继电器的保护原理范文

导语：如何才能写好一篇继电器的保护原理，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公文云整理的十篇范文，供你借鉴。

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    关键词:电动机;保护器;保护原理;应用

    一、引言

    电动机是当前应用最广泛的动力设备,是其他机电设备的动力源泉,电动机正常的输出是其驱动的机电设备正常工作的前提,如今已被广泛应用于工农业、交通运输、国防等领域。电动机所带的负载种类繁多,且往往是整个设备中的关键部分,因而确保电动机的正常运行就显得十分重要。电动机保护器(电机保护器)是发电、供电、用电系统的重要器件,是跨行业、量大面广、节能效果显着的节能机电产品[1]。电动机保护器的作用是给电机全面的保护控制,在电机出现过流、欠流、断相、堵转、短路、过压、欠压、漏电、三相不平衡、过热、接地、轴承磨损、定转子偏心时、绕组老化予以报警或保护控制。如今电动机保护器几乎渗透到所有用电领域,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。

    二、电动机保护器的保护原理与构成

    对电动机来说,其故障形式从机械角度可以分为绕组损坏和轴承损坏两方面。造成绕组损坏的主要原因有:1.电动机长时间的电、热、机械和化学作用下,绕组的绝缘老化损坏,定转子绕组匝间短路或是对地短路。2.电网供电质量差,电源电压三相不平衡、电压波动大、电网电压波形畸变、高次谐波严重或者电动机断相运行。3.电源电压过低使得电动机启动转矩不够,电动机不能顺利启动或者是在短时间内重复启动,电动机长时间承受过大的启动电流导致电机过热。4.因机械故障或其它原因造成电动机转子堵转。5.某些大型电机冷却系统故障或是长时间工作在高温高湿环境下造成电机故障。

    电动机保护原理的研究是保证电动机保护器性能高低的关键,根据三相对称分量法的理论,三个不对称的向量可以唯一分解成三组对称的向量,分别为正序分量、负序分量和零序分量。对称分量的计算公式

    根据(1)式,电动机在发生对称故障和不对称故障时,电动机的三相电流都会发生变化。电动机故障条件流过绕组的电流过大,超过电动机的额定电流,因此可根据这一特征来对电动机过电流进行保护。电机过载、断相、欠压都会造成绕组电流超过额定值。电源电压欠压,运行电流上升的比例将等于电压下降的比例;电机过载时,常造成堵转,此时的运行电流会大大超过额定电流。针对以上情况,电动机保护器可通过对三相运行电流进行检测,根据运行电流的不同性质来确定不同的保护方式,从而对电机予以的断电保护。电动机的故障类型分为过流保护、负序电流保护、零序电流保护、电压保护和过热保护等几种。

    通过对电动机保护器的保护原理分析可以看出,理想的电动机保护器应满足可靠、经济、方便等要素,具有较高的性能价格比。经过发展和更新,如今电动机保护器一般由电流检测电路、温度检测电路、基准电压电路、逻辑处理电路、时序处理电路、启动封锁及复位电路、故障记录电路、驱动电路、电动机控制电路组成。电动机保护器的构成原理如图l所示。

    图1 电动机保护器组成模块和构成原理图

    三、电动机保护器的类型及应用分析

    目前我国普遍采用的电动机保护器主要有热继电器、温度继电器和电子式电动机保护器。热继电器是五十年代初引进苏联技术开发的金属片机械式电动机过载保护器,它在保护电动机过载方面具有反时限性能和结构简单的特点。但存在功能少,无断相保护,对电机发生通风不畅,扫膛、堵转、长期过载,频繁启动等故障不起保护作用。这主要是因为热继电器动作曲线和电动机实际保护曲线不一致,失去了保护作用。且重复性能差,大电流过载或短路故障后不能再次使用,调整误差大、易受环境温度的影响误动或拒动,功耗大、耗材多、性能指标落后等缺陷。温度继电器是采用双金属片制成的盘式或其他形式的继电器,在电动机中埋入热元件,根据电动机的温度进行保护,但电动机容量较大时,需与电流监测型配合使用,避免电动机堵转时温度急剧上升,由于测温元件的滞后性,导致电动机绕组受损。温度继电器具有结构简单、动作可靠,保护范围广泛等优点,但动作缓慢,返回时间长,3KW以上的三角形接法电动机不宜使用。目前在电风扇、电冰箱、空调压缩机等方面大量使用。电子式电动机保护器通过检测三相电流值和整定电流值,采用电位器旋钮或拔码开关操作来实现对电动机的保护,电路一般采用模拟式,采用反时限或定时限工作特性。

    除了上述三种常见的电动机保护器,磁场温度检测型继电器和智能型电动机保护器也在电动机故障保护中得到普遍应用。磁场温度检测型保护器通过在电动机中埋入磁场检测线圈和温度探头,根据电动机内部旋转磁场的变化和温度的变化进行保护,主要功能包括过载、堵转、缺相、过热保护和磨损监测,保护功能完善,缺点是需在电动机内部安装磁场检测线圈和温度传感器。智能型电动机保护器能实现电动机智能化综合保护,集保护、测量、通讯、显示为一体。整定电流采用数字设定,通过操作面板按钮来操作,用户可以根据自己实际使用要求和保护情况在现场自行对各种参数修正设定,采用数码管作为显示窗口,或采用大屏幕液晶显示,能支持多种通讯协议,目前高压电动机保护均采用智能型

    四、电动机保护器应用选择原则

    选用电动机保护装置的目的,既能使电动机充分发挥过载能力,又能免于损坏,而且还能提高电力拖动系统的可靠性和生产的连续性。合理选用电机保护装置,既能充分发挥电机的过载能力,又能免于损坏,从而提高电力拖动系统的可靠性和生产的连续性。具体的功能选择应综合考虑电机的本身的价值、负载类型、使用环境、电机主体设备的重要程度、电机退出运行是否对生产系统造成严重影响等因素,力争做到经济合理。在能满足保护要求的情况下首先考虑最简单保护装置,当简单的保护装置不能满足要求时,或对保护功能和特性提出更高要求时,才考虑应用复杂的保护装置,做到经济性和可靠性的统一。 

    五、结束语

    如今电动机保护器已发展到了微电子智能型时代,电动机保护器也朝着多元化方向发展。这就需要我们的工作人员在选型时应充分考虑电动机保护实际需求,超前、准确、及时地判断电动机的故障,合理选择保护功能和保护方式,实现对电动机的良好保护,达到提高设备运行可靠性,减少非计划停车,减少事故损失的目的。

    参考文献

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关键词：电机的保护；启动及变频启动；电气调试

中图分类号：C35 文献标识码： A

一、高压电机的保护控制

高压电机需保护的功能很多，主电路高压部分控制可采用计算机综合保护控制器和交流真空断路器联合控制的直接启动或高压变频器控制及高压软启动器控制。

1.1 高压电机的直接启动控制原理

采用真空接触器直接启动与综合保护控制器相结合，通过电TA和零序电TA采样电路，将高压电机工作电流及漏电电流送入综合保护控制器电流信号输入端，供综合保护控制器进行电机运行状态监测分析、一旦发生过流、漏电、短路、缺相等故障、通过执行元件真空接触器动作，切断电机运行电源，并将故障情况上传到控制中心，同时声光报警。在故障没有排除的状态下，综合保护控制器程序锁定不能合闸的真空接触器，运行电机。

1.2 高压电机的变频启动控制原理

高压变频器通过大功率IGBT绝缘栅双极性晶体管直接控制电机的高压电源，其结构为高压-低压-高压或三电平叠加结构。随着大功率高电压等级IGBT绝缘栅双极性晶体管开关管的研制成功，一种新型结构的交-直-交形式逐渐替代前两种都带有体积大而笨重铁心变压器的结构，该结构变频器的主电路简图如图1。

图1 高压变频器主要电路简图

三相高压交流电经大电流高压整流二极管整流成高压直流电，供快速绝缘栅双极性高压开关管 IGBT 触发生成可变频的三相交流高压脉冲电源，经电抗器滤波后，变成可变频的三相正弦波交流电，供高压交流电机工作。

快速绝缘栅双极性高压开关管 IGBT 的开启与关断由变频器内计算机控制中心控制，通过计算机内部程序及电子电路来控制高压交流电的频率和电压幅值，实现高压交流电机的软启动、软停车及转速的调速控制。电压输出频率的可控范围为：0～400Hz。当停车后，通过计算机内部程序控制触发脉冲触发高压滤波电容放电控制的 IGBT 管，使整流电容的残余存电通过放电电阻释放，高压电源指示灯熄灭放电完毕，避免检修高压电路发生电击事故。

电机的转速：n=60f/2p，由此可知，电机转速与频率 f 成线性关系。变频器拟采用 u/f=c。方式（带 PG）输出三相交流电，变频范围为：0～400Hz，采用高载波频率的SPWM 方式，载波频率为：10～20kHz，开关功率管为 IGBT（绝缘栅双极性晶体管），开关功率管可以多只串联使用。在频率较低时，可通过提高起步电压来提高电机的机械运行性能。

整机主控以单片机为核心部分，利用单片机控制变频器的各项功能和各种信号的输入输出，进行智能化判断和控制，同时将信号送入SPWM 发生器（如 SA4828 等芯片），产生和控制SPWM 脉冲波，此波送入光电隔离电路，经光电隔离后送入功率驱动芯片如 M57962L，进行功率放大，驱动 IGBT 管，经 IGBT输出高压 SPWM 波形三相电，再经滤波电抗器 L 滤波，输出三相交流电，驱动交流电机，同时将输出的电压、电流、转速等信号反馈至控制系统进行控制变频控制一般只适用于变频电机普通电机在低频和高频阶段，不适合使用变频器控制，这是由其铁心材质和结构决定的。普通高压电机在低频段即0～20Hz 时，产生高压奇次谐波，使电机发热，影响电机使用寿命；在高频段即 50～100Hz 及以上时，电机轴承不能承受超高转速而损坏，同样影响电机使用寿命。一般普通高压电机采用真空接触器直接启动与综合保护控制器相结合或软启动器控制。

二、高压电机电气调试

2.1 高压电机电气调试范围

高压电机电气调试也是保证高压电机正常运行的关键，高压电机电气调试包括高压电缆、高压真空接触器、电机综合保护器、高压电机、高压避雷器、TA.TV高压变频器。

2.2 高压电机调试的内容

电机综合保护器技术参数的设定整定应根据高压电机出厂说明书中的技术参数和电机设备的实际情况进行设定，并进行一次高压不送电，二次线路模拟动作试验，动作显示均应正常。调试应严格按照《高压电气设备交接试验标准 GB50150-1990》。高压耐压前、后都要进行绝缘电阻测试。测量时，摇表转速应均匀，转速在120r/min 左右绝缘电阻应用AC2500V，0～2500MΩ兆欧表测量，在15s和60s时分别读数并记录，计算其阻值吸收比，读数结束后，先撤离试验表笔，再停止摇表转速下降，以防试验高压反冲损坏绝缘电阻摇表。高压真空接触器应测量合闸线圈、分闸线圈的动作电压（吸合电压、释放电压），并计算其返回系数值、主触点直流电阻、主触点断口耐压等。

2.3 高压电机的调试过程

高压电机应进行三相直流电阻、绕组极性、绝缘电阻、高压耐压试验等，三相直流电阻采用精密直流电桥测量。高压电机400kW 以下的耐压试验电路图如图2。

如图2所示，试验电源 AC380V 经试验操作台调压变压器调压后，输入高压变压器升压接入放电保护球隙器高压侧，另一侧应可靠接地。放电保护球隙器应调整好球放电间隙，放电动作保护电压值应稍大于试验电压值，调整好放电动作保护电压值的放电保护球隙后，切断调试电源，操作台调压器返回至零位，连接高压电流表、水电阻、高压电机绕组等试验连接线，特别应检查接地连接线是否可靠接地，确定无误后，方可进行下一步试验。试验时电压应缓慢上升，在试验时间内，高压电流表的指针应无闪动现象，时间到应缓慢下降后切除电源。高压电机 400kW 以上的耐压试验应进行直流高压泄漏试验，泄漏电流值应符合规范要求。测量前后都应测量其绝缘电阻，阻值应符合规范要求。

图2 交流实验简图

综合电机保护器、高压变频器等电子器件设备不宜进行高压耐压试验，但需进行各种技术参数设定，并进行模拟动作试验，动作、指示应正常灵活、可靠。

2.4 高压电机调试的注意事项

（1）高压耐压直流泄漏电流试验时，试验设备应可靠接地，应有专人在试验电缆的两端看护，并用安全隔离带隔离，试验期间禁止人员进入试验隔离区。试验结束后，高压电缆测量两极应注意对地放电，以防残余高压存电伤人。

（2）高压电机的直流电阻测量，应注意测量极与电机电极连接可靠，减少测量误差，测量阻值应三相平衡。

（3）高压避雷器的高压泄漏试验电压应严格按照产品说明书技术要求进行，不能擅自提高试验电压以防高压击穿。

三、结束语

社会经济的发展推动了工业化规模的不断扩大，对于大功率的电机设备应用呈现出逐渐增加的趋势，由此，很多低电压大功率的电机设备暴露出了很多缺点，在工作时的电流很大，而在启动的瞬间则需要更大的电流，从而导致电机设备在实际应用过程中存在着较多的问题。因此，对于此种情况，需要采取高压电机设备应用，以有效降低其启动电流和工作电流，从而最大限度的降低其在启动时对电网造成的影响。

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一、课标分析

微课设计按照山东省中等职业学校机电技术应用专业教学指导方案中《电气控制线路安装与维修》课程标准的要求制定。

课程标准要求：掌握常用低压电器的结构、原理、型号规格、用途和选用，通过行为导向的项目式教学，加强学生实践技能的培养，培养学生的综合职业能力和职业素养等。热继电器微课教学目标为：了解交流热继电器外观；知道热继电器的功能、基本结构、图形符号以文字符号；理解热继电器的工作原理；熟记热继电器的图形符号、文字符号；通过实习训练，能够识别热继电器，会选择、检测、安装、调整、校验热继电器；加强安全防范意识，培养理实一体化结合处理问题的能力和团队合作精神。

二、教材分析

教材为高教社出版的《电气控制线路安装与维修》-理实一体化教学（第2版），是中等职业教育改革创新示范教材。教材根据职业岗位和技能培养的要求，参照相关行业职业资格标准和技能鉴定标准，围绕职业能力的形成分解能力的要求，切实体现“做中学、做中教”，以能力为本位，以学生为主体。

热继电器是一种具有保护功能的继电器，主要用作电动机的过载保护、断相保护等，是继电器―接触器控制线路电路中必不可少的元件之一。在实践中，操作者正确选用和维修热继电器，是基本的职业素养。

三、学情分析

本节课的教学对象是中职机电专业一年级学生。他们已经学习了交流接触器，而且刚结束电磁式继电器的学习，具备学习本节课的知识基础。热继电器的工作原理是学生学习的难点。

四、微课设计

本节微课主要针对热继电器，采用理实一体化教学模式展开教学，包括以下内容。

1.情景导入――播放技能大赛场景

设计意图：播放国家比赛和省市比赛的电气安装的比赛场景以及热继电器的PPT图片，激发学生的兴趣，导入学习对象。

2.任务实施

任务1：热继电器的组成结构。

设计意图：热继电器的组成结构是本节的重点内容，利用教师录制的视频展示不同部位的结构名称，并与实物对照，抽象内容形象化，增强学习兴趣。

任务2：热继电器的工作原理。

设计意图：热继电器的工作原理是本节的重点和难点，通过热元件受热弯曲的演示实验以及flas，形象展示其动作原理，攻克学习难点。

任务3：热继电器的功能作用。

设计意图：利用一段“电动机过载烧毁实验的视频”，体现热继电器的热过载保护功能，引起学生学习的兴趣。展示热继电器在实际电路中的连接，理论联系实际。

3.技能训练

设计意图：用DV录制热继电器的拆装和检测视频，让学生暂停观看，与教师进行拆一拆、测一测、量一量互动环节，以实现举一反三，进一步掌握热继电器的组成结构和工作原理。

4.回顾总结

让学生根据微课内容进行回顾总结，识记热继电器的功能作用和结构，叙述热继电器的工作原理。

设计意图：PPT展示，启发学生学会归纳知识点。

5.布置作业

作业1：简单叙述双金属片式热继电器的工作原理，如何把热继电器接入电路中？

作业2：通过电脑网络搜索不同型号的热继电器，并记录其型号以及工作原理。

设计意图：有利于学生理解热继电器的工作原理，认识实际生活中的热继电器，更好地为电动机控制电路的学习做准备。

五、制作技术

首先用DV录制热继电器拆装和检测的小视频，然后制作热继电器PPT课件，再用录屏专家Camtasia Studio软件进行录屏，最后用绘声绘影X8进行片头、正文和片尾的合成。

六、设计特点

教学方法：采用理实一体化教学法，遵循建构主义特点，抛出问题，留下思考空间，再呈现答案。

互动设计：突出以学生为中心，实现“一对一”的交流，教师要设计互动的问题，让学生思维与教师思维同步。

设计细节：发挥学案的辅助作用。让学生看微视频前用学案先自学，而且可以反复多次观看。

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关键字：继电保护；煤矿；供电系统；应用；

中图分类号： TM774 文献标识码： A

1、引言

煤矿供电系统在正常运行工作过程中不可避免的会发生以下故障或者非常态的状况，例如短路、断线、绝缘老化等，会导致供电系统可能出现危险情况，造成不必要的财产损失。因此，煤矿供电系统的主要电器设备和供电线路都要装设继电保护装置，在煤矿供电系统中设置科学合理的继电保护装置对于保证煤矿供电系统的安全可靠具有至关重要要的作用，是保证煤矿供电系统安全运行过程中不可缺少的装置之一。近年来，煤矿供电系统中继电保护装置的应用研究已经成为国内外大量专家和学者研究的重要课题，对于煤矿供电系统的安全运行提供了科学的理论指导作用和实际应用价值。

2、继电保护装置的主要作用及其基本要求

2.1继电保护装置的主要作用

（1）监视煤矿电力系统的正常运行，当被保护的电力系统发生故障时，继电保护装置迅速准确地给距离故障点最近的断路器发出跳闸命令，使故障线路及时从电力系统中断开，最大限度地减少对电力系统元件本身的损坏。

（2）反映煤矿电力系统的不正常工作情况，并根据不正常工作情况和设备运行维护条件的不同发出信号，提示值班员迅速采取措施，使之尽快恢复正常，或由装置自动地进行调整，或将那些继续运行会引起事故的电气设备予以切除。

（3）继电保护装置在煤矿供电系统中的应用对于提高电力系统的远程控制以及自动化控制有着至关重要的作用，并且能够为煤矿生产过程实现自动化控制功能。

2.2继电保护装置的基本要求

通常情况下，在煤矿供电系统中继电保护装置要满足以下四个方面的要求：速动性、选择性、可靠性以及灵敏性，其基本要求如下：

（1）继电保护装置动作速动性是指在煤矿供电系统出现故障时，继电保护装置能够迅速准确的切除出现故障的电路，保证供电系统的稳定性，减轻出现故障的供电电路中的设备和元器件的损坏程度，降低线路损坏程度，从而切断故障防止故障外延，引起其他不必要的损失。

（2）继电保护装置选择性是指当煤矿供电系统出现故障时，首先切断故障设备或者元器件以及线路本身的故障，当以上动作不能够按照指令执行时，继电保护装置能够进行选择行的切除故障相邻的上一级的设备和元器件电路，或者由上一级的继电保护装置选择性的进行切除线路故障。

（3）继电保护装置灵敏性指的是在电路系统规定的保护范围内，对于系统出现的故障状况的实际反应的能力。继电保护装置应该保证无论煤矿供电系统中出现何种故障或者故障发生在何种位置，都能够及时迅速领命的将故障的情况反映出来，这样才能够说明继电保护装置满足灵敏性的要求规定。

（4）继电保护装置可靠性指的是对于煤矿供电系统出现的任何故障都要能够迅速的执行正确的动作，不能够出现不工作状况，在不应该执行动作时，不应该出现错误动作。继电保护装置的可靠性对于煤矿供电系统的运行有着十分很总要的作用，出现任何的错误动作动能够使的故障的影响范围变大，对于生产造成不必要的损失。

3、继电保护装置在煤矿供电系统的应用

煤矿供电系统在发生故障或者不正常运行是，电路中的主要表现特征为电路电流瞬间增大或者电路电压瞬间降低。继电保护装置中的过电流保护在煤矿供电系统中应用较为广泛，是一种利用及时测量电路中电流增大的特点而构成的继电保护装置，其主要的工作原理如下所示。

3.1过电流保护装置的工作原理

正常运行时，线路中流过工作电流小于继电器的动作电流，继电器不能动作，继电器的触点都是断开的。当保护范围内发生短路故障时，流过线路的电流增加，当电流达到电流继电器的整定值时，电流继电器动作，闭合其常开触点，使时间继电器线圈有电，经过一定延时，时间继电器触点闭合，接通信号继电器线圈回路，信号继电器触点闭合，接通灯光、音响信号回路。由此可见，保护的动作时限从线路的末端到电源是逐级增加的，越接近电源，动作时限越长，这种确定保护动作时限的方法称为时限的阶梯原则。定时限过电流保护装置的动作时限是由时间继电器的整定值决定的，只要通过电流继电器的电流大于其动作电流，保护装置就会启动，而其动作时限的长短与短路电流的大小无关。所以把具有这种时限特性的过电流保护称为定时限过电流保护。

3.2电流速断保护

实施电流速断保护的主要目的是为了保证动作具有选择性。在工程中，为了确保保护装置的动作时限尽量长，设定的前一级保护的动作时限比后一级长一个时限阶段扯，从而会造成短路电流很大，因此危害就会很大。此时就要进行电流速断保护，因为我们常见的继电器电流保护装置的动作时限不会多于1s，而这种设置的动作时限一般都不会少于1s。对于浅井作业供电方式来研究电流速断保护的应用。第一种应用为浅井所使用的电压为低压，设备也都为低压设备，通过变压器变为低压送入井底，再由井底内配电所送给各个设备。第二种是无高压作业情况，所供负荷较小，可使用地面的变电站变配电供采区负荷不大且无高压用电设备时，由地面变电站将降为380V或660V后，再由采区配电所送给各个设备使用。第三种应用为高压作业情况，所供负荷较大，利用高压电缆经钻孔送电，但所送的电为高压电，必须经过采区变电所降压后方可使用。

4、煤矿供电系统中继电保护装置类别及特征

4.1煤矿供电系统中继电保护装置类别

煤矿供电系统中会应用许多保护设施，他们功能各不相同，但究其组成原理和构成部件来说，无外乎是三种部件组成，测量元件、逻辑元件和执行元件。测量元件识别并存储和保护电气参数，在存储和保护过程中完成参数的变换，之后传递给逻辑元件；逻辑元件将参数与给定值分析比较给出逻辑判断，如果参数不符合逻辑，发出指令给执行元件；执行元件接受指令并发出命令，断路器自动跳闸，最终完成继电保护。下面根据煤矿供电系统发挥的作用和参数不同，对继电器进行了详细划分。

由反应物理量不同，将继电器划分为电流继电器、电压继电器、功率继电器

方向继电器、阻抗继电器五类。原理不同，所分类型有所差别，通常情况下经常分为：晶体管型继电器、电磁型继电器、整流型继电器、感应型继电器。

由元件之间连接方式不同，将继电器分为一次作用式继电器和二次作用式继电器。一次作用式继电器是指元件与主回路直接连接，不需要其他元件辅助连接的继电器；二次作用式是指元件与主回路要通过互感器才能连接。

由跳闸方式不同将继电器分为直接动作式继电器和间接作用式继电器。直接动作式继电器是指：执行元件的电磁机构在动作发生时直接作用使开关跳闸；必须通过跳闸线圈才能使开关跳闸的称为间接作用式继电器。

4.2煤矿供电系统中继电保护装置特征

（1）电磁型继电器特征：结构简单、可靠性能优良、用途广泛、可适用多种场合；工作原理是磁力矩＞可动系统摩擦力矩+弹簧反作用力矩。目前市场上已经生产出的成品类型有：极化式的电磁型继电器、螺管式电磁型继电器、干簧式电磁型继电器、拍合式电磁型继电器、转动无片式电磁型继电器等等。

（2）感应型继电器的特征：动作反应灵敏、具有反时限性质。工作原理是利用可动铝盘（也可以是铝杯）以及固定电磁铁动作。

（3）整流型继电器特征：反时限性质、具有感应继电器的特性，利用单结晶体管完成动作，反应迅速。

（4）晶体管型继电器特征：敏捷、反应更快、可靠性好、体积小、节能、噪声小、动作速度快，可以与其他元件组合成复杂程度高的继电器。此继电器发展迅猛，很有可能会成为未来继电器行业的主导。

5、结语

综上所述，在煤矿供电系统的设计及其应用过程中，为了确保工作人员以及工作现场的人身安全和财产安全，必须安装有继电保护装置，防止供电系统出现不正常的现象，造成不必要的损失。在今后的研究工作中，应该重点对煤矿系统中继电保护装置的安装位置及继电保护装置本身安全性能进行研究，并且探索研究创新的继电保护装置，使得继电保护装置在煤矿供电系统中发挥到应有的作用，确保煤矿供电系统的正常运行。

参考文献

[1] 黄凤. 浅析电力系统继电保护装置存在的问题与对策[J]. 科技创新导报. 2009（34） .

[2] 谢天淮. 浅谈煤矿供电系统继电保护装置的优化[J]. 装备制造. 2009（11） .

[3] 何傍娟. 正确选型提高保护的正确动作率[J]. 商业文化（学术版）. 2008（11） .

[4] 许卫军. 继电保护在10kV线路中的应用[J]. 中国高新技术企业. 2011（04） .

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摘 要:文章系统分析了“工频变化量”技术的理论基础和在各种保护装置中的实际应用，并总结了这些保护装置的独特优势。

关键词:工频变化量;原理;微机保护

Abstract: The paper systematically analyzed theory basis of DPFC technology and its application in all kinds of protection devices， and then summed up the unique advantages of these devices.

Key words: deviation of power frequency component; principle; microcomputer protection

在我国电力系统继电保护领域，南瑞继保公司无疑是占尽技术优势和市场优势的领头羊。之所以能够取得这样辉煌的成就，是与南瑞继保公司董事长、中国工程院院士沈国荣先生和他创立的“工频变化量”理论紧密联系在一起的。基于这种原理的保护装置在安全性、快速性、灵敏性和选择性等各方面都有很大的提高，但是在传统的教科书中并没有具体的理论讲述，厂家的说明书也很不详细。下面将从原理和实际应用方面进行具体地分析。

1 工频变化量Deviation of Power Frequency Component (DPFC)原理分析

工频变化量的理论基础为叠加原理，即电力系统发生故障时，经过渡电阻短路，可认为是过渡电阻下面的一点金属性短路，即该点对系统中性点电压为零，可认为该点与中性点之间串联2个大小相等、相位相反的电压源，依然保持该点与中性点间电压为零，见图1。

“叠加”有2个含义:①短路后任一点的电压，如保护安装处M母线的电压(即M点到中性点电压，是我们关心的，箭头向上表示电位为升，M母线为正，中性点为负，)，等于2个图中相应点的电压之和(二种状态)。②短路后某个支路的电流，如流过保护的电流，等于2图中相应支路的电流之和。从重叠原理本身来说，对UF没有要求，可以任意取值，但在保护装置里UF取短路点短路以前的电压，Es、ER为电源电势，在短路前后不变，因此，图1称为正常负荷状态，图2称短路附加状态，目的就是凑出这二种状态。

与常规的稳态量保护装置不同，基于工频变化量原理的保护装置只是“考虑”短路附加状态的各种电气量，而不考虑正常负荷状态的各种电气量。在附加状态中，只有短路点有一个电压源，电气量全部为变化量用符号表示。微机保护中正在采样的U、I减去“历史”上采样出来的U、I，即为加在继电器上的U、I。Zs为保护背后电源的等值阻抗，ZR为保护正方向的所有阻抗，S为保护背后中性点，由下图4、图5可得出2个基本关系式:

2 变压器的工频变化量比率差动保护

变压器有70%左右的故障是匝间短路，为了提高小匝间短路时差动保护的灵敏度，常规的比率制动特性差动保护中的起动电流往往整定得较小，例如整定成0.3~0.5倍的额定电流，而且初始部份没有制动特性，见下图6。

但运行实践证明这样的差动保护往往在区外短路或短路切除的恢复过程中由于各侧电流互感器暂态或稳态特性不一致或者2次回路时间常数的差异或者电流互感器饱和造成保护误动。南瑞继保公司RCS978系列保护装置在传统的差动保护基础上另外又增加了工频变化量差动继电器，提高了变压器小匝数的匝间短路时的灵敏度，由于制动系数取得较高，在发生区外各种故障、功率倒方向、区外故障中出现TA饱和与TA暂态特性不一致等状态下也不会误动作。使得保护的安全性与灵敏度同时得到了兼顾。

工频变化量比率差动保护的动作方程为:

理论上，工频变化量比率差动制动系数可取较高的数值，这样有利于防止区外故障时电流互感器饱和等因素所造成的差动保护误动。

变压器工频变化量比率差动继电器的动作特性见图7所示，阴影部分为动作区。

工频变化量比率差动继电器的特点:

(1)负荷电流对它没有影响。对于稳态量的比率差动继电器，负荷电流是一个制动量，会影响内部短路的灵敏度。随着内部故障严重程度的增大，其灵敏度会下降。

(2)受过渡电阻影响小。

(3)由于上述原因工频变化量比率差动继电器比较灵敏。提高了小匝数的匝间短路时的灵敏度。由于制动系数取得较高，在发生区外各种故障、功率倒方向、区外故障中出现TA饱和与TA暂态特性不一致等状态下也不会误动作。使得保护的安全性与灵敏度同时得到了兼顾。

图8为变压器发生小匝间短路时的实际波形图，可以看出，当变压器C相发生1.5%的匝间短路故障时，常规差动保护(图中直线2)不会动作，而工频变化量差动保护(图中曲线1)要灵敏得多，会正确动作。

(4)不必输入定值。从工频变化量的比率差动保护的动作方程式中可以看出，工频变化量比率差动保护中不必输入定值，其固定门槛与浮动门槛由其他公式得出，是公司的专利技术，在此不作讨论。

3 超高压输电线路保护中的工频变化量差动继电器和阻抗继电器

3.1 输电线路电流纵差保护的主要问题

当重负荷情况下线路内部经高电阻接地短路时，常规保护的灵敏度可能不够。由于负荷电流是穿越性的电流，它只产生制动电流而不产生动作电流，而此时经高电阻短路，短路电流小而制动电流大，因此保护装置的灵敏度会下降。采用工频变化量比率差动继电器可以有效地解决输电线路的这个老大难问题。

工频变化量分相差动继电器的构成:

工频变化量分相差动继电器的动作特性见下图9。

工频变化量差动继电器的特点:①不受负荷电流的影响。因此负荷电流不会产生制动电流;②受过渡电阻的影响也较小;③在单侧电源线路上发生短路，只要短路前有负荷电流，短路后无电源侧的工频变化量电流也会形成动作电流;

由于上述原因该继电器很灵敏。提高了重负荷线路上发生经高电阻短路时的灵敏度。

3.2 工频变化量阻抗继电器的构成:

用于构成快速的距离Ⅰ段

其动作方程为:

工频变化量阻抗继电器的特点:①保护过渡电阻的能力很强，该能力有很强的自适应能力。②由于?驻?砖∑与?驻?砖相位相同，所以过渡电阻附加阻抗是纯阻性的。因此区外短路不会超越。③正向出口短路没有死区。④正向出口短路动作速度很快。保护背后运行方式越大，本线路越长，动作速度越快。⑤系统振荡时不会误动，不必经振荡闭锁控制。⑥适用于串补线路。

南瑞继保公司的RCS931系列保护装置中采用工频变化量距离继电器自适应能力的浮动门槛，对系统不平衡和干扰具有极强的预防能力，因而测量元件能在保证安全性的基础上达到特高速，起动元件有很高的灵敏度而不会频繁起动。由于工频变化量距离继电器动作速度非常快，现场曾有3ms动作出口的记录，因而工频变化量距离I段与纵联电流差保护一起构成线路的主保护。

4 结论

工频变化量保护原理先进、构成简单，便于在微机保护中实现，而且不受负荷电流、非全相运行等方式影响，抗干扰性能非常突出、自适应能力极强，最突出的特点是动作灵敏可靠而速度非常快，在继电保护领域具有很强的竞争优势，是我国继电保护工作者智慧的结晶，体现了我国继电保护的独特风格和先进的技术水平。

参考文献

[1]戴学安.继电保护原理的重大突破综论工频变化量继电器.新技术新产品，1995

[2]沈国荣.工频变化量方向继电器原理的研究.电力系统自动化，1983，7(1).

篇6

【关键词】断路器；合闸回路；分闸回路；防跳回路

1 断路器的典型控制回路控制原理

本文以南瑞公司RCS-941A的断路器控制回路为例，说明断路器控制回路的基本原理和使用该回路对断路器进行各种操作的方式，RCS-941A断路器的控制回路如图1。

图1 高压断路器控制回路展开图

TWJ1～TW3-跳闸位置继电器；HBJ-合闸保持继电器；TBJV-防跳闭锁继电器；S1～S3-短接端子；HJ-重合闸继电器；1LP2-重合闸出口压板；HYJ1、HYJ2-合闸压力继电器；KKJ-双位置继电器；TYJ1、TYJ2-跳闸压力继电器；TJ-保护跳闸继电器；1LP1-保护跳闸出口压板；TBJ-跳闸保持继电器；HC-合闸线圈；TQ-跳闸线圈；QF1、QF2-断路器的辅助接点

1.1 合闸操作

断路器的合闸操作分为手动合闸和自动合闸两种，以手动合闸为例，分析断路器的合闸操作过程。合闸操作前断路器处于分闸状态，此时断路器的辅助触点QF1在闭合状态。就地手动合闸操作时，按下断路器操作箱上的“合闸”按钮，这时端子“1D40”与正电源导通，电路（+）-1D40-D3-HYJ1-TBJV-HBJ-QF1-HC-（-）接通。此时HBJ线圈励磁，HBJ的接点接通，HBJ继电器自保持，回路（+）-HBJ接点-TBJV-HBJ线圈-QF1-HC-（-）接通，该回路在断路器完成合闸前自保持。断路器合闸后断路器的辅助触点QF1断开，QF2闭合。QF1断开切断了合闸回路的电源，避免合闸线圈HC长期通电和烧毁。QF2闭合，使电路（+）-HWJ1-HWJ2-R11、12-QF2-TQ-（-）接通，合位继电器HWJ1、HWJ2励磁，发合闸信号。

如果线路重合闸投入，线路发生故障断路器跳开后，保护装置控制重合闸动作，重合闸继电器HJ接点闭合，电路（+）-HJ接点-1LP2-TBJV-HBJ-QF1-HC-（-）接通，使合闸保持继电器线圈励磁，之后的动作跟手动合闸一样。

1.2 分闸操作

断路器的跳闸操作分为手动跳闸和自动跳闸两种，就地“手动分闸”操作，按下断路器操作箱上的“分闸”按钮，端子1D35与正电源导通，此时电路（+）-1D35-D1-TYJ1（TYJ2）-TBJ-QF2-TQ-（-）接通，跳闸保持继电器TBJ励磁，TBJ接点接通，电路（+）-TBJ接点-TBJ线圈-QF2-TQ-（-）接通。TBJ自保持，使断路器的跳闸线圈励磁，断路器跳闸后，TQ断开，切断跳闸回路，同时HC励磁，使电路（+）-TWJ1-TWJ2-TWJ3-R9，R10-QF1-HC-（-）接通，TWJ线圈励磁，发断路器分闸信号。若线路在运行时发生故障，保护装置使保护跳闸继电器的接点TJ闭合，电路（+）-TJ接点-1LP1-TYJ1（TYJ2）-TBJ-QF2-TQ-（-）接通，TBJ线圈自保持，之后的动作跟手动分闸一样，将断路器跳闸。

1.3 防跳闭锁功能的实现

当断路器在分闸位置需要合闸时，按下“合闸”按钮，此时断路器合闸，但由于线路有故障，继电保护使TJ接点闭合，跳闸回路接通，此时TBJ线圈励磁，TBJ与TBJV节点并联的接点闭合，由于合闸信号没有接触，回路（+）-1D40-TBJV-TBJ-R7，R8-（-）接通，TBJV线圈励磁，使TBJV常开触点闭合，TBJV常闭触点断开，常开触点闭合的作用是使线圈TBJV自保持，断路器跳开后，QF2断开，TBJ回路断开，TBJ触点断开，由于TBJV通过其常开触点闭合，断路器跳开后，若合闸信号任为解除，回路（+）-1D40-TBJV线圈-TBJV触点-R7，R8-（-）回路仍然保持接通。TBJV常闭触点断开断开了合闸回路，使断路器不能合闸，实现了防“跳跃”闭锁功能。

1.4 控制回路的监视

控制回路的监视是由跳闸位置继电器TWJ和合闸位置继电器HWJ实现的。HWJ接于跳闸回路，该回路在开关跳闸线圈之前串有断路器常开辅助触点。当开关在合位时，其常开辅助触点闭合，HWJ线圈带电，HWJ=1表明开关合位。TWJ在合闸回路中，该回路在开关合闸线圈之前串有断路器常闭辅助触点。当开关在分位时，其常闭辅助触点闭合，TWJ线圈带电，TWJ=1表明开关分位。合位继电器是用来监视跳闸回路完好性的，而跳位继电器是用来监视合闸回路完好性的。正常状态下，TWJ和HWJ中仅有一组励磁，若TWJ和HWJ都不励磁，则说明控制回路电源出现了故障。

2 断路器的典型控制回路中各主要元件的作用

2.1 TWJ/HWJ位置继电器

TWJ/HWJ位置继电器的不仅能用来提供开关位置指示，还可以用来监视控制回路是否断线和控制电源是否完好。

开关在分位时，电路（+）-TWJ1-TWJ2-TWJ3-R9，R10-QF1-HC-（-）接通，TWJ线圈励磁，发断路器分闸信号。此时虽然合闸线圈HC带电，但由于TWJ为电压线圈，线圈本身电阻大，再加上回路中串入的电阻，整体电阻为20～40kΩ，而合闸线圈为电流线圈，阻值很小，虽然整个合闸回路是导通的，但因为控制回路电压大部分加在TWJ上，TWJ部分电阻很大，电流很小，不足以使合闸线圈动作。TWJ线圈上串联的电阻，也是为了防止TWJ线圈击穿短路，导致合闸线圈误动。当手动或遥控合闸时，合闸回路接通相当于直接将TWJ短接，电压直接加在合闸线圈上，使线圈动作，HWJ回路同此基本一致。

2.2 KKJ双位置继电器

KKJ继电器是一个双圈保持的双位置继电器。该继电器有一个动作线圈和一个复归线圈。动作线圈励磁时，接点闭合，失电后接点也会维持在闭合状态，直至复归线圈上加上一个动作电压，接点才返回，返回后线圈失电，接点也会维持在打开状态。手动/遥控合闸的同时控制回路启动KKJ的动作线圈，手动/遥控分闸时启动KKJ的复归线圈，而保护跳闸时是不启动复归线圈的。将TWJ的常开接点与KKJ的常开接点串联，利用KKJ保护跳闸时不启动复归线圈，KKJ状态与断路器状态不对应来实现原合后位置接点的功能。

2.3 合闸保持继电器HBJ和跳闸保持继电器TBJ

要保证断路器合闸成功，必须保证使合闸回路中的电流持续一定的时间以启动合闸线圈。遥控合闸时，合闸脉冲持续时间比较短，若合闸脉冲在合闸线圈启动之前消失，则合闸操作就会失败，所以就在合闸回路中加入了合闸保持继电器HBJ，依靠HBJ的自保持回路，保证在断路器合闸操作完成之前，断路器的合闸回路一直保持导通状态，确保断路器能够完成合闸操作。跳闸保持继电器TBJ在跳闸时自保持作用与HBJ在合闸时所起的作用一样，同时TBJ在合闸于预伏性故障时还能启动TBJV线圈，从而启动防跳功能。

2.4 合闸压力锁继电器HYJ和跳闸压力继电器TYJ

当压力低时，断路器不能切断电弧，如果此时对断路器进行操作就会引起事故。压力继电器的作用是在压力低时，断开跳＼合闸回路，禁止对断路器的操作，防止事故的发生。

2.5 TJ保护跳闸接点和HJ重合闸接点

TJ是当线路出现故障时，由继电保护装置控制的保护跳闸接点，HJ是当线路跳闸后，若线路重合闸功能投入，进行重合闸的接点。当线路出现故障时，TJ接点导通，跳闸回路接通，重合闸时，HJ所在回路接通，断路器合闸。

3 总结

本文以RCS-941A操作回路为例介绍了断路器的合闸回路、跳闸回路、“防跳”回路以及断路器位置监视回路的实现原理以及回路中主要继电器的功能。该回路利用TWJ、HWJ指示断路器的跳合闸状态并能监视控制回路和跳合闸回路的完好性；TBJ和TBJV配合完成断路器的防跳功能，在合闸于预伏性故障的线路上时能自动断开合闸回路，防止断路器“跳跃”，同时该回路中的TYJ和HYJ在压力低时，对操作回路进行闭锁。

【参考文献】

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[关键词]发电机；失磁保护；误动作；分析；处理

中图分类号：TM31 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）14-0340-01

1 失磁保护动作原理及接线

阻抗元件用于检出失磁故障；母线低电压闭锁（起动）元件用于防止保护装置在其它异常运行方式下误动作，保障系统安全。阻抗元件SCJ采用下抛圆特性阻抗继电器，其定值可按静稳边界或异步边界整定，失磁继电器（SCJ）的型号为BZ-9型失磁阻抗继电器，灵敏角为270°，稳定极限角为60～90°，延时跳闸1～2秒。母线低电压元件1YJ采用发电机母线低电压（实际接线采用#1主变低压侧电压，反映系统高压侧母线三相同时低电压）作闭锁条件，其动作电压值，按稳定运行条件决定的临界电压整定，（这时低电压的动作值应按发电机低励磁时的低电压灵敏度来整定）。三相低电压继电器（1YJ）型号为BY-25，上述继电器皆由许继生产。保护跳闸回路如图1。从中可以看出失磁继电器SCJ接点是与三相低电压继电器1YJ接点串联经时间继电器SJ延时后跳发电机出口开关的。即三相低电压继电器1YJ起闭锁作用，以防失磁保护误动作。

2 失磁保护误动历史记录及其处理过程：

1#发电机失磁保护从投运以来几次发生误动作，其具体情况如下：

（1）3月11号，#1机满负荷运行中，有功32MW，无功23MW。在13：30左右，“失磁保护”，“过电压保护”动作跳机，当时认为是误动作，立即起机后运行正常。

（2）5月8日A厂四台机组满负荷运行中，在16：30左右，1#机出现“母线低电压，不能同期”报警，系统电压信号大幅波动一下，运行人员检查系统电压正常，通过电气检修人员到现场未发现异常。17：37分左右，1#机“失磁保护”动作，失磁继电器SCJ报警灯XD1，跳闸灯XD2灯亮，发电机甩负荷解列，机组转轻油维持全速空载。检修人员现场检查后发现1#主变低压侧PT二次回路在控制盘上A相保险熔断，随即更换，测量电压正常后，1#机于17：59分重新并网，并网时又出现了一次系统电压信号的大幅波动。20：311#机再次因失磁保护动作使发电机解列，机组转轻油全速空载，检修人员现场检查发现1#主变低压侧PT二次绕组在控制盘上B相保险接触不好，对其更换后于20：54重新并网。并网时再次出现了系统电压信号的大幅波动。21：551#机再次出现失磁保护动作，发电机解列，燃机转轻油全速空载，检修人员随即赶到现场检查PT二次三个保险是好的；但A相电压偏低，于是拉出了PT高压柜，检查高压保险完好。继续检查PT二次回次插头，发现有2个弹片松脱，不能自动回弹，使用螺丝刀把所有弹片都拨到正常位，又用清洗济擦洗几遍，重新插好插头，测量空气开关两侧电压正常，保护盘PT电压正常，随后重新开机并网正常运行。初步分析认为：1#机PT柜二次插头年限长，触点弹片松脱，触头似接非接，造成电压波动，回路冲击，将保险熔断，乃至发展到触头干脆完全脱开，电压消失，导致失磁保护动作，跳开发电机出口开关。

（3）9月15日#1机组在满负荷状态运行中，8：051#发电机失磁保护动作跳开发电机出口开关，检修人员立即赶到现场检查，认真记录下保护动作情况和跳机前后发电机定、转子回路电压、电流情况和功率变化情况，认为跳机前后发电机功率、电压、电流及振动皆正常；励磁系统也无任何异常，发电机出口开关跳开后，发电机电压三相平衡指示正常，特别是三相低电压继电器未动作，初步分析是误动作，于是解除该保护重新启动并网后运行正常。

3 故障分析判断及处理

根据以上多次误动作情况，初步分析认为有下列原因导致上述结果：

（1）失磁继电器SCJ报警与跳闸回路有可能接错线了，使得三相低电压继电器1YJ不起闭锁作用。（2）PT二次回路插头接触不良。（3）失磁继电器SCJ有瞬时性故障。电气检查人员晚上停机后按以上分析进行校验立即对该保护进行了校验，未发现任何问题。经过大家讨论认为只校验失磁继电器定值是不充分的，应对整个失磁保护回路进行检验，经过仔细检查发现三相低电压继电器1YJ接点并未与失磁继电器SCJ跳闸接点相串联，根本就没有接入，这样当失磁继电器SCJ由于各种各样的原因误动作时，由于没有三相低电压继电器1YJ的闭锁，就会发生误动作。可以这样说，电厂发生的这些次失磁保护满负荷动作跳闸的事故，如果串联了三相低电压继电器1YJ的接点后就都可以避免---原因是不论任何原因当一相失去电压后，三相低电压继电器1YJ是不会动作的，从而可以有效地避免了整个失磁保护的误动作。按照以上分析试验，对失磁保护接线重新进行了布线，把失磁继电器SCJ跳闸接点与三相低电压继电器1YJ接点串联后出口，加入电压电流使失磁继电器SCJ动作，同时人为模拟电压回路二次保险A相失电（拔出A相保险）三相低电压继电器1YJ不动作，失磁保护未出口，说明三相低电压继电器1YJ起到了闭锁作用。整套失磁保护投入运行后正常。

4 改进措施及经验教训

（1）引起故障扩大化的原因是三相低电压继电器1YJ接入未串入跳闸回路，但引起故障的直接原因可能是失磁继电器SCJ的瞬时性故障，为此及时更换了失磁继电器SCJ。

（2）失磁保护动作后灭磁加路未动作，发电机电压正常。这种接线方式不妥，有可能在l电机解列时过电压，损坏发电机，为此应在下次大修时，把失磁保护动作联跳灭磁回路加入（电厂其余几台发电机失磁保护动作后都联动灭磁）。

（3）完善继电保护传动试验方法。尽管失磁继电器SCJ和三相低电压继电器1YJ等各个继电器完好，定值准确，但在传动校验该保护时，断开了系统电压，直接在失磁继电器SCJ端子排上加电压电流，而三相低电压继电器1YJ未加压起到闭锁作用，整套保护能够正常动作出口，误认为接线回路完好正确，导致这一隐患持续十余年而未被发现。正确的方法是在端子排上断开外部CT，PT线，直接在端子上加电压电流，跳闸压板分别对应投入，再进行传动试验。这一发电机失磁保护屡次误动作既是当初安装人员疏漏，也是相关检测方法不当，特别是当发现有可能误动作的一个原因后，就充满下结论认为就是根本原因，从而未能深入查找根本原因所致。作为发电机重要的保护之一，我们在今后工作中应当认真总结经验，完善工作方法，努力加以避免。

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【关键词】RC电路；时间继电器；电动转辙机；挤岔报警

1.现状分析

现代铁路用道岔电动转辙设备都有挤岔报警装置，当道岔挤住东西不能转动到位时，在控制台处通过响铃或语音报警通知操作人员道岔现在挤岔、需要及时处理。而在操作人员没有处理的情况下，电动转辙机一直处于摩擦转动状态，此状态直接影响电机的使用寿命，严重的话会直接烧毁电机。鉴于此种情况，本研究课题的目的就是转辙机的保护装置，可以通过设备来保护电动转辙机。

为保护电动转辙机不被烧毁只需要把动作电切断就可以实现，如何在挤岔的情况下切断动作电就是需要研讨的方向。

2.解决思路

以微机联锁系统为例：挤岔报警是通过系统记录某组道岔失去表示后，一定时间内（单动单机牵引10秒左右）道岔仍没有表示则报挤岔报警。该电路系统可通过增加一个接口，由系统提供一个开关量控制继电器，进而控制电动转辙机的动作电源。所以不同的系统有不同的实现方式，在这里我们探讨一种简单通用的方式，能够适用于所有的电动转辙机。

3.具体方案及原理分析

3.1 RC电路原理

RC电路是由电阻R、电容C、电动势E与开关K彼此相互串联构成的有源闭合回路，当开关K合上后，一段时间内，电路中有电流I通过，电动势E通过电阻R向电容C充电，电容器上的电压Uc逐渐升高，因R、C、E是常量，而Uc、I是变量，故根据回路电压定律，可得：

E=I*R+Uc （1）

因为t时间内，电路中任意横截面上的平均电流等于电量的变化量，即I=dQ/dt，也就是说电流I是电容C上的电荷Q对时间t的导数。另根据电容器的定义，Q=CUc，因此：

I=dQ/dt=d（CUc）/dt=CdUc/dt （2）

用（2）式代入（1）式得：

E=RCdUc/dt+Uc （3）

将方程（3）进行分离变量得：

dUc/（E-Uc）=dt/RC，两边积分：

（4）

对于（3）式一个含有未知函数Uc（t）的微分方程，其初始条件，开关K刚合上的瞬间时t=0，这时电容器上的电压变化量Uc为零，即：

（Uc/t=0）=0 （5）

其中a是任意常数，把初始条件（4）式代入（5）式得a=-LnE，把a的值代入（5）式得-Ln（E-Uc）=1/RC.t-LnE，整理可得；

LnE-Ln（E-Uc）=（1/RC）*t （6）

即：

t=RC*Ln[E/（E-Uc）] （7）

对（7）式去对数，变为E/（E-Uc）=et/rc，最后得到Uc=E（1-1/et/rc）。可见，电容器两端电压的变化与时间的指示函数e-t/RC有关，电容器充电速度与R和C的大小有关，即C越大，充至同样电压所需的电荷越多，Uc上升的也就越慢，R越大，充电电流就越小，Uc上升也就越慢。

3.2 方案设计

继电器是电子电路中常用的一种元件，一般由晶体管、继电器等元器件组成的电子开关驱动电路中，往往还要加上一些附加电路以改变继电器的工作特性或起保护作用。继电器的附加电路主要有如下三种形式：

（1）继电器串联RC电路：电路形式如图1所示，这种形式主要应用于继电器的额定工作电压低于电源电压的电路中。当电路闭合时，继电器线圈由于自感现象会产生电动势阻碍线圈中电流的增大，从而延长了吸合时间，串联上RC电路后则可以缩短吸合时间。原理是电路闭合的瞬间，电容C两端电压不能突变可视为短路，这样就将比继电器线圈额定工作电压高的电源电压加到线圈上，从而加快了线圈中电流增大的速度，使继电器迅速吸合。电源稳定之后电容C不起作用，电阻R起限流作用。

（2）继电器并联RC电路：电路形式见图2所示，电路闭合后，当电流稳定时RC电路不起作用，断开电路时，继电器线圈由于自感而产生感应电动势，经RC电路放电，使线圈中电流衰减放慢，从而延长了继电器衔铁释放时间，起到延时作用。

（3）继电器并联二极管电路：电路形式见图3所示，主要是为了保护晶体管等驱动元器件。当图中晶体管VT由导通变为截止时，流经继电器线圈的电流将迅速减小，这时线圈会产生很高的自感电动势与电源电压叠加后加在VT的c、e两极间，会使晶体管击穿，并联上二极管后，即可将线圈的自感电动势钳位于二极管的正向导通电压，此值硅管约0.7V，锗管约0.2V，从而避免击穿晶体管等驱动元器件。并联二极管时一定要注意二极管的极性不可接反，否则容易损坏晶体管等驱动元器件。选用第二种方案即可实现该功能，相应电路如下：

原理分析：图4为时间继电器时间控制部分及时间继电器线圈，图5为时间继电器控制的电动转辙机动作回路。现在状态为常态，当转动道岔时，一启动继电器吸起，时间继电器失电，由RC单元电容放电保持时间继电器吸起，延时一段时间后，时间继电器落下，切断电动转辙机动作回路以起到保护作用。切断动作回路后一启动继电器落下，时间继电器通过1、2线圈吸起，RC单元进行充电，回到初始状态。

其原理为电路闭合后，当电流稳定时RC电路不起作用，断开电路时，继电器线圈由于自感而产生感应电动势，经RC电路放电，使线圈中电流衰减放慢，从而延长了继电器衔铁释放时间，起到延时作用。

而根据不同型号电动转辙机的动作时间不同，则可以根据改变RC单元R、C与继电器线圈的组合来调整时间继电器失电后的落下时间。

4.结束语

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【关键词】断路器，比较

众所周知，断路器是电力系统中重要的一次设备。目前国内生产厂家很多，其灭弧原理、操作机构和控制回路也是多种多样，各有特点，尤其是防跳回路的设计更是千差万别。如何把控制回路和防跳回路很好地结合起来，是工程技术人员最关心的问题。本文根据多年的现场经验和应用实践，对目前比较流行的防跳回路接线和原理给予介绍，并就应用中出现的问题进行探讨。

1 防跳继电器工作原理

当断路器合 闸于永久性故障电路时继电保护动作，断路器跳闸；若此时断路器合闸命令仍未解除，断路器将再次合闸，这样断路器反复合分一合分称为断路器跳跃。跳跃情况的发生，可能致使断路器爆炸，所以必须针对断路器可能发生的合闸跳跃问题装设防止跳跃装置，即防跳装置 。

断路器的电气防跳，主要通过在断路器分合闸回路中设置防跳回路 。回路是 由防跳继 电器来实现的，防跳继电器有两个线圈，一个是电流启动线圈，一个是电压保持线圈。电流线圈串联在跳闸回路中，以便当继电保护动作于跳闸时，使防跳继电器可靠地启动。电压线圈的并联在断路器的合闸回路中，主要作用是在保护动作后可靠地切断合闸回路，防止断路器再次合上。

以 301断路器为例说明防跳回路的工作原理：如下图1中所示断路器控制回路 中防跳继电器一KTB的电流线圈串接在跳闸回路中；电压线圈则通过本身的常开触点（一KTBV）接入合闸回路。断路器分闸过程中，继电保护动作，其触点TJ闭合，断路器跳闸，并启动防跳继 电器电流线圈一KTBI。若合闸按钮未复归或其触点被卡住，而防跳继电器电流线圈的触点一KTBI2已经闭合，致使一KTBV的电压线圈带电，起自保持的作用。另外，电压线圈带 电后其触点一KTBV断开，能避免合闸线圈一YA1再次导通，也就防止了断路器发生“跳跃”。

跳闸回路中设置的自保持回路也通过防跳继电器电流线圈的触点来实现。自保持回路的作用，是为了防止保护出口继电器TJ的触点被烧坏。因为自动跳闸时，TJ的触点可能较断路器辅助触点一S先断开，以致被电弧烧坏。由于防跳继电器电流线圈的触点一KTBI1与它并联，即使TJ的触点先断，也不会被烧坏，而且还有跳闸出口存在，从而实现了跳闸回路的自保持。

2 防跳回路的典型接线

常用防跳回路有串联式防跳回路、并联式防跳回路、弹簧储能式防跳回路、跳闸线圈辅助接点式防跳回路等。国产断路器多采用串联式防跳回路断路器多采用并联式防跳回路。其中串联式防跳回路最合理， 应用也最广泛， 它除具有防跳功能外， 还具有防止保护出口接点断弧而烧毁的优点， 这也是应用微机保护装置不可缺少的技术条件。其他防跳回路只具有防止断路器跳跃的功能， 跳闸线圈辅助接点式防跳回路在执行防跳功能时， 跳闸线圈长期带电有可能烧毁。

2.1 串联式防跳回路

所谓串联式防跳， 即防跳继电器TBJ由电流启动， 该线圈串联在断路器的跳闸回路中。电压保持线圈与断路器的合闸线圈并联。当合闸到故障线路或设备上，则继电保护动作， 保护出口接点TJ 闭合，此时防跳继电器TBJ 的电流线圈启动， 同时断路器跳闸，TBJ 的常闭接点断开合闸回路，另一对常开接点接通电压线圈并保持。若此时SK （5—8）或HJ 接点不能返回而继续发出合闸命令， 由于合闸回路已被断开， 断路器不能合闸， 从而达到防跳目的。另外，当TBJ 启动后， 其并联于保护出口的常开接点闭合并自保， 直到“逼迫”断路器常开辅助接点变位为止，有效地防止了保护出口接点断弧。串联式防跳回路，如图2 所示。

2.2 并联式防跳回路

所谓并联式防跳， 即防跳继电器KO 的电压线圈并联在断路器的合闸回路上（如图3 所示）。例如一个持久的合闸命令存在时， 合闸整流桥输出经Y3，S2，S3，S1，KO （2—1） 接通。断路器合闸后， 并联在合闸回路的辅助接点S3′闭合， 启动防跳继电器KO，KO接点即由2—1位置切换到4—1位置， 断开合闸回路并保持。若此时线路或设备故障，继电保护动作跳闸。但由于合闸回路已可靠断开， 从而防止了开关跳跃。

2.3 弹簧储能式防跳回路

如图4，当一个持久合闸命令到来时， 合闸电流经SK 或HJ 通过S3，K1，K1，S2，S1，YA1接通开关合闸。合闸后弹簧机构开始储能，并联在合闸回路的弹簧储能辅助开关S3常闭点接通防跳继电器K1，K1的常开点自保，常闭点断开合闸回路。若此时线路或设备故障，继电保护动作跳闸，由于合闸回路已可靠断开，有效地防止了开关跳跃。

2.4 跳闸线圈辅助接点式防跳回路

如图5 所示， 在合闸过程中出现短路故障时， 保护装置使断路器跳闸， 由跳闸线圈操动的常开辅助接点TQ 2 闭合， 保持跳闸线圈继续通电。跳闸线圈的常闭辅助接点TQ 1 断开， 切断合闸回路， 如果此时合闸命令继续存在， 也不会使断路器再次合闸。合闸命令解除后， 跳闸线圈失电， 接线恢复原来状态。

3 减少断路器防跳继电器烧毁故障防范措施

由于断路器防跳回路电流启动电压保持特性，在断路器辅助触点工作不正常等原因情况下极易烧毁防跳继电器和分闸线圈。可采取如下措施：

（1）定期进行断路器分合闸动作电压试验，并检查机构的抬杠、主轴、各转动部件及轴销，还要检查掣子的扣入深度，分闸铁心的行程，防止机构松动影响断路器动作可靠性。

（2）紧急分闸杆应连接在断路器外面，一旦不能远方电动分闸，应从柜外面进行手动紧急分闸。

（3）远方电动操作断路不能分闸，应马上断开断路器操作电源，防止长期加电烧毁线圈。

（4）对断路器控制回路进行改造，将防跳回路仅设置在合闸回路中，避免分闸时防跳继电器烧毁情况发生。

4 结语

综上所述，高压断路器是电力系统中的重要一次设备，且连接类型也是多种多样，在高压电气设备中有着重要的作用。因此，如何有效地防止防跳继电器烧毁情况是我们应当关注的重要问题。

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【关键词】变压器；差动保护；故障；措施

前言

随着电力事业的发展，超高压输电线路在我国的建设越来越普遍，大容量超高压的大型电力变压器的应用也随之扩大，这就要求变压器保护不仅可靠，而且要快速。但是变压器保护的发展远远落后于系统发展的速度，据统计目前变压器保护动作正确率普遍不高，有时候会出现一些原因不明的误动，传统的保护原理、保护方法面临严峻的挑战。因此研究出可靠的判据，防止变压器保护误动，具有较大的理论和工程应用价值。因此，本文重点分析变压器差动保护的基本原理、差动保护误动作的原因以及防范措施。

一、差动保护的基本原理

变压器的主保护一般选用电流纵差动保护，其不但能够正确区分区内外故障，而且不需要与其他元件的保护配合，可以无延时的切除保护区内各种故障，具有很多优良特点。图1所示为双绕组单相变压器纵差动保护的原理接线图，i1、i2分别为变压器一次侧和二次侧的一次电流，参考方向为母线指向变压器；、为相应的电流互感器二次电流。

根据上式，正常运行和变压器外部故障时，差动电流为零，保护不会动作；如果变压器内部任何一点故障时，包括电流互感器与变压器之间的引线，只要故障电流大于差动保护继电器的动作电流时，差动保护就可以迅速动作。

当变压器电流互感器饱和、变压器变比调整等时，差动保护会产生不平衡电流。针对不同状况引起的不同的不平衡电流，需要引入制动电流，使差动保护不误动作。根据制动电流与差动电流比值大小来判断保护是否动作，这种判据方法称为比率差动。差动保护要根据变压器变比及各侧电流互感器变比将各侧二次电流进行折算，使差动电流能真实反映实际一次差动电流。

二、差动保护误动的原因

变压器差动保护装置的准确动作依赖于保护正确的整定值与正确的接线。由于变压器各侧的绕组接线方式、电压等级、电流互感器的型号、比率都不同，而且主变压器的短路电流、励磁涌流、铁芯饱和等诸多因素的影响，使变压器差动保护取样的不平衡电流值可达到一个较大的数量级数值，尤其是在整定值不匹配或者保护接线不正确的情况下，产生的不平衡电流将大于保护的整定值，此时就会造成误动，就会对电网运行带来严重的危害。

变压器差动保护误动的原因很多，下面给出一些常见的误动作原因：

（1）常见原因是变压器分接头调整问题，一般变压器高压绕组有调压分接头，有的还要求变压器能够有载调压，此时会导致不平衡电流增大，当大于保护的整定值时就会造成保护误动；

（2）由变压器涌流引起的差动保护误动事故也较常见，一般情况下变压器铁芯没有饱和，其工作在线性区域，此时励磁电流较小，差动保护一般不会误动，但在一些过渡过程中或变压器带有冲击负荷时，变压器的铁芯就会出现饱和现象，产生几倍甚至十几倍额定电流的励磁涌流，容易引起变压器差动保护误动；

（3）变压器如果在保护区外发生故障时，变压器一次侧电流的非周期分量较大，如变压器各侧的电流互感器饱和特性不一样，易引起某一侧的电流互感器饱和，产生暂态不平衡电流，可能会引起差动保护误动。在外部故障切除过程中，由于电流互感器的局部暂态饱和也可能会引起差动保护的误动；

（4）在稳态过励磁情况下，变压器也会有励磁电流剧增的状况出现，就会引起差动保护非选择性的误动；

（5）如果变压器内部匝间轻微有故障时，虽然流过短路环的电流很大，但流入差动回路的电流可能很小，可能小于保护的整定值，此时就会影响到差动保护的灵敏动作。

在一般变电站中，差动保护是主变压器的主保护，其安全可靠性对变压器保护影响最为关键。变压器的差动保护在变压器正常运行和区外故障时，理想状况下流入差动继电器的电流为零，保护装置不动作。但是在工程中变压器在正常运行或区外故障时都有可能产生较大的不平衡电流，不平衡电流有可能大于差动保护的整定动作值，就可能引起变压器差动保护的误动作。

三、差动保护误动作防预措施

变压器差动保护误动作会给电网安全稳定运行造成很大威胁，同时也会造成巨大的经济损失，所以必须对变压器差动保护采取防预措施。

（1）变压器差动保护的电流互感器应选用D级电流互感器。如果工程运行中的差动保护已选用了其他型号的电流互感器，为了消除不平衡电流，变压器两侧的电流互感器应按10%误差曲线选择，而且在整定变压器差动继电器的动作电流时要引入同型号系数Ktx，修正型号异同的影响，以防止继电器误动；

（2）电力系统中运行的变压器差动保护装置通常采用DCD-2型差动继电器DCD-2型差动继电器是由DC-11/0.2型电流继电器和带短路线圈的速饱和变流器组成的，变压器励磁涌流带来的不平衡电流影响能够被其短路线圈可靠地消除；

（3）在变压器正常运行和保护区外故障时，尽量减少差动电压，减少稳态时的不平衡电流，防止继电器误动；

（4）改进差动继电器，比如更换容量较大的继电器接点、增长继电器接点距离等，可以有效解决继电器合闸时的击穿问题，防止继电器误动；

（5）在变压器运行过程中，要定期检查差动继电器的工作状况是否正常。运行维护人员要定期检查变压器差动保护的工作状况，及时发现潜在问题，做好预防措施。

正确应用变压器的纵联差动保护是电力系统安全生产的重要保障之一，运行中对差动保护要求有很高的可靠性。变压器的结构复杂，特点独特，因此必须严格按规程要求认真分析变压器运行的各个细节，全面了解变压器纵联差动保护的原理与特点，采取相应措施，合理选择变压器电流互感器，提高和增强继电保护运行人员的技术水平和责任心，杜绝事故发生，确保差动保护可靠动作，从而保证变压器可靠运行。

四、结束语

本文总结了变压器差动保护误动作的几种典型原因，并介绍了差动保护误动作的防治措施。大量研究表明：差动保护原理应用于变压器不够完善，因为变压器不同于输电线路，不适用基尔霍夫电流定律，因为变压器不是纯电路设备，它是由磁路联系的若干独立电路组成的。因此在工程中要积极研究更为完善的变压器微机保护，严格根据有关规程和导则判断变器的故障性质，以采取合理的措施进行处理，避免事故的发生，以保证变压器的安全、可靠、经济运行。

参考文献：

[1]王维俭.电气主设备继电保护原理与应用[M].北京：中国电力出版社，2002.