电动机和并联电容器组的保护

电动机和并联电容器组的保护李薇薇目录电动机的故障和不正常运行状态电动机的相间短路保护电动机的单相接地保护电动机的低电压保护并联电容器组保护电动机的故障和不正常运行状态电动机的故障主要有定子绕组的相间短路、单相接地短路和一相绕组的匝间短路。对电动机定子绕组的相间短路应装设相间短路保护。容量在2MW以下的电动机装设电流速断保护（保护宜采用两相式）；容量在2MW以上或容量小于2MW但灵敏度不满足要求的电动机装设纵差保护。保护装置动作于跳闸，对同步电动机还应进行灭磁。对电动机的单相接地应装设单相接地短路保护，并动作于跳闸。对3～6kV电动机因电网中性点不接地，只有当接地电流大于5A时，才装设单相接地保护装置，动作于跳闸或信号。电动机的不正常运行状态有过负荷、相电流不平衡、低电压、堵转、同步电动机还有异步运行和失磁等。对经常过负荷的电动机可装设过负荷保护，保护应根据负荷特性，带时限动作于信号或跳闸。为反应相电流的不平衡，对容量为2MW及以上的电动机，可装设负序过流保护，动作于信号或跳闸。电网电压降低时，为保证重要电动机的正常运行，在次要电动机上应装设低电压保护。此外，在运行中不允许自起动的电动机也应装设低电压保护。低电压保护动作于跳闸。同步电动机需装设失步保护和失磁保护。电压在500V以下的电动机，特别是容量为0.075MW及以下的电动机，广泛采用熔断器或自动空气开关作为相间短路和单相接地短路保护；用磁力起动器或接触器中的热继电器作为过负荷和两相运行保护。只有对不能采用熔断器保护的较大容量高压电动机，才装设专用的保护装置。电动机相间短路保护电流速断保护容量在2000KW以下的电动机上广泛装设电流速断保护作为相间短路保护，为了在电动机内部及电动机与断路器之间的连接电缆上发生故障时保护均能动作，电流互感器尽可能安装在断路器侧。通常对于不易过负荷的电动机，宜采用两相不完全星形接线，可采用DL—11型电流继电器。对易产生过负荷的电动机，宜采用两相电流差接线，可采用感应型电流继电器（如GL-14型），其中的速断部分用作相间短路保护，反时限部分用作过负荷保护。纵差动保护电动机容量在5MW以下时，纵差动保护采用两相式接线，在5MW以上时，采用三相式接线，以保证一点在保护区内另一点在保护区外两点接地时的快速跳闸。电动机单相接地保护对工作在380/220V中性点直接接地系统的电动机，单相接地是短路故障，可借助电动机三相式相间短路保护瞬时作用于跳闸。中性点非直接接地电网中的高压电动机，当发生单相接地且接地电流大于5A时，应装设单相接地保护。电动机单相接地保护接线如图所示，其中TA为零序电流互感器，电缆头的接地线应通过TA铁心窗口接地。零序电流继电器KAZ的动作。电动机的低电压保护在图(a)的交流回路中，1QS为电压互感器一次侧的隔离开关，当电压互感器停用时，通过辅助触点1QS1~1QS6将二次回路全部断开，消除电压互感器二次侧向一次侧倒送电的可能；同时，通过1QS7触点解除了图(b)直流回路的控制电源，防止保护误动作（注意，此时直流电源监视继电器KVS处于失磁状态，光字牌H1亮）。1KVU~3KVU为接于相间电压上的低电压继电器，KV1为接于电压互感器TV开口三角形绕组上的对地绝缘监视继电器。当发生接地短路时，KV1处于动作状态。电动机的低电压保护一般设两个时限，以较短的时限（一般取0.5s）跳开次重要电动机，如图（b）中的时间继电器1KT；以较长的时限（一般取9～10s）跳开重要电动机，如图（b）中的时间继电器2KT。当电源三相短路消失或三相电压降低到低电压继电器的动作值时，1KVU、2KVU、3KVU动断触点闭合，动合触点断开，1KC失磁，于是1KT起动，经0.5s，控制电压“＋”极加于小母线W1上，切除次重要电动机。如电压仍不能恢复，则4KVU仍处于动作状态，时间继电器2KT也处于动作状态，经8～9s，控制电压“＋”极加于小母线W2上，切除不允许自起动的重要电动机。低电压保护动作后，光字牌H3亮。当电压互感器一次侧或二次侧发生断线时，1KVU~3KVU相应的动断触点闭合，因不是三相断线，1KVU~3KVU的动合触点总有一个闭合，于是1KC起动。1KC动作后，一方面断开了1KT、2KT的起动回路，防止低电压保护误动作；另一方面光字牌H1亮，发出电压回路断线信号。当直流控制电源消失时，KVS失磁，光字牌H1亮。电力电容器组的保护在变电所的中、低压侧通常装设并联电容器组，以补偿系统无功功率的不足，从而提高电压质量，降低电能损耗，提高系统运行的稳定性。并联电容器组可以接成星形，也可接成三角形。在大容量的电容器组中，为限制高次谐波的放大作用，可在每组电容器组中串接一只小电抗器。1.电容器组常见的故障和异常运行情况如下：（1）电容器组和断路器之间连接线的短路；（2）电容器内部极间短路；（3）电容器组中多台电容器故障；（4）电容器组过负荷；（5）电容器组的母线电压升高；（6）电容器组失压。2.电容器组应配置的如下的保护装置：（1）单台电容器应设置专用熔断器组不同接线方式不同的保护方式：星形接线的电容器组可采用开口三角形电压保护；多段串联的星形接线电容器组也可采用电压差动保护或桥式差电流保护；双星形接线的电容器组可采用中性线不平衡电压保护或不平衡电流保护；（2）对电容器组的过电流和内部连接线的短路，应设置过电流保护。当有总断路器及分组断路器时，电流速断作用于总断路器跳闸；（3）电容器装置组设置母线过电压保护，带时限动作于信号或跳闸。在设有自动投切装置时，可不另设过电压保护；（4）电容器组宜设置失压保护，当母线失压时自动将电容器组切除。并联电容器组的通用保护单台并联电容器的最简单、有效的保护方式是采用熔断器。这种保护简单、价廉、灵敏度高、选择性强，能迅速隔离故障电容器，保证其他完好的电容器继续运行。但由于熔断器抗电容充电涌流的能力不佳，不适应自动化要求等原因，对于多台串并联的电容器组保护必须采用更加完善的继电保护方式。电容器组通用保护方式有如下几种：（1）电抗器限流保护与电容器串联的电抗器，具有限制短路电流、防止电容器合闸时充电涌流及放电电流过大损坏电容器。除此之外，电抗器还能限制对高次谐波的放大作用，防止高次谐波对电容器的损坏。（2）避雷器的过压保护与电容器并联的避雷器用于吸收系统过电压的冲击波，防止系统过电压，损坏电容器。（3）电容器组的电压保护电容器电压保护是利用母线电压互感器TV测量和保护电容器。电容器电压保护主要用于防止系统稳态过电压和欠电压。微机电容器电压保护的逻辑框图如下图所示。过电压和欠电压保护均通过延时鉴别稳态过电压和欠电压。低电压保护需经过流闭锁，以防止TV断线造成低电压保护误动。在系统故障过压或低压电容器保护动作跳闸后，为了使保护能立即复位，要求保护在跳位时（KTP=1）能自动退出运行，待母线电压恢复正常后断路器可重新投入运行。在图11-11中，KTP=1时去闭锁过压保护的Y2和Y3、低压保护的Y5，使电容器保护自动退出运行。(4)电容器组的电流保护电容器组的过电流保护用于保护电容器组内部短路及电容器组与断路器之间引起的相间短路。采用两段式，每段一个时限的保护方式，保护逻辑框图如下图所示。电容器组内部故障的专用保护电容器组是由许多单台电容器串联组成，个别电容器故障由其他相应的熔断器切除，对整个电容器组无多大影响。但是当电容器组中多台电容器故障被熔断器切除后，就可能使继续运行的剩余电容器严重过载或过电压，因此必须考虑如下专用的保护措施。（1）单Y形接线的电容器组单Y形接线的电容器组见图（a）所示，一般采用零序电压保护。保护采用电压互感器的开口三角形电压以形成不平衡电压。电压互感器的一次绕组兼作电容器放电线圈，可防止母线失压后再次送电时因剩余电荷造成的电容器过电压。（2）双Y形接线的电容器组保护双Y形接线的电容器组保护可采用不平衡电流或电压保护方式。双Y形接线的电容器组保护采用中性线不平衡电流，当同相的两电容器组C1或C2中发生多台电容器故障时，即XC1≠XC2,此时流过C1和C2的电流不相等，因此在中性线中流过不平衡电流Iunb。当Iunb＞Iset时保护动作。双Y形接线的电容器采用不平衡电压保护时，可用TV改换TA。即将TV一次绕组串在中性线中，当某电容器组发生多台电容器故障时，故障电容器组所在星形的中性点电位发生偏移，从而产生不平衡电压。当UunbUset时，保护动作。保护逻辑框图如下图所示。（3）三角形接线的电容器组保护电容器组为三角形接线时，通常用于较小容量的电容器组，其保护采用零序电流保护，其逻辑框图与上图相似。（4）桥式差流的保护方式电容器组为单Y形接线，而每相接成四个平衡桥的桥路时，可以采用桥差接线的保护方式，其一次接线如图所示。正常运行时四个桥臂容抗平衡，XC1=XC2，XC3=XC4(或C1/C2=C3/C4)，因此桥差接线的M和N之间无电流流过。当四个桥臂中有一个电容器组存在多个电容器损坏时，桥臂之间因不平衡，在差接线MN中就流过不平衡差流。不平衡差流超过定值时保护动作。桥差保护方式的逻辑框图如下图所示。图中SW控制字“1”为投入，“0”为退出运行。（5）电压差动保护方式电容器组为单星形接线，而每相为两组电容器组串联组成时，可用电压差动保护方式，其一次接线如下图（a)所示，图中只画出一相TV接线，其他两相也是相似的。TV的一次绕组可以兼作电容器组的放电回路，TV二次绕组接成压差式即反极性相串联。正常运行时C1=C2,压差为零；当电容器组C1或C2中有多台电容器损坏时，由于C1和C2容抗不等，因两只TV一次绕组的分压不等，压差接线的二次绕组中将出现差电压。当压差超过定值时保护动作。压差保护方式的逻辑框图如下图所示。图中SW为控制字，“1”为投入，“0”为退出。