一种差动保护回路系统的制作方法

1.本实用新型涉及发电设备领域，具体是一种差动保护回路系统。


背景技术：

2.随着社会经济不断发展，越来越多的大型设备被用在工业生产过程中，作为大型设备的动力来源，大容量高压电机被用在生产活动中，高压电机的造价占比显著增加，一旦损坏将造成巨大损失，而且影响生产的间接损失更大。因此，对电机的保护就显得尤为重要。常规直接启动电机保护采用差动保护已形成成熟的系统，非常稳定。但变频电机的保护，对大多数用户来说，仍然不足。往往采用变频运行时摘掉差动保护的运行方式。这样当电机内部短路时就失去了保护。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种差动保护回路系统，能够对变频电机变频运行时进行差动保护。
4.本实用新型的一种差动保护回路系统，包括主电路、旁路和变频电机保护器；
5.主电路包括通过导线依次串接的进线电源开关、计量电流互感器、第一差动电流互感器、零序电流互感器、第一开关、移相变压器、变频器、第二差动电流互感器、第二开关、高压电机和第三差动电流互感器；
6.旁路与第一开关、移相变压器、变频器、第二差动电流互感器和第二开关的所在部分并联，旁路内设有第三开关；
7.进线电源开关、计量电流互感器、第一差动电流互感器、零序电流互感器、变频器、第二差动电流互感器和第三差动电流互感器均连接至变频电机保护器。
8.进一步地，所述变频电机保护器的型号为psm643ux，所述变频电机保护器内设有以太网口、rs485数据接口和gps对时模块。
9.进一步地，所述计量电流互感器和第一差动电流互感器合并采用同一个电流互感器。
10.进一步地，所述第一开关、第二开关和第三开关均为电控开关且接入至所述变频电机保护器并由所述变频电机保护器控制。
11.进一步地，所述第一开关、移相变压器、变频器、第二差动电流互感器、第二开关和第三开关均设置在旁路柜内。
12.本实用新型的有益效果是：本实用新型的一种差动保护回路系统，高压电机工频运行时，旁路中的第三开关闭合，第一开关和第二开关断开，变频电机保护器通过第一差动电流互感器和第二差动电流互感器构成差动保护；高压电机变频运行时，旁路中的第三开关断开，第一开关和第二开关闭合，变频电机保护器通过第二差动电流互感器与第三差动电流互感器构成差动保护，变频电机保护器通过采集开入量实时采集旁路开关接入的位置状态，判别变频高压电机的运行状态，从而对电频电机在变频工作时进行有效地差动保护。
附图说明
13.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述：
14.图1为本实用新型的结构示意图。
15.附图标记如下：dl
‑
进线电源开关、1lh
‑
计量电流互感器、2hl
‑
第一差动电流互感器、3hl
‑
零序电流互感器、4hl
‑
第二差动电流互感器、5hl
‑
第三差动电流互感器、qs1
‑
第一开关、qs2
‑
第二开关、qs3
‑
第三开关。
具体实施方式
16.如图1所示：本实施例的一种差动保护回路系统，包括主电路、旁路和变频电机保护器；
17.主电路包括通过导线依次串接的进线电源开关dl、计量电流互感器1lh、第一差动电流互感器2lh、零序电流互感器3lh、第一开关qs1、移相变压器、变频器、第二差动电流互感器4lh、第二开关qs2、高压电机和第三差动电流互感器5lh；
18.旁路与第一开关qs1、移相变压器、变频器、第二差动电流互感器4lh和第二开关qs2的所在部分并联，旁路内设有第三开关qs3；
19.进线电源开关dl、计量电流互感器1lh、第一差动电流互感器2lh、零序电流互感器3lh、变频器、第二差动电流互感器4lh和第三差动电流互感器5lh均连接至变频电机保护器。
20.进线电源开关dl用于接通或断开电源，第一差动电流互感器2lh检测变频器进线侧三相电流，第一差动电流互感器2lh兼做过流和速断保护取样电流(即实现计量电流互感器1lh的作用)。第二差动电流互感器4lh检测变频器输出端三相电流，第三差动电流互感器5lh检测星点端三相电流，各侧电流互感器二次均采用星形接线，其中第一差动电流互感器2lh的二次电流接入装置的第一组电流通道，第二差动电流互感器4lh的二次电流接入装置的第二组电流通道，第三差动电流互感器5lh的二次电流接入装置的第三组电流通道。
21.本实用新型的一种差动保护回路系统，高压电机工频运行时，旁路中的第三开关qs3闭合，第一开关qs1和第二开关qs2断开，变频电机保护器通过第一差动电流互感器2lh和第二差动电流互感器4lh构成差动保护；高压电机变频运行时，旁路中的第三开关qs3断开，第一开关qs1和第二开关qs2闭合，变频电机保护器通过第二差动电流互感器4lh与第三差动电流互感器5lh构成差动保护，变频电机保护器通过采集开入量实时采集旁路开关接入的位置状态，判别变频高压电机的运行状态，从而对电频电机在变频工作时进行有效地差动保护。
22.本实施例中，变频电机保护器的型号为psm643ux，变频电机保护器内设有以太网口、rs485数据接口和gps对时模块，psm643ux提供双以太网通信口或者双rs
‑
485通信口，支持iec60870
‑5‑
103通信规约和modbus通信规约；可查询至少100次跳闸记录，200次自检记录，最后200次开关量及状态变位记录，全面记录装置运行信息；可记录8～100个报告及变位标志集。
23.本实施例中，计量电流互感器1lh和第一差动电流互感器2lh合并采用同一个电流互感器，实质上为一个电流互感器的两个不同的功能，也可以采用两个单个的电流互感器实现。
24.本实施例中，第一开关qs1、第二开关qs2和第三开关qs3均为电控开关且接入至变频电机保护器并由变频电机保护器控制。
25.本实施例中，第一开关qs1、移相变压器、变频器、第二差动电流互感器4lh、第二开关qs2和第三开关qs3均设置在旁路柜内。
26.具体实施过程如下：
27.高压电机工频运行时，旁路中的第三开关qs3闭合，第一开关qs1和第二开关qs2断开，变频电机保护器通过第一差动电流互感器2lh和第二差动电流互感器4lh构成差动保护；高压电机变频运行时，旁路中的第三开关qs3断开，第一开关qs1和第二开关qs2闭合，变频电机保护器通过第二差动电流互感器4lh与第三差动电流互感器5lh构成差动保护，变频电机保护器通过采集开入量实时采集旁路开关接入的位置状态，判别变频高压电机的运行状态，从而对电频电机在变频工作时进行有效地差动保护。
28.变频电机保护器通过控制字选择保护模式的切换方式。控制字＝0为手动切换保护模式，通过运行参数设置高压电机保护的运行模式，参数＝0时保护运行于变频模式，参数＝1时保护运行于工频模式。切换参数＝1为自动切换保护模式，通过外部开入判别高压电机运行状态从而切换保护的运行模式，开入1为合位时保护运行于变频模式，开入1为分位时保护运行于工频模式。装置默认为手动切换保护模式，保护运行于变频模式。
29.系统定值计算方法如下：
30.a.差动保护的初始动作电流idz0；
31.高压电机差动保护的初始动作电流，应按照躲过高压电机额定工况下的最大不平衡电流来整定。
32.即：idz0＝ke
×
iδmax＝ke(k1 k2)ie
33.iδmax－最大不平衡电流
34.ke－可靠系数，取1.5～2
35.ie－高压电机的额定电流
36.k1－两侧lh变比误差，由于高压电机的lh通常精度较低，可取0.1。
37.k2－通道调整及传输误差，取0.1。
38.综上所述，得idz0＝(0.3～0.4)ie，实取0.4ie(lh二次值)。
39.b.差动速断电流idz的整定；
40.差动速断电流应按躲过高压电机启动或出口短路(在差动保护区外故障)时，产生的最大差流来整定。
41.测量表明：在高压电机启动瞬间，由于两侧差动lh二次回路暂态特性不一致，短时使差动两侧电流之间的相位差可达30
°
左右。
42.此时，最大不平衡差流：
43.iδmax＝imax(1－cos30
°
)＝8(1－cos30
°
)ie＝1.1ie(lh二次值)
44.差动速断定值：
45.idz＝ke
×
iδmax
46.ke－可靠系数，取2
47.综上所述，可得：idz＝2
×
1.1ie＝2.2ie，实取2.5ie(lh二次值)。
48.本实用新型保护功能更加全面，兼具有过流保护、负序保护、过负荷保护等功能；
用于检测电机的堵转、匝间等故障。
49.当高压电机工频运行时，通过实时检测变频高压电机运行频率，并计算对应的电流有效值，判别电机运行状态，从而考虑后备保护功能是否退出,若退出，即考虑采用电机原保护装置来完成相应的保护功能。
50.1、过流保护
51.变频高压电机变频运行时，过流ⅰ段(即速断过流)按躲过高压电机的最大启动电流整定，不必像工频电流速断保护那样起动时取高定值启动后取低定值。
52.过流ⅱ段在电流达到整定值和整定时间后，过流保护出口。
53.2、负序保护
54.负序保护针对各种非接地性不对称故障，如：该变频高压电机发生某相断相时，负序分量的大小因故障前的负荷率而不同，负荷率大于0.7时，相应非断相才能引起过电流，因此常规保护不能有效保护不对称故障。
55.在变频高压电机正常运行时，由于供电电源的不对称，总存在一定的负序电流，该电流不会超过0.3ie，负序保护的整定应能躲过此负序电流，即按0.3ie整定。
56.3、反时限保护
57.本装置相过流ⅱ段和负序ⅱ段均带有定、反时限保护功能，分别通过设置控制字来选择定时限或反时限方式。反时限保护由iec标准中的极端反时限特性构成，其动作方程为：
58.t＝80tp/((i/ip)2
‑
1)
59.其中：tp为时间系数，范围是(0.05～1)；i为故障电流；ip为电流整定值；t为跳闸时间。
60.注：整定值反时限时间为上面表达式中分子80tp的值，单位是秒，整定范围是0.4s～100s。
61.4、热过负荷保护
62.本装置在高压电机工频及变频方式下均设有热过负荷保护(变频方式下保护电流取变频器输出端三相电流即第一组电流通道，工频方式下保护电流取变频器进线侧三相电流即第三组电流通道)，综合考虑了高压电机正序、负序电流所产生的热效应，为高压电机各种过负荷引起的过热提供保护，也作为高压电机短路、起动时间过长、堵转等的后备。
63.用等效电流ieq来模拟高压电机的发热效应，即：
64.ieq＝(k1i1 k2i2)1/2
65.其中，ieq为等效电流；i1为正序电流；i2为负序电流；
66.k1为正序电流发热系数，在高压电机起动过程中k1＝0.5，起动完毕恢复k1＝1；
67.k2为负序电流发热系数，k2＝3～10，一般可取k2＝6。
68.根据高压电机的发热模型，高压电机的过热保护动作时间t和等效电流ieq之间的特性曲线由下列公式给出：
69.t＝τ
×
ln((ieq2
‑
ip2)/(ieq2
‑
i∞2))
70.其中ip：热过载之前的负荷电流，若热过载之前处于冷态，则ip＝0。
71.i∞：长期允许负载电流，为保护不动作所要求的规定的电流极限值，即“过热启动电流”。可按额定电流ie的1.05～1.15倍整定。
72.τ：发热时间常数，反映高压电机的过负荷能力。
73.这一判据充分考虑了高压电机定子的热过程及其过负荷前的热状态。装置用热容量来表示高压电机的热过程，热容量与定子电流的平方成正比，通过换算，将其量化成反映高压电机过负荷能力的时间常数τ。当热容量值达到τ时，装置即跳闸。当热容量达到ka
×
τ，发过热告警信号，其中，ka为告警系数，其取值范围为：
74.(ieq/i∞)2<ka<1；
75.热报警可整定为过热跳闸热容量值的(60～99.9)％，装置提供实时热容量百分数值显示，告警灯光指示和信号接点输出。过热告警功能可通过控制字进行投入或退出，过热告警功能投入后，过热保护软压板无论是否投入，均具有告警功能。
76.当高压电机工作时，散热时间常数等于发热时间常数τ。高压电机停转后，高压电机的散热效果变差。使散热时间常数比发热时间常数τ长，散热时间常数自动增加到发热时间常数τ的一定倍数，以正确反映高压电机的发热效应。整定值中散热时间倍数可在1到5倍间选择，默认值选4倍，具体可视环境条件而定。
77.根据高压电机在冷状态下可连续起动两次的原则，每次起动时耗费的热容量百分数值不应大于50％跳闸值。过热保护跳闸后，装置的热记忆功能启动，输出接点一直断开。直到热容量百分数值下降到50％以下，过热合闸闭锁接点返回，这时高压电机可以重新起动。紧急情况，要求立即起动时，可在相应端子加入高电平进行热复归操作。此过热闭锁功能可通过控制字进行投入或退出，其输出为常闭接点。
78.发热时间常数τ应由电机厂提供，如果厂家没有提供，可按下述方法之一进行估算：
79.方法1:如果厂家提供高压电机的热限曲线或一组过负荷能力的数据，则按下式计算τ：
80.τ＝t/ln(i2/(i2
‑
i∞2))
81.求出一组τ后取较小的值。
82.方法2:如已知堵转电流i和允许堵转时间t，也可由下式估算τ：
83.τ＝t/ln(i2/(i2
‑
i∞2))
84.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。