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摘要：提出一種用集成電路構成的新型電氣設備斷相保護，當電力系統(tǒng)中的各種主設備、斷路器以及電動機等發(fā)生斷相故障時，能動作發(fā)出信號，必要時亦可動作于跳閘。保護裝置由三個高靈敏度的電流元件和相應的邏輯回路組成，接線簡單，工作可靠，對防止電氣設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)的運行中，曾經(jīng)發(fā)生過由于發(fā)電機變壓器組高壓斷路器一相未斷開而燒壞發(fā)電機的事故，這種故障發(fā)生在斷路器的內部(例如拉桿折斷而跳不開閘等)，此時利用控制屏臺上的信號燈或斷路器失靈保護往往不能反應這種故障，因此運行人員不能及時發(fā)現(xiàn)。
由于一相斷線而引起電動機燒壞的事故，更是屢見不鮮。
本文提出的斷相保護是利用三個高靈敏度的電流元件(最小起動電流為0.1 A)來反應被保護設備的三相電流，當一相或兩相電流為零時保護動作，而當三相均有電流或均無電流時則不動作。即使是在被保護設備空載運行的狀態(tài)下，由輸電線路的電容電流、變壓器或電動機的空載勵磁電流也足以使電流元件可靠動作，因此它實質上是利用鑒別電流的有無來判斷是否發(fā)生了斷相，這一特性是機電型繼電器所難以達到的。構成斷相保護的框圖如圖1。
圖1 電氣設備斷相保護框圖
1 高靈敏度的電流元件［1］
保護中所用電流元件的原理框圖如圖2所示。從被保護設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(調節(jié)定值)后作為比較電路的輸入信號，與門檻電壓進行比較。為了提高動作的安全性，防止干擾信號的影響，設計中考慮了整流后電壓的瞬時值在門檻電壓之上的持續(xù)時間必須2 ms時，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的各點電壓波形如圖3所示。
圖3 電流元件動作時的波形圖
被保護設備正常運行時，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，斷相保護并不動作。此時每相的功率損耗<0.5 VA。
2 保護裝置的邏輯回路
根據(jù)要求，本保護裝置只在被保護設備一相或兩相斷開時才應動作發(fā)出信號，因此采用了如圖1所示的邏輯回路接線。當三相均有電流時，“與非門1”輸出0態(tài)；而當三相均無電流時，“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)，表示保護裝置不動作。只有當任一相或兩相的電流為0時，“與門3”才輸出1態(tài)，經(jīng)延時0.5～2 s后動作發(fā)出信號。增加延時的目的，是為了考慮讓被保護設備的繼電保護與單相重合閘相配合，只在發(fā)生真正的斷相故障時才有選擇性地動作。
3 保護裝置的應用舉例
當被保護的電氣設備每相均裝有電流互感器時，本保護裝置和常規(guī)的電流保護一樣，應分別接入三相，進行按相的電流監(jiān)視和鑒別。當應用于發(fā)電機變壓器組的保護時，應將保護裝置接入高壓側的電流互感器，如圖4所示。
圖4 斷相保護用于發(fā)電機變壓器組時的接線示意圖
對于電動機的斷相保護，由于電動機一般只裝設兩個電流互感器，因此為了反應B相的斷相故障，可采用如圖5所示的接線，此時B相電流元件中流入的電流為IA+IC。當電動機正常運行時，此電流等于-IB，而當B相斷開時，由于在電動機中IA=-IC，因此通過電流互感器反應到二次側B相電流元件中的電流也等于零， 斷相保護能夠正確動作，但此時電流元件的起動電流應躲開由于兩個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TA的各種電氣設備的斷相保護。
圖5 斷相保護用于電動機時的接線示意圖
作者簡介：趙中堂，男，天津大學自動化系副教授，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 天津大學自動化系，天津300
