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摘要：提出一種用集成電路構(gòu)成的新型電氣設(shè)備斷相保護(hù)，當(dāng)電力系統(tǒng)中的各種主設(shè)備、斷路器以及電動機(jī)等發(fā)生斷相故障時(shí)，能動作發(fā)出信號，必要時(shí)亦可動作于跳閘。保護(hù)裝置由三個(gè)高靈敏度的電流元件和相應(yīng)的邏輯回路組成，接線簡單，工作可靠，對防止電氣設(shè)備由于一相或兩相接通而引起的燒毀事故具有重要作用。
在電力系統(tǒng)的運(yùn)行中，曾經(jīng)發(fā)生過由于發(fā)電機(jī)變壓器組高壓斷路器一相未斷開而燒壞發(fā)電機(jī)的事故，這種故障發(fā)生在斷路器的內(nèi)部(例如拉桿折斷而跳不開閘等)，此時(shí)利用控制屏臺上的信號燈或斷路器失靈保護(hù)往往不能反應(yīng)這種故障，因此運(yùn)行人員不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。
由于一相斷線而引起電動機(jī)燒壞的事故，更是屢見不鮮。
本文提出的斷相保護(hù)是利用三個(gè)高靈敏度的電流元件(最小起動電流為0.1 A)來反應(yīng)被保護(hù)設(shè)備的三相電流，當(dāng)一相或兩相電流為零時(shí)保護(hù)動作，而當(dāng)三相均有電流或均無電流時(shí)則不動作。即使是在被保護(hù)設(shè)備空載運(yùn)行的狀態(tài)下，由輸電線路的電容電流、變壓器或電動機(jī)的空載勵磁電流也足以使電流元件可靠動作，因此它實(shí)質(zhì)上是利用鑒別電流的有無來判斷是否發(fā)生了斷相，這一特性是機(jī)電型繼電器所難以達(dá)到的。構(gòu)成斷相保護(hù)的框圖如圖1。
圖1 電氣設(shè)備斷相保護(hù)框圖
1 高靈敏度的電流元件［1］
保護(hù)中所用電流元件的原理框圖如圖2所示。從被保護(hù)設(shè)備的電流互感器取得電流送入中間變流器，從變流器二次側(cè)的電阻上取得電壓，為了限制在短路電流的作用下出現(xiàn)危險(xiǎn)的高電壓，在電阻兩端并聯(lián)了限幅的穩(wěn)壓管。
圖2 電流元件原理接線圖
經(jīng)整流后的輸出再經(jīng)電壓放大(調(diào)節(jié)定值)后作為比較電路的輸入信號，與門檻電壓進(jìn)行比較。為了提高動作的安全性，防止干擾信號的影響，設(shè)計(jì)中考慮了整流后電壓的瞬時(shí)值在門檻電壓之上的持續(xù)時(shí)間必須2 ms時(shí)，才能動作輸出。由于這種輸出信號是每隔10 ms出現(xiàn)一次，因此還需要一個(gè)脈沖展寬12 ms的回路，將它展寬為連續(xù)信號的輸出。剛好符合起動條件時(shí)的各點(diǎn)電壓波形如圖3所示。
圖3 電流元件動作時(shí)的波形圖
被保護(hù)設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，高靈敏度的電流元件一直處于動作狀態(tài)，輸出為“1”態(tài)高電位的信號，斷相保護(hù)并不動作。此時(shí)每相的功率損耗<0.5 VA。
2 保護(hù)裝置的邏輯回路
根據(jù)要求，本保護(hù)裝置只在被保護(hù)設(shè)備一相或兩相斷開時(shí)才應(yīng)動作發(fā)出信號，因此采用了如圖1所示的邏輯回路接線。當(dāng)三相均有電流時(shí)，“與非門1”輸出0態(tài)；而當(dāng)三相均無電流時(shí)，“或門2”輸出0態(tài)。在這兩種狀態(tài)下“與門3”均輸出0態(tài)，表示保護(hù)裝置不動作。只有當(dāng)任一相或兩相的電流為0時(shí)，“與門3”才輸出1態(tài)，經(jīng)延時(shí)0.5～2 s后動作發(fā)出信號。增加延時(shí)的目的，是為了考慮讓被保護(hù)設(shè)備的繼電保護(hù)與單相重合閘相配合，只在發(fā)生真正的斷相故障時(shí)才有選擇性地動作。
3 保護(hù)裝置的應(yīng)用舉例
當(dāng)被保護(hù)的電氣設(shè)備每相均裝有電流互感器時(shí)，本保護(hù)裝置和常規(guī)的電流保護(hù)一樣，應(yīng)分別接入三相，進(jìn)行按相的電流監(jiān)視和鑒別。當(dāng)應(yīng)用于發(fā)電機(jī)變壓器組的保護(hù)時(shí)，應(yīng)將保護(hù)裝置接入高壓側(cè)的電流互感器，如圖4所示。
圖4 斷相保護(hù)用于發(fā)電機(jī)變壓器組時(shí)的接線示意圖
對于電動機(jī)的斷相保護(hù)，由于電動機(jī)一般只裝設(shè)兩個(gè)電流互感器，因此為了反應(yīng)B相的斷相故障，可采用如圖5所示的接線，此時(shí)B相電流元件中流入的電流為IA+IC。當(dāng)電動機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，此電流等于-IB，而當(dāng)B相斷開時(shí)，由于在電動機(jī)中IA=-IC，因此通過電流互感器反應(yīng)到二次側(cè)B相電流元件中的電流也等于零， 斷相保護(hù)能夠正確動作，但此時(shí)電流元件的起動電流應(yīng)躲開由于兩個(gè)TA誤差而產(chǎn)生的不平衡電流。這一接線方式也同樣適用于采用兩個(gè)TA的各種電氣設(shè)備的斷相保護(hù)。
圖5 斷相保護(hù)用于電動機(jī)時(shí)的接線示意圖
作者簡介：趙中堂，男，天津大學(xué)自動化系副教授，從事電力系統(tǒng)自動化方面研究；唐宇，女，碩士生，從事電力系統(tǒng)自動化方面研究；宋從矩，男，天津大學(xué)自動化系教授，長期從事電力系統(tǒng)自動化方面的研究；寧景云，男，高級工程師，從事電力系統(tǒng)自動化方面研究。
作者單位：趙忠堂 唐宇 宋從矩 天津大學(xué)自動化系，天津300
