馈线出口短路电流特别大,而按负荷电流选择的CT变比过小,以致当厂用母线近区短路时CT极度饱和,保护拒动引起越级跳闸,使事故影响扩大(国内已多次发生高、低压厂用系统出口短路时因CT严重饱和,造成保护拒动的实例)。如此次6 kV电机电缆在接线盒处金属性短路,短路电流高达15 kA,而开关CT变比100/5,额定准确限值系数为20,短路电流倍数高达150倍,这使保护很难正确动作。

保护用CT无论电压等级高低,更换后必须做伏安特性试验。用伏安特性曲线上的拐点电压U拐除以5 A与额定二次阻抗的乘积所得的商与标称准确限值电流倍数相比较,是考核保护级CT抗饱和性能的直观方法。前者大则抗饱和特性符合要求,否则不合要求。用二次额定容量来表达这种考核方法更为方便,即:

式中KSSCN为额定准确限值电流系数;S为CT额定容量,单位为VA;U拐为伏安特性的拐点电压,一般为0.5 A或1 A时的电压,单位为V;I2N为CT二次额定电流,单位为A。

如实际二次回路阻抗与额定允许阻抗相差较大时,则实际的准确限值电流倍数KX与标称值不一样,KX计算方法见式(3),其值应大于实际一次线路可能出现的短路电流倍数,否则应采取以下措施加以改善,以保证在各种短路情况下,保护装置的可靠动作参考文献[3]。

1)保护用电流互感器,尽可能选用较大的变比、较大的额定准确限值倍数、较大的容量。

2)在标称准确限值电流倍数难以提高的前提下,为提高实际的准确限值电流倍数,应最大程度地减小CT二次负载,如增大二次回路电缆截面,缩短保护装置与CT的安装距离等。

金冠电厂对此次拒动排粉机开关保护CT进行了更换,变比由原100/5更换为300/5,彻底解决了保护拒动的隐患。

5.2 6 kV电动机“负序定时限”保护躲不过母线两相短路故障切除时间的问题

此次发生在一段6 kV母线所带电机电缆上的两相短路,其保护拒动却引起两段母线上大多数高压电动机跳闸,造成机组跳闸。电动机“负序定时限”保护先于高厂变分支电流速断动作是主要原因。高厂变分支电流速断保护因需要与母线上出线开关速断保护配合,其动作延时一般设定为1～1.5 s,而目前电动机“负序定时限”保护动作时限一般整定为0.5 s,为使其在母线及近区两相短路时不误动,势必要延长动作时限以躲过故障切除时间,会对电动机带来不利影响吗?

电动机中产生负序电流一般有两个原因:(1)电机自身的参数不对称。(2)所接电网参数不对称,电网不对称故障产生的负序电压在电动机中引起的负序电流随故障点的不同有很大不同。对于单元机组,当不对称短路发生在主变高压侧以外或发电机出口附近时,由于发变组保护会快速切除故障,对电动机不会造成较大危害;在电动机所在高压母线上或母线近区其它电机线路上发生两相短路时,在非故障的电机回路中会产生较大的负序电流,计算如下:设AB两相短路,短路点在母线上,忽略系统阻抗的影响,此时母线处各相电压为:Uc=E1,由对称分量法,求得此时的负序电压为:式中E1为系统电势,可认为E1=UN,且由于Z2=Zsc,因此在电动机回路产生的负序电流为:

式中Z2为电动机的负序阻抗、Zsc为电动机的短路阻抗、Ist为电动机的启动电流,由此可见,发生在电动机所在高压母线或附近的两相短路,流入非故障电机的负序电流接近正常启动电流Ist的一半。

延长电动机“负序定时限保护”动作时限后,如出现前述故障电机保护拒动,其上一级高压母线分支速断保护会以一定时限(1～1.5 s)动作切除故障,对电动机带来的影响是否在允许范围内呢?参考文献[4]电动机的(为以额定电流为基准的负序电流标么值;为电动机暂态耐负序电流能力)短时允许值尚无标准,保守的观点采用时继电器动作,在本次事故中两相短路状态下,电动机的负序电流约为正常启动电流的一半,即:I2=0.5×6In=3In,代入上式得:时保护动作即可;从负序电流对电动机的作用来说,系统负序电流不会在电机中引起高次谐波,由于转子对称,只产生负序转矩,使电机定子和转子电流增大。综上所述,高压母线上或母线近区其它电机线路上发生两相短路时,母线分支速断保护以1～1.5 s的延时动作切除故障,不会对电机产生较大危害。

因此,发生这种两相短路故障时,既然负序电流存在的时间不会对非故障电机产生较大危害,就不希望非故障的电机负序过流保护动作跳闸,以便电源自投后或故障支路切除后,正常的电动机能够自启动,保证机组继续运行,以减少事故影响造成的损失。如果因为高压母线上一个电动机回路故障而其它所有电动机都跳闸的话,保护就失去了选择性。因此,6 kV电动机的负序电流保护,动作时限应能躲过外部厂用电系统不对称短路的切除时间。

在电动机微机保护中,相间故障有差动、速断保护作为主保护快速动作,而对于断相故障,电流速断按躲过电动机的启动电流整定,断线时启动电流只有正常启动电流的0.866倍,所以不会动作,反时限过电流保护对电动机的严重过负荷状态有较好的保护性能,各个厂家以不同的保护算法来躲过电动机的启动过程,断线情况下启动时不会动作,电动机轻载运行中如果发生一相断线,其电流是电机正常空载电流的倍,此时也不会动作。所以,电动机在单相断线时其它保护均不会启动,而负序过流保护对这类断线故障反应比较灵敏,因此,电动机的负序过流保护实际上应是断相(线)等不对称故障的主保护,主要负责对电动机的本体发生的各种断相(线)、匝间及不对称故障进行保护,其动作时限满足电动机的短时允许值即可,不必考虑与其它保护的时限配合。

结合上述分析,参考文献[5]动作时间的整定应为:T2.OP=Top.max+Δt,其中,Top.max为切除区外高压厂用系统短路保护的最长动作时间;Δt为时间级差,取0.4 s,即负序定时限保护动作时间应躲过区外两相短路时电动机的反馈负序电流,并应与切除区外短路最长时间配合。这里取T2.OP=2 s,将6 k V母线上所有电动机负序定时限保护动作时间由原0.5 s改为2 s,以躲开母线及近区两相短路时分支速断动作时间。

6 结语

1)对继电保护和安全自动装置所使用的CT,除按设计规程严格选型外,在更换后及机组大修时,必须做伏安特性试验,得出拐点电压,用拐点电压计算出CT的实际准确限值系数,此系数大于CT铭牌上标注的额定准确限值系数时,CT饱和特性才符合要求,否则应采取措施加以改善。

2)火电机组6 kV电动机负序定时限保护普遍存在动作时限整定较小,在母线及母线近区两相短路时误动、使事故影响扩大的问题。应从保护机组安全运行的角度出发,根据电动机不对称故障时短时允许值,合理整定动作时限,使其躲过母线及近区两相短路时故障切除时间,以解决此种情况下的保护误动问题,进而提高机组安全运行水平。

参考文献

[1]国家电力调度通信中心.电力系统继电保护规定汇编[G].2版.北京:中国电力出版社,2000.

[2]GB/T14285-2006继电保护和安全自动装置技术规程[S].北京:中国国家标准化管理委员会,2006.

[3]DL/T5222-2005导体和电器选择设计技术规定[S].北京:中国电力出版社,2005.

[4]王维俭.电气主设备继电保护原理与应用[M].2版.北京:中国电力出版社,2005.