终稿电动机继电保护若干问题研究Word格式.docx
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1绪论1
1.1课题的背景及意义1
1.2国内外发展现状1
1.2.1国外电动机继电保护发展现状1
1.2.2我国电动机继电保护发展现状2
1.3本文的主要内容2
2电动机继电保护概况3
2.1电动机保护的故障类型及保护方式3
2.1.1故障类型3
2.1.2保护方式3
2.2电动机保护的配置情况3
2.3电动机继电保护中存在的问题4
3电流速断保护的研究6
3.1概述简述该种保护的基本原理和整定原则。
6
3.1.1基本原理6
3.1.2整定原则6
3.2电流速断保护存在的问题8
3.3改进对策9
4低电压保护的研究10
4.1概述10
4.1.1基本原理10
4.2低电压保护存在的问题12
4.3改进对策12
5结论13
5.1关于电动机继电保护的运维管理13
5.2关于电流速断保护、低电压保护的技术因素13
5.3关于电动机继电保护部分的管理措施13
5.4关于电动机继电保护的发展趋势13
参考文献15
1绪论
1.1课题的背景及意义
继电保护的主要任务是自动、迅速地将故障元件从系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，保证其它部分迅速恢复运行。
继电保护对电力系统的安全运行具有重要意义。
继电保护是大型电动机是电力系统等重要主产过程的关键辅助设备，由于保护技术落后，其烧损情况严重，对安全生产有着至关重要的影响。
据不完全统计，我国每年由于电动机过载、不平衡、短路、缺相、接地等故障引起严重损坏的恶性事故达数百起，直接经济损失上亿元。
电动机内部故障的诊断与检测是实现电动机有效保护的关键问题，同时研究与开发一种性能优良的电动机智能保护装置将具有现实的意义。
1.2国内外发展现状
1.2.1国外电动机继电保护发展现状
第一代是以传统的机电式继电器为主，包括：
熔断器、热继电器、电动机保护用自动开关及双金属片式温度继电器等。
第二代是采用电子元件和中小规模集成电路的电子式电动机保护器。
它包括电子式电动机综合保护器及电子式温度继电器等等。
电子式电动机保护装置是随着电子技术的迅速发展应运而生。
第三代是采用微处理器的智能型电动机保护器[1]。
进入80年代以来，微电子技术的发展和应用对电动机保护在原理上的概念更新、装置上的结构变革、性能上的完善、功能上的扩展等方面起着强大的推动作用。
微处理器技术进入电动机保护领域后，使基于微处理器的电动机保护装置具有了优异的保护特性、完善的功能扩展和智能化的监视与控制。
进入20世纪90年代以来，由于微机通讯技术和网络技术的发展，国外一些公司又提出了兼有监控、保护功能的智能化保护器。
它能与中央控制系统进行双向通讯，形成监控、保护与信息网络；
也能监视电动机各种运行参数，不但能测量当前数据，并能对过去的运行参数及故障情况做出统计，帮助操作人员做出决策定以减少线路和设备的停机和维修时间。
大大提高了整个系统的可靠性。
1.2.2我国电动机继电保护发展现状
自电动机出现以来，电动机保护经历了从以熔断器、接触器和热继电器构成的组合保护到微机式保护的发展历程。
随着现代电子工业的发展，一批新颖的电子模拟式多功能保护应用而生。
我国低压电动机保护是电子式保护是由晶体管型发展至集成电路型，其功能的设置基本满足的要求，如过载保护、短路保护、断相保护和接地保护等，其原理大都是抽取三相电流经电压电流变换器取出电压信号，经整流滤波送至监幅电路。
此种保护原理是实现一般保护的最简单方式，但由于其判据不清，动作特性与电动机热曲线不协调及选用材料不当等原因造成拒动或误动，给运行人员带来了很大麻烦。
况且，严重的会烧毁电动机。
近年来，出现了以电流幅值、零序电流和负序电流等做为判据的保护方式。
在新形势下，对电动机的保护装置提出了具有测试、自控、故障诊断、受控、智能化自处理和联网等的要求。
1.3本文的主要内容
本文研究的是电动机继电保护中存在的若干问题。
全文共分为五章，各章内容简介如下：
第一章绪论，简述课题的背景和意义、论题的国内外发展现状，介绍论文的主要内容；
第二章电动机继电保护的概述，对电动机的故障类型和保护方式、继电保护的配置情况和继电保护中存在的主要问题等内容作一个概括但是完整的阐述。
第三章电动机电流速断保护的研究，对电流速断保护的工作原理进行了解析，对电流速断保护存在的问题、解决问题的思路和在运维管理中要改进的方法，形成了有价值的技术资料。
第四章电动机低电压保护的研究，对低电压保护的工作原理进行了解析，对低电压保护存在的问题、解决问题的思路和在运维管理中要改进的方法，形成了有价值的技术资料。
第五章结论，本文最后对全文进行总结，并指出了研究课题的未来发展方向。
2电动机继电保护概况
2.1电动机保护的故障类型及保护方式
2.1.1故障类型
电动机的故障及不正常工作状态的类型：
电动机内部常见的故障是：
（1）定子绕组相间短路。
（2）定子绕组单相接地。
（3）定子绕组匝间短路。
电动机常见的不正常工作状态是：
（1）过负荷。
（2）电压消失或降低。
（3）同步电动机的异步状态。
2.1.2保护方式
（1）相间短路装设过电流保护和纵差保护[2]。
对1000V电压以下的电动机，容量大的使用自动空气开关，设专用保护或利用其脱扣器保护；
容量小的用熔断器保护。
（2）为防止过负荷，装设过电流保护和热力保护。
（3）为防止单相接地装设零序电流保护。
（4）欠电压保护。
（5）同步电动机的失步保护。
2.2电动机保护的配置情况
分析并介绍所研究对象（如电力变压器、发电厂、配电系统等）继电保护配置情况。
相间短路会引起电动机的严重损坏，并造成供电网络电压的严重降低和破坏其他用电设备的正常工作。
因此，电动机应配置相间短路的保护装置，以便尽快地断开故障电动机。
单相接地时对电动机的危害性取决于供电网络中性点接地方式。
在380/220V三相四线制电网中，电源变压器中性点通常是接地的，这时单相接地故障可由保护相间故障的三相式保护装置来切除。
对3－10KV供电网络，一般均为不接地系统，因此单相接地时，只有全网络的电容电流流过故障点。
当接地电容电流大于5A时，在2000KW及以上的电动机上应配置接地保护；
当接地电容电流大于10A时，在高压电动机上应配置接地保护，保护可以动作于跳闸。
电动机的不正常工作状态主要是过负荷运行，引起过负荷的原因是：
（1）电动机所带机械部分的过负荷。
（2）供电网络的电压或频率降低。
（3）熔断器一相熔断造成两相运行。
（4）延续时间很长起动和自起动等。
长时间的过负荷运行，将使电动机温升超过允许值，从而造成绝缘老化，甚至将电动机烧毁。
通常使用的电动机大部分都是中小型的，因此它们的保护装置应力求简单、可靠。
一般在低压、小容量电动机上广泛采用熔断器及自动空气开关的过流脱扣器作为相间短路保护，磁力起动器中的热继电在及自动空气开关中的热脱扣作为过负荷保护。
对容量较大的电动机才考虑装设专用的保护装置。
从一般电动机继电保护角度看，应该配有一下保护装置：
（1）低电压保护。
（2）电流速断保护。
（3）差动保护。
（4）单相接地保护。
（5）电动机速断保护。
（6）过负荷保护。
2.3电动机继电保护中存在的问题
在电动机继电保护保证安全中，电流变化引起速断保护占比例多少没有试验过，但是在日常工作工作经验能证明：
电流速断保护是实现电动机继电保护保证安全的主角之一。
电流速断保护采用电流速断保护作为电动机相间故障的主要保护，为了保证在电动机本体以及电动机与断路器联接回路引线上发生故障时，保护装置均能动作，应尽可能将电流互感器安装在靠近断路器侧。
在小电流接地系统中，应采用电流回路两相式接线方式，当灵敏度能满足要求时，可以采用两相差电流接线方式。
在保护应用中，目前在数量上讲应用最广泛的是采用GL型感应式过电流继电器，因为它具有能速动动作跳闸亦具备动作时间随电流变化的工作特性。
当然采用静态型保护继电器或微机保护继电器，同样也是利用它们的反时限特性，其瞬时元件作用于跳闸，作为电动机的相间故障的快速保护。
反时限元件部分可作用于电动机过负荷保护与过电流保护，也可作用于跳闸以及减负荷或信号之类。
因此，在电动机继电保护存在的主要问题中，对电流速断保护问题给予特别的重视，是完全必要的。
3电流速断保护的研究
3.1.1基本原理
电流速断保护按被保护设备的短路电流整定，当短路电流超过整定值时，侧保护装置动作，断路器跳闸，电流速断保护一般没有时限，不能保护线路全长（为避免失去选择性），即存在保护的死区.为克服此缺陷，常采用略带时限的电流速断保护以保护线路全长.时限速断的保护范围不仅包括线路全长，而深入到相邻线路的无时限保护的一部分[3]，其动作时限比相邻线路的无时限保护大一个级差。
3.1.2整定原则
电流速断保护仍按躲过电动机启动电流的原则整定。
但是，由于综合保护的电流速断是通过测量电动机的正序电流实现的，故定值计算及灵敏系数的校验方法与常规保护不同。
其方法如下：
a．启动值I1．DZ
I1．DZ=
KKIst（3.1）
式中I1．DZ为正序电流保护整定值；
KK为可靠系数，取1.3；
Ist为电动机启动电流。
b．动作时间t1
对于采用断路器控制的电动机，选择瞬时动作，即t1＝0；
对于F－C控制的电动机，由于短路故障由熔断器切除，而非接触器切除，应整定带一定的延时，一般取t1＝0.3S。
c．灵敏度校验
根据规程规定，电动机的电流速断保护应保证在最小运行方式下，保护安装处两相短路时的灵敏系数大于2。
由于本保护单元是通过测量正序电流实现的，当发生两相短路时，所测得的正序电流为：
=
/
（3.2）
已知同一地点两相短路电流与三相短路电流的关系为：
/2（3.3）
因此，将式（7）代入式（6）得出两相短路时流入继电器的正序电流与三相短路电流的关系为：
/2（3.4）
式中
为最小运行方式下，保护安装处两相短路时的正序电流；
为最小运行方式下，保护安装处两相短路电流；
为最小运行方式下，保护安装处三相短路电流。
因此，为保证电动机启动过程中，发生两相短路时有足够的灵敏度，灵敏度应按下式进行校验：
KLM=
/（2I1.ZD）=
/（4I1.ZD）>
2（3.5）
3.2.2 负序电流保护
根据以上分析，负序电流保护的启动值整定原则是：
a．躲过CT二次回路断线
已知CT二次回路断线时，相当于在继电器中产生了一个0.577倍电动机负荷电流的负序电流，故启动值应为：
I2．ZD≥KK×
0.577IN（3.6）
b．在正常运行时电动机发生断相有足够的灵敏度
已知电动机正常运行时发生断相，将产生电动机负荷电流约90％的负序电流，因此，为保证断相时负序保护可靠动作，负序电流保护启动值应为：
I2．ZD≤0.9IN／KLM（3.7）
综合式（10）和（11），负序电流启动值的整定范围为：
0.577KKIN≤I2.ZD≤0．9IN／KLM（3.8）
式中：
I2．ZD为负序电流保护整定值；
IN为电动机额定电流；
KK为可靠系数，取1.15；
KLM为灵敏系数，取1.1。
通常负序电流保护整定为0.8IN即可。
c．动作时间τ2
负序电流保护的反时限特性如下：
t=∞I2<
I2．ZD
t=τ2/I2.eqI2≥I2．ZD（3.9）
I2．eq为流入继电器的负序电流与负序电流启动值之比，即：
I2.eq＝I2／I2.ZD；
τ2为流入继电器的负序电流I2为整定值I2.ZD时的动作时间。
由于负序电流保护的动作时间t必须躲过外部两相短路时后备保护的动作时间，设所在母线后备保护的动作时间为t′，由式
（2）和式（13），τ2可整定为：
τ2＝Ist（t′＋Δt）／（2I2.ZD）（3.10）
式中Δt为时间级差，取0.5S。
应注意的是，有一些型号的综合保护装置的负序电流保护单元的反时限特性已由厂家固定，不能随意整定。
对于此类保护装置应根据厂家提供的反时限特性曲线进行校验，当不能满足选择性要求时，按以下原则进行处理：
对于不要求自启动的电动机（如磨煤电动机），由于在后备保护动作出口前已由母线低电压保护动作（动作时间为0.5S）跳闸，因此可按t′＝0.5S重新进行校验；
对于要求自启动的电动机及按t′＝0.5S重新校验仍不满足选择性要求的电动机，则宜将负序保护单元退出。
微机型电动机综合保护装置已越来越得到普遍应用，其定值整定是否合理，直接影响到装置的应用效果和被保护对象的安全运行，需要用户在使用时认真仔细考虑，尤其是负序电流保护，运行启动过程中误跳情况较多，笔者不赞同采取启动时将负序电流保护退出的简单办法，若能如本章文中所述，合理整定保护动作值，是能够处理好这些问题的。
3.2电流速断保护存在的问题
电动机内部发生金属多相短路时，理论上说电流幅值会趋向于无穷大，电流速断保护就是利用这一特征快速启动继电器，使故障电动机从电网中退出来。
由于电动机起动电流大小悬殊，因此，能够把短路电流和起动电流有效区分开来就成为电流速断保护继电器选择的关键。
现在通常采用DL电磁型电流继电器和GL感应型电流继电器。
使用DL型电流继电器构成速断保护时，当短路电流达到继电器的整定值后，继电器的动作时间与电流大小无关，因而切断故障速度快、灵敏度高，但不容易躲开电动机起动时的电流，往往在电动机过负荷或者起动时造成误动作。
感应型继电器构成速断保护时，动作时间与短路电流大小成反比，因而称为反时限继电器。
这种继电器具有瞬时动作元件作用于跳闸，延时动作元件作用于信号或跳闸，其动作可靠性好，能够较好地躲避起动电流和过负荷电流，并且能够把速断保护和过负荷保护结合在一块，大大简化了保护接线。
但它也存在两相短路故障时动作时间较慢、调试较复杂、动作特性也不如前者稳定等缺点。
3.3改进对策
无论采用何种继电器构成电流速断保护，其整定的原则都是要躲开电动机起动时的起动电流和瞬间过负荷。
一是电动机是否容易过负荷，容易过负荷的取大值；
反之，则取小值。
二是电动机与继电器电流测量元件的电气距离。
我们知道，电动机发生金属对称性短路时，在电网电压不变的情况下，其电流衰减的幅值和时间取决于短路点与电流测量元件之间的阻抗。
阻抗大时，衰减的幅值和时间就快；
反之，就慢。
而阻抗之大小与电动机连接电缆的长度、截面和材料等因素有关。
因此，对于重要的电动机，需要进行短路电流计算以确定可靠系数。
一般情况下，电动机连接电缆较长时取小值；
反之，则取大值。
电动机在起动瞬间，转子是静止的，反电势尚未建立，形如堵转，相当于电动机短路。
转子转动以后，电动机的反电势随转子的加速而上升，起动电流逐渐接近额定值。
因此，起动电流的大小与电动机起动转矩有关。
一般而言，空载或电动机直径较大时，倍率取小值；
在选择保护继电器时，对于空载起动和不易遭受过负荷的电动机宜采用DL型继电器，对于带载起动或者易遭受过负荷的电动机宜采用GL型继电器。
4低电压保护的研究
4.1概述
4.1.1基本原理
电动机的低电压保护是当电动机的端电压降低到某一值时，将其从电网中自动脱离的一种保护装置，以保证重要电动机的自起动，因此低电压保护应满足以下几条基本要求[4]：
（1）当电压互感器一次侧一相及两相断线或二次侧各相断线时，保护装置不应误动作，并发出断线信号，但在电压断线期间，恰好母线失去电压或电压下降到整定值时，保护装置仍应正确动作。
（2）当电压互感器一次侧隔离开关因误拉断开时，保护装置不应误动作，但必须发出信号。
0.5S和10S各个不同时间段的低电压保护的动作电压分别给予整定。
根据上述的要求可配置3－6KV电动机低电压保护，接线如图4-1所示。
图4-1电动机低电压保护接线图
图中电压继电器KV1、KV2及KV3作为次要电动机低电压保护0.5S跳闸之用，并兼作断线信号。
电压继电器KV4作为重要电动机低电压保护9S跳闸之用。
当电压消失或对称地下降至整定值以下时，KV1－KV3均动作，其动断触点动作（闭合）、动闭触点打开，通过中间继电器KM1的动断触点起动时间继电器KTM1，经0.5S延时跳开不重要的电动机。
若电压继续保持下降或消失的状态，KV4也动作，其触点起动时间继电器KTM2，经4－9S的延时跳开不允许自起动不能自起动的重要电动机。
当电压互感器一次侧一相断线或二次侧一相断线时，在KV1－KV3中相应的低电压继电器动作，但总有一个低电压继电器处于额定相电压的作用下，保持励磁状态，从而起动中间继电器KM1，发出电压回路断线信号，与此同时，KM1的动断触点打开，断开KM1、KM2起动回路，防止因电压回路断线而误将电动机跳闸。
4.1.2整定原则
低电压保护整定的要求为：
（1）低电压继电器KV4的动作电压一般取0.4－0.5倍的额定电压。
（2）低电压继电器KV1－KV3的动作电压应考虑在次要电动机被切除后，能保证重要电动机的自起动，一般取0.6－0.7倍的额定电压。
综上所述，电动机有众多类型的保护，但具体的保护配置应根据电动机不同的容量、要求等进行考虑。
现将3－10KV电动机保护的配置一般情况列于下表4-1给予参考。
表4-110KV电动机的保护装设
电动机容量（KW）
电流速断保护
差动保护
过负荷保护
单相接地保护
低电压保护
防止非同步冲击保护
异步＜2000
装设
电流速断保护不能满足要求时装设
生产过程中容易发生过负荷或起动自起动条件恶劣时应装设
单相接地电流＞5A时装设
异步≥2000
同步＜2000
同步≥2000
4.2低电压保护存在的问题
低电压保护的时限特性应由两部分组成，即定时限的基本时限与反时限。
为满足整定的不同要求，两部分时限应能分别调整。
以便于与其它保护和自动装置进行时限上的配合。
低电压保护装置应突破现有模式工矿企业变配电负荷以电动机居多，个别变配电所甚至达十几至几十台高压电动机，成组式低电压保护装置已满足不了现代工业生产的需要，必须进行改进。
建议结合新型的电动机保护装置，采取大中型电动机独设置低电压保护，以不同低电压值、不同的时限分别切机，这不论是对电动机本身还是对供电系统的稳定都是极为有利的。
时限特性国内运行的低电压保护均采用定时限特性，而故障时系统电压的变化并不是呈定时限特性曲线变化的。
对于具有不同过负载能力的电动机，不能依据母线电压的变化情况适时地切除电动机，显然是不合理的。
4.3改进对策
结合出现的问题，从现场实际应用中的原理改进等多方面问题进行讨论，并提出有效的解决方案。
低电压保护采用反时限特性在系统或相邻线路故障时[5]，母线电压情况决定低电压保护是否动作。
按此要求，即母线残压越低，切机越快；
残压越高，可适当延长切机时限。
BZT动作后，系统电压的恢复，仍遵循此原则。
故低电压保护的时限特性应是反时限特性。
这样，低电压保护可根据系统电压变化的速率结合不同的工况要求切除不同的电动机，同理，BZT动作后，依据系统所提供的自起动容量，也可以切除没故障段上的不重要电动机，以加速系统电压恢复，最大限度地保证系统电压变化后电动机组群的顺利自起动和稳定运行。
因此，低电压保护的时限特性取反时限特性才更符合实际情况。
5结论
5.1关于电动机继电保护的运维管理
综上所述可知：
在保证电动机继电保护的安全运行的工作中，对继电保护的正确动作率，运维方要承担主要的责任。
要认识和重视运维方在设备工程中的地位，运维方实际是产权方和使用方的代表，他有责任也有权利对设计方、制造方、施工方实施监督并提出严格的技术意见。
因此，要特别重视提高运维人员的技术水平和监督能力。
5.2关于电流速断保护、低电压保护的技术因素
电流速断保护的主要技术因素，从通常采用DL电磁型电流继电器和GL感应型电流继电器。
GL型电流继电器不能够把短路电流和起动电流有效区分开来就成为电流速断保护的弊病。
DL型电流继电器其动作可靠性好，能够较好地躲避起动电流和过负荷电流，并且能够把速断保护和过负荷保护结合在一块，大大简化了保护接线。
低电压保护的时限特性取反时限特性才更符合实际情况。
5.3关于电动机继电保护部分的管理措施
防范非电量继电保护误动的管理措施有两个方面。
首先是技术管理：
一定要选择配置和正确设置直流屏绝缘检测单元，充分发挥智能绝缘监视检测功能的威力。
其次是人员管理：
选人定岗，驾驭设备，软硬皆通，点检要害，定期摇测。
5.4关于电动机继电保护的发展趋势
电动机继电保护是发电、供电、用电系统的重要器件。
是跨行业、量大面广、节能效果显著的节能机电产品。
几乎渗透到所有用电领域；
是工业、农业和国防建设及人民生活正常生产和安全工作的重要保证，在国民经济和节能事业中有着不可替代的重要地位和作用。
未来势必向智能化保护发展。
参考文献
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[2]王维俭，电气主设备继电保护原理与应用.北京：
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[3]熊为群，陶然.继电保护自动装置及二次回路.第二版.北京：
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[4]李蔚.电气技能技术在工程设计中的应用.建筑电气，2006,25
（2）：
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[5]黄光儒.一重技术双月刊.2005年第5期：
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