【正文】 萬一出現(xiàn)這樣的故障，對電力系統(tǒng)的危害是很大的。飽和判別元件動作后，常規(guī)辦法是將保護(hù)閉鎖１００毫秒。而外部嚴(yán)重故障，ＣＴ深度飽和時，差動元件總要較啟動元件晚一定時間以等待差流出現(xiàn)，差動元件才動作。當(dāng)ＣＴ進(jìn)入深度飽和時，現(xiàn)在比較成功的解決方案是采用時差法。由公式（４－４８）可知，鐵芯的飽和與一次電流的頻率有關(guān)：當(dāng)變頻器輸出的電流頻率越低，鐵芯越容易飽和。的模糊區(qū)問題，本文將以Ｓ＝２為例討論島≥屯。具體說來，就是存在一個區(qū)間，當(dāng)工頻電流有效值，滿足i＞Ｉｏ時，采樣值差動能可靠動作：當(dāng)足Ｉ＜Ｉｏ時，采樣值差動保證不動作；但是當(dāng)Ｉｏ≤Ｉ≤Ｉｏ時，采樣值差動處于臨界狀態(tài)，保護(hù)可能動作也可能不動作，具體要根據(jù)工頻電流的相位而定。４．３．４采樣值差動保護(hù)動作模糊區(qū)的討論因為電流數(shù)據(jù)的采樣是離散化的，采樣初始時刻，也就是采樣點位置的不同會在一定的程度上影響保護(hù)的動作性能，如圖４－７所示，對于判據(jù)i＞Ｉｏ，同樣的電流?？紤]極端情況，當(dāng)過零點位于兩采樣值中點時，有可能使連續(xù)兩采樣點不滿足差動判據(jù)，故一般需?。摇荩樱病Ｒ虼嗽谶m當(dāng)?shù)牟蓸勇实幕A(chǔ)上過多地增加采樣率的效果是不大的。當(dāng)保持動作速度，同時提高采樣率和重復(fù)次數(shù)時，可以從重復(fù)次數(shù)的提高而使可靠程度有適度的提高。考慮臨界情況唬由式可得：即：２．模值和制動３．最大值制動綜上所述，要保證區(qū)外故障采樣值差動的制動特性優(yōu)于或等于常規(guī)相量差動，對于和差制動和最大值 ４章電動機(jī)變頻運行時保護(hù)及整定研究制動方式，Ｓ的選取應(yīng)滿足Ｓ＞０．２５Ｎ；對于模值和制動方式，Ｓ應(yīng)滿足Ｓ＞０．２７Ｎ。因此若要保證區(qū)外故障時采樣值差動保護(hù)制動性能等于或優(yōu)于相量差動，則必須有足夠的采樣點數(shù)的制動比滿足，如≤‰。設(shè)差動保護(hù)中兩側(cè)電流０、知的相位差為緲，區(qū)外故障時０、如幅值近似相等，綜合各種穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)因素，兩側(cè)相位最大變化范圍為１２００≤緲≤１８００，則０、知可分別表示為：它是隨時間（即鄉(xiāng)）或者說是隨采樣窗口（即采樣點）移動而變化的。下面本文針對具體的和差制動、模值和制動和最大值制動，分析Ｒ、Ｓ及Ｒ－Ｓ的選取原則。為了防止少量采樣點的制動不足，可以選用重復(fù)多次判斷的方法，具體說就是連續(xù)Ｒ次采樣判決中有Ｓ次及以上符合動作條件則判決輸出動作信號，即所謂的“Ｒ?。印痹瓌t。這就要采取措施使得在被保護(hù)設(shè)備無內(nèi)部短路情況時，保護(hù)的判決能避開制動效果差的點，而又不影響內(nèi)部短路時保護(hù)能正確動作。對每一個采樣點，它的采樣值制動特性的關(guān)系都不會一樣。但是對采樣值差動保護(hù)來說，采樣值是隨時間而周期變化的。從該表可以看出，與常規(guī)差動保護(hù)原理相比，采樣值差動保護(hù)有一個顯著的特點：不同點的制動效果不同。 以圖４石為例來分析采樣值差動保護(hù)的制動效果。近年來，采樣值差動保護(hù)原理逐漸在工程中得到實際應(yīng)用和推廣，現(xiàn)已陸續(xù)在母差保護(hù)，線路縱聯(lián)保護(hù)，變壓器保護(hù)中得到成功應(yīng)用。采樣值差動保護(hù)就是利用此采樣值電流之和（稱作采樣值差動電流）按動作判據(jù)構(gòu)成的【”】。對微機(jī)差動保護(hù)來說，當(dāng)各支路電流在同一時刻采樣時，所采得的是各支路電流在同一時刻的瞬時值，在被保護(hù)設(shè)備沒有橫向短路故障時，各采樣值之和為零。各支路正弦電路相量和為零是這一定理的推廣。根據(jù)基爾霍夫定律，流入一個節(jié)點的各支路電流之和為零。４．３．２采樣值差動保護(hù)原理根據(jù)常規(guī)相量差動保護(hù)由于頻率寬范圍變化而無法應(yīng)用這個原因，本文采用與頻率無關(guān)的采樣值差動保護(hù)作為需要配備差動保護(hù)的電動機(jī)的主保護(hù)。但這不符合繼電保護(hù)規(guī)程的規(guī)定，對于原本需要配置差動保護(hù)的高壓電動機(jī)來說是不夠的，因為電流速斷保護(hù)是針對嚴(yán)重故障的高整定值保護(hù)，靈敏度較低，不足以可靠保護(hù)高壓電動機(jī)，尤其是大容量高壓電動機(jī)的安全。要實現(xiàn)上述文中提出的保護(hù)方案，存在以下問題：１．該方案只適用于中性點具有分相引線的電動機(jī)，且需要安裝磁平衡式電流互感器，存在需對電機(jī)本體結(jié)構(gòu)改造的問題，現(xiàn)場實施存在一定困難；２．變頻器輸出側(cè)電流存在諧波分量，尤其在低頻段工作時，諧波分量更高，“完美無諧波”只是針對變頻器輸入側(cè)而言，輸出電流高次諧波分量對電機(jī)磁場有一定影響，電機(jī)運行中在磁路不對稱情況下引起漏磁通不一致，漏磁通不一致在ＣＴ內(nèi)將產(chǎn)生不平衡電流，影響了差動保護(hù)動作的準(zhǔn)確性。在電動機(jī)止常運行或外部短路時，各相始端和終端電流一進(jìn)一出，互感器一次安匝數(shù)零，二次側(cè)無電流輸出，保護(hù)不動作。具體接線見圖４．３、圖４＿４。目前常用的相量差動保護(hù)都是針對工作頻率為工頻附近設(shè)計的，保護(hù)廠家不能保證變頻運行時差動保護(hù)可以正確動作，因此許多電廠的電機(jī)在變頻運行時差動保護(hù)不得不退出運行。當(dāng)石很低時，為保持周波采樣點數(shù)Ⅳ不變，Ｚ也應(yīng)該很小，而截至頻率．，二在滿足采樣定理的條件下應(yīng)該小于采樣率的一半，低通濾波器的截止頻率就只能按低值時的基波頻率設(shè)計。根據(jù)采樣定理，低通濾波器的截止頻率．ｆ應(yīng)該小于采樣頻率．ｆ的一半才能防止混頻，即應(yīng)滿足Ｚ＞２Ｚ。分析如下：變頻器的輸出信號中包含很高的頻率成分，電動機(jī)差動保護(hù)只需要使用基波成分，為了不對微機(jī)保護(hù)的硬件系統(tǒng)提出過高的要求，可以對輸入信號先進(jìn)行模擬低通濾波，降低其最高頻率，從而可選擇較低的采樣頻率。這種方法需要實時測頻來調(diào)整采樣率，優(yōu)點是進(jìn)行離散傅立葉計算中每個采樣點的正、余弦系數(shù)是固定的，計算量較小。因為采樣率不變而頻率變化時，算出的每周波采樣點數(shù)Ⅳ很難是整數(shù)，必須先四舍五入取整，所以根據(jù)這個Ⅳ值算出的每個采樣點的傅立葉系數(shù)存在偏差，這樣算出的采樣電流相量值也存在偏差，對于保護(hù)性能是有影響的。（１）對運算速度要求很高。這種實現(xiàn)方法理論可行，但面臨以下問題：此時一個周波的采樣點數(shù)Ⅳ是隨頻率變化的，此時需要保護(hù)裝置實時檢測當(dāng)前頻率．廠，算出每周波的采樣點數(shù)Ⅳ，再算出當(dāng)前頻率下的余弦系數(shù)口。另外，國內(nèi)柏些廠家將電流速斷動作電流在電動機(jī)啟動過程和返行過程按不同的方式規(guī)定：在規(guī)定的啟動時問內(nèi)取高整定值，以躲開人的啟動電流：啟動結(jié)束后取低檔定值，此時只需考慮躲開止常運行時大的負(fù)荷Ｉｂ流，這樣既可以避開ｌｎ動機(jī)啟動開始瞬間的暫態(tài)峰值電流，又提高了電流遮斷保護(hù)在止常運行狀態(tài)下的靈敏度，目前金智科技的ＷＤＺ４００ＥＸ系列微機(jī)廠用電綜臺保護(hù)制控裝置凌伊的ＤＧＲ２３４２電動機(jī)綜合保護(hù)測控裝置均為采ｊＨ了速斷保護(hù)兩段式整定原理設(shè)計出來的產(chǎn)晶。ＨＩ系列變頻器Ｚ勵磁涌流較低．主要是岡為低壓預(yù)充電的設(shè)計。雖然功率單元中含有大容姑電弈，移相變月三器帶功率單元臺閘時，勵磁涌流將比空載投入時小，且移相變壓器采用的特殊結(jié)構(gòu)人人抑制了勵磁涌流。由此，當(dāng)變壓器低壓側(cè)出現(xiàn)短路時，可以小考慮其選擇性，直接將移相變壓器從高壓系統(tǒng)中切除。但是由于通常我們只知道電機(jī)的額定電流，所以考慮到變頻器本身的一定損耗，可以把電機(jī)的額定電流乘以系數(shù)來作為移相變壓器的額定電流，根據(jù)計算，通常取１．ｏｓＬ來作為移相變壓器的一次額定電流來進(jìn)行整定。廠用高壓輔機(jī)采用變頻器供電后，由變頻器啟動的負(fù)荷曲線可以發(fā)現(xiàn)，啟動時基本沒有沖擊，最大啟動電流僅略高于電動機(jī)的額定電流。變頻方式下電動機(jī)的啟動時間整定如下：若在１．２０時間內(nèi)，ｋ＜１．１２５１，則電動機(jī)正常啟動，長啟動保護(hù)不動作；若在１．２０時間內(nèi)，ｋ＞１．１２５Ｉ，說明電動機(jī)未能正常啟動，長啟動保護(hù)動作?測量電動機(jī)啟動時間的方法?。常保欤寒?dāng)電動機(jī)的最大相電流從零突變到１０％ｔ時開始計時，直到啟動電流過峰值后下降到１２０％ｉ，時為止，其間的歷時稱為啟動時間０，見圖４－ｌ所示。４．１長啟動保護(hù)電動機(jī)在進(jìn)行變頻調(diào)速前后，在啟動時間上二者會有明顯的區(qū)別：變頻調(diào)速前，電動機(jī)啟動時間短：變頻調(diào)速后，啟動時啟動電流緩慢爬升，電動機(jī)啟動時間有所延長。第４章電動機(jī)變頻運行時保護(hù)及整定研究根據(jù)第二章中電動機(jī)變頻運行方式下的保護(hù)配置方案可知，目前，國內(nèi)變頻電機(jī)保護(hù)的配置方案通常是：根據(jù)高壓電機(jī)的容量、用途和負(fù)荷特性，選擇差動保護(hù)或電流速斷保護(hù)作為主保護(hù)，以長啟動保護(hù)、低電壓保護(hù)、過電流保護(hù)、接地保護(hù)、溫度保護(hù)等保護(hù)作為后備保護(hù)。若壞數(shù)據(jù)消失時，數(shù)組下標(biāo)未越界，即可確認(rèn)發(fā)生故障，閉鎖保護(hù)一段時間，閉鎖時間根據(jù)出現(xiàn)第一個壞數(shù)據(jù)的時刻而定，至壞數(shù)據(jù)移出數(shù)據(jù)窗，閉鎖結(jié)束。從發(fā)現(xiàn)第一個異常數(shù)據(jù)起，保護(hù)被閉鎖，直至壞數(shù)據(jù)消失或數(shù)組下標(biāo)越界。因此，可以用采樣值增大的持續(xù)時間來區(qū)分故障和多個連續(xù)壞數(shù)據(jù)的情況。由于實際試驗中，因干擾而產(chǎn)生的采樣壞數(shù)據(jù)多為單個點的情況，且連續(xù)多點壞數(shù)據(jù)的處理比較繁瑣，故一般不需要設(shè)置連續(xù)多個采樣壞數(shù)據(jù)的處理環(huán)節(jié)。動作延時長的保護(hù)由于可以充分利用延時時間躲避壞數(shù)據(jù)的影響，故電動機(jī)保護(hù)方案中著重考慮的是內(nèi)部故障主保護(hù)的采樣壞數(shù)據(jù)的問題。采樣壞數(shù)據(jù)一般分為兩種，一種是單個的壞數(shù)據(jù)，這種情況比較普遍；另一種是連續(xù)兩個及兩個以上的壞數(shù)據(jù)，這種情況相對較少，但對保護(hù)的正確動作影響更大。當(dāng)壞數(shù)據(jù)模值很大或連續(xù)多次出現(xiàn)時，保護(hù)量的誤差相應(yīng)增大，嚴(yán)重時可能會造成保護(hù)誤動作。通過異步啟動條件，可以保證ＣＴ飽和判別條件只在有外部故障發(fā)生的情況下投入，從而減少了差動保護(hù)被誤閉鎖的可能，同時也降低了保護(hù)程序運行的負(fù)荷，提高了程序執(zhí)行效率。從ＣＴ暫態(tài)飽和的物理過程分析中可以看出，外部短路時，無論ＣＴ是否飽和，制動電流的故障分量總是先于差動電流的故障分量出現(xiàn)，且前后時間至少相差Ｔ／４（ＣＴ暫態(tài)飽和的最短線性傳變時間）。另外，在ＣＴ由暫態(tài)飽和轉(zhuǎn)為穩(wěn)態(tài)飽和時，工作點的改變情況與暫態(tài)飽和完全不同，附加飽和區(qū)法無法判別，容易因此造成保護(hù)誤動。４．工程上實用的ＣＴ飽和判別方法綜合比較以上幾種ＣＴ飽和判別方法，波形識別法閾值整定困難，難以兼顧各種程度的ＣＴ飽和。與之不同的是，如果發(fā)生內(nèi)部短路，差動電流隨故障發(fā)生立即變大，保護(hù)工作點從Ａ點直接到達(dá)Ｃ點，不會經(jīng)過附加飽和區(qū)；如果發(fā)生區(qū)外短路后又轉(zhuǎn)為區(qū)內(nèi)短路，同時ＣＴ姓丁飽和狀態(tài)，則工作點進(jìn)入動作區(qū)后，將一直停留在動作區(qū)內(nèi)直至故障切除，而不會再回到制動區(qū)。若ＣＴ不飽和ｊ則工作點會一直停留在該區(qū)域內(nèi)，直至故障切除；若。暫態(tài)飽和時綜合諧波分量在某一高值附近作大幅振蕩，穩(wěn)態(tài)飽和時諧波穩(wěn)定維持在某一高值附近，而如機(jī)端三相短路這樣的內(nèi)部故障，其初始時刻諧波含量大，而隨時間逐漸衰減，其間沒有振蕩。對此，文獻(xiàn)［３０】提出了一種改進(jìn)的諧波分量判ＣＴ飽和法。在這個過程中，二次、三次諧波可能出現(xiàn)同時不滿足于閾值的可能性，造成ＣＴ飽和判據(jù)開放差動保護(hù)，從而造成誤動作。諧波分量法的不足在于，對同一路電流，要分別求其二次、三次諧波，大大增加了計算量，占用了保護(hù)裝置的系統(tǒng)資源。（３）．諧波分量法如前所述，ＣＴ飽和時電流中包含較人的諧波分量，并且暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)飽和時，所含的諧波類型各不相同，故可以通過計算每側(cè)每一相電流的二次、三次諧波相對該相基波的含量，來確定ＣＴ是否飽和，以及飽和類型。但也存在一些問題，比如計算波形相關(guān)系數(shù)時，中間數(shù)據(jù)繁多，其計算和存儲比較復(fù)雜；對ＣＴ輕微飽和靈敏度很低；門檻值成不易整定，肛取值過火影響判據(jù)對ＣＴ輕度飽和的有效性；取值過小則容易誤判ＣＴ飽和。以采樣值的極值點為界，分別取之前Ｔ／４和之后Ｔ／４的波形，利用概率學(xué)上求兩個離散隨機(jī)變量相關(guān)性的方法，將這兩段時間內(nèi)的采樣值作為隨機(jī)變量，對其分別求數(shù)學(xué)期望和方差，再求得兩段采樣值間的協(xié)方差與相關(guān)系數(shù)，該相關(guān)系數(shù)即為前后Ｔ／４周期波形的波形相關(guān)系數(shù)幾，該系數(shù)反映兩個波形間的相似程度，波形越相似，波形相關(guān)系數(shù)值越大，當(dāng)兩個波形完全相似時，波形相關(guān)系數(shù)為ｌ。（２）．波形識別方法分析ＣＴ飽和的二次電流波形，可以發(fā)現(xiàn)二次電流的極值點正是ＣＴ進(jìn)入飽和狀態(tài)的時間點，在該時刻前一段時間，ＣＴ處于線性傳變區(qū)，二次電流波形未失真；在該時刻后一段時間，ＣＴ處于飽和區(qū)，二次電流波形嚴(yán)重缺損。②設(shè)置比差高定值動作區(qū)。３．ＣＴ飽和的主要判別方法（１）．比率差動保護(hù)本身的抗飽和特性 ①使用三折線或者變斜率制動特性的比差保護(hù)。故對于給定的二次側(cè)電流，二次側(cè)負(fù)載越大，二次側(cè)電壓越高，相應(yīng)地更容易造成ＣＴ飽和。圖３．３為剩磁率為０和７０％時，二次電流的波形及飽和時間，從中可以看出，剩磁率大時，ＣＴ進(jìn)入飽和的時間變得很短。（２）．鐵芯剩磁率鐵芯剩磁主要影響ＣＴ暫態(tài)飽和，若鐵芯剩磁方向與暫態(tài)飽和時非周期分量的方向相同，則會加劇暫態(tài)飽和程度，使ＣＴ的線性傳變區(qū)變小，二次電流波形缺損程度更嚴(yán)重。故需要實時檢測ＣＴ狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)ＣＴ飽和即需要閉鎖差動保護(hù)。勵磁支路由一個有鐵芯的電感變成一個等效的無鐵芯空心線圈，電感與未飽和時相比顯著減小，故勵磁支路的阻抗急劇變小，從而ｆｌ大部分流入勵磁支路，造成二次電流變小，不能正確傳變一次電流。由于鐵芯具有磁飽和特性，是非線性組件，當(dāng)一次電流很大，特別是一次電流中非周期分量的存在將使ＣＴ嚴(yán)重飽和，勵磁電流成幾十倍、幾百倍增加，而且含有大量非周期分量和高次諧波分量，造成二次電流嚴(yán)重失真，嚴(yán)重影響了繼電保護(hù)的正確動作。繼電保護(hù)對ＣＴ的基本要求就是ＣＴ能夠真實地反映一次電流的波形，特別是在故障時，不但要求反映故障電流的大小，還要求反映電流的相位和波形，甚至是反映電流的變化率。因此，除了磁平衡式縱差保護(hù)外，還可以使用二次諧波制動原理的變壓器縱差保護(hù)繼電器，同樣可以達(dá)到抑制電動機(jī)自啟動過程中縱差保護(hù)誤動作的目的。根據(jù)安徽省電力試驗研究院和馬鞍山第二發(fā)電廠組織的該廠１號發(fā)電機(jī)的電動機(jī)給水泵（６ＫＶ，５６００Ｋｗ，６５８Ａ異步電動機(jī)）啟動實驗測得的電動機(jī)定子繞組機(jī)端和中性點側(cè)的相電流，并對該電流通過對暫態(tài)不平衡差流作準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的諧波分析，結(jié)果如表３．１所示。在電動機(jī)正常運行和外部短路時，各相始端和終端電流一進(jìn)一出，ＣＴ一次側(cè)勵磁安匝為零，故ＣＴ二次側(cè)無輸出，不會導(dǎo)致保護(hù)誤動作。目前國內(nèi)也有部分廠家開始將該原理應(yīng)用在電動機(jī)保護(hù)中，代表產(chǎn)品有南瑞繼保的ＲＣＳ系列電動機(jī)保護(hù)測控裝置?？v聯(lián)差動保護(hù)面臨的主要問題是：差動保護(hù)兩側(cè)同型的普通保護(hù)級ＣＴ，在相同的一次暫態(tài)電流下，很難得到相同的二次電流，因此縱聯(lián)差動保護(hù)的差動回路中出現(xiàn)了不小的不平衡電流，導(dǎo)致大型異步電動機(jī)