SEL综合保护基本知识

SEL综合保护基本知识 运行保障中心电气一部 综保的基本原理 不同厂家的微机继电保护设计各不相同 但基本原理相差不大 因而在这里我只想阐述一下它的基本原理 大致原理见图1 1 从图中可见一般微机继电保护都由以下插件构成 交流变换插件 电源插件 CPU插件 开关输入插件 开关输出插件 管理插件 通信插件 综保的基本原理 1 交流变换插件交流变换部分包括电流变换器CT和电压变换器PT 用于将系统CT PT的二次侧电流 电压信号转换为弱电信号 供CPU插件转换 并起强弱电隔离作用 2 CPU插件该插件是装置核心部分 一般由单片机 CPU 和数字信号处理器 DSP 组成 其中CPU完成装置的总启动元件 DSP完成所有的保护算法和逻辑功能 CPU内设总起动元件 起动后开放出口继电器的正电源 同时完成事件的记录 另外它还具有完整的故障录波功能 A D变换 软硬件自检等功能 3 管理插件有时也叫通信插件 Master插件 本插件是装置的管理和通信插件 承接装置与外界 包括面板 PC调试软件 监控后台 远动等 通信的管理插件 管理插件一般根据需要设置有网口 双以太网口和RS485或RS 422口 已满足不同监控和运动系统的要求 4 开入插件 DI 开入插件用来接入各保护压板 隔离刀闸辅助触点位置 断路器失灵开入等开关量输入信号 开入插件对各路开入回路进行实时自检 5 开出插件主要输出跳 合闸及信号接点 从而接通跳 合闸回路及报警回路 6 电源插件装置电源一般采用交 直流两用开关电源 插件一般输出一路5V和一路24V电压 其中5V用于装置数字器件工作 24V用于继电器驱动及状态量输入使用 SEL综保的种类 SEL351 主要用于进线保护SEL551 主要用于出线保护 早期用于变压器和电动机SEL749 主要用于电动机保护SEL300G 主要用于发电机保护SEL587 主要用于电流差动保护SEL387 主要用于线路电流差动保护 常用的三种SEL综保 SEL351 主要用于进线保护SEL551 主要用于出线保护 早期用于变压器和电动机SEL749 主要用于电动机保护基本上 由以上三种组成的保护系统搭建了我们所见到的最常用的配电间综保系统 其中SEL351综保在进线上使用 SEL551综保在变压器上使用 SEL749综保在电动机上使用 常用的三种SEL综保 SEL351 主要用于进线保护SEL551 主要用于出线保护 早期用于变压器和电动机SEL749 主要用于电动机保护基本上 由以上三种组成的保护系统搭建了我们所见到的最常用的配电间综保系统 其中SEL351综保在进线上使用 SEL551综保在变压器上使用 SEL749综保在电动机上使用 SEL保护的面板 SEL351 SEL351 SEL749 电机保护 电动机的故障形式一 对称故障二 不对称故障 非接地性故障 接地性故障 电机保护 一 对称故障包括过载 堵转和三相短路等 这类故障对电动机的损坏主要是热效应和机械应力 使绕组发热甚至损坏 其主要特征是三相正序电流幅值同时增大并基本对称 不产生负序电流和零序电流分量 电流幅值增大的程度基本反映故障严重的程度 因此 微机保护出口动作时间直接取决于电动机过电流幅值 电机保护 二 不对称故障不对称故障分为非接地性故障和接地性故障两类2 1 非接地性不对称故障主要包括三相电源严重不对称 断相 相间短路 匝间短路等 这类故障会引起三相电流不对称 由于我国电动机的中性点不接地 故定子电流可分解为正序和负序分量 而零序分量为零 非接地性不对称故障在电机负荷率较小时 不会产生电流幅值的显著增大 但由于负序电流的存在产生负序旋转磁场 使电动机转子槽的集肤效应显著增加 使电动机损耗加剧 发热变得严重 同时还会带来转子振动及起动力矩降低等一系列问题 这类故障的保护应采用短时限的速断跳闸 电机保护 二 不对称故障2 2 接地性不对称故障主要是指单相接地短路 由于电动机外壳必须安全接地 因此绕组端部碰壳 绝缘破坏等都可能导致接地故障 特别是处在尘埃重或湿度大的环境下 故障率就更高 规范规定 当接地电流大于5A时应装设单相接地保护 发生接地性不对称故障时 会出现零序电流分量 这是区别其它任何非接地性故障的根本特征 可作为接地性故障的主要判据 此类故障通常采用零序互感器加以检测 传统电机保护原理 既然要用综保代替传统的继电保护 那么我们有必要分析一下电机传统保护的工作原理 传统电机共有四种保护 分别为过电流保护 速断保护 低电压保护及接地保护 其中除接地保护只发报警信号外 过电流保护 速断保护 低电压保护动作都将使电机跳闸 SEL551 用于早期的电机保护 SEL 551硬件概貌见图1 2 从图中可知它有三相 A B C相 模拟电流量输入 一路零序模拟电流量输入 两路开关量输入 IN1 IN2 四路可编程输出口 OUT1 OUT4 一路串行通讯接口 SEL551 用于早期的电机保护 原理图 SEL551 用于早期的电机保护 SEL 551型微机保护的原理图见上图 从图中我们可看到它可实现电机的速断 过流 包括零序 保护 而电机的低电压保护仍使用原传统的继电保护方式 这是由于SEL 551型微机保护无电压判断能力 故电机低电压保护只能使用原传统的继电保护 此外 随着科技的进步 人们希望能把电机的堵转 电流不平衡 热过载等重要保护也加入到微机保护中来 从而能对电机实现全面的保护 但这些保护在SEL 551型微机保护中都不能实现 这在一定程度上限制了该微机保护的使用 因此我们也希望能选用一种微机保护 它能专门针对电机起到全方位保护 为此SEL公司专门为电机研发了新型微机保护SEL 749 SEL749 专用电机保护 SEL 749M型微机保护是专为三相电动机保护而设计的 继电器的基本型提供堵转 过载 不平衡 短路保护 电压和RTD保护是可选项 所有型号的继电器都提供监视功能 装置基本型还提供两个可编程光电隔离的输入接点和3个可编程输出接点 此外他还支持扩展接点 SEL749 专用电机保护 SEL 749型与SEL 551型微机保护比较同SEL 551型微机保护相比 我们可发现SEL 749型微机保护更适合电机保护 1 它能通过加入可选的电压模块 从微机上实现电机的低电压保护 而不像551型只能使用传统保护来实现该功能 2 SEL 749型微机保护本身还能实现电机的热过载保护 电流不平衡和电机缺相等保护 3 因为551型微机保护只能对电流起保护 因此它非常适用于变压器保护 因为变压器无电压保护 只有相过流 速断 零序过流等电流方面的保护 4 此外可利用551型微机保护来实现电机的磁不平衡保护 因为该保护实质就是电流保护 SEL749 专用电机保护 SEL749微机保护的二次原理图如图示 只画出保护部分 SEL749 内部保护的实现 电机过流保护原理当微机保护电流模拟入口任一相电流最大值IP 即时值 超过其整定值50P2P时 经过50P2D整定的时间后 继电器字位50P2T置位变1 然后再启动变量计时元件SV02 若在SV02PU的整定时限内电流恢复正常 则终止计时 若持续到整定时限 且保护出口处于投入状态 则过流出口OUT102动作 使电机跳闸 同时使面板的第四个指示灯点亮 这里有人感到疑惑 过流元件本身有计时器50P2D 为什么还要用变量计时器SV02呢 这是因为过流元件50P2T的计时器没有脉冲保持时间 而用SV02即可实现保护时间 用SV02PU 也可实现脉冲保持时间 用SV02DO 从而避免因触发的脉冲时间短 程序扫描不到造成的误动作 SEL749 内部保护的实现 低电压保护原理电动机正常运行时 如由于短路或其他故障使电动机母线电压降低时 电动机的转矩会成倍地下降 结果造成电动机严重过载而电流增加不大 通常情况下 当母线电压降低至60 时 电动机的自起动将产生困难 所以电动机需进行欠电压保护 从原理图上可知 当电压互感器的二次侧电压即时值VP小于整定值27P1P 一般设为60V 时 经过27P1D整定的时间后 继电器字位27P1T置位变1 然后与非断线闭锁元件 NOP相与后 再启动变量计时元件SV03 若在SV02PU的整定时限内电压恢复正常 则终止计时 若持续到整定时限 且保护出口处于投入状态 则低电压出口OUT401动作 使电机跳闸 同时使面板的第五个指示灯点亮报警 当出现断线闭锁时 也点亮面板的第五个指示灯报警 SEL749 内部保护的实现 断线闭锁保护的原理从图上我们可知 当正序电压值下降幅度大于20 同时正序电流 负序电流或者零序电流的幅值和相角都没有发生相应变化时 并且这种状态持续60个周波长 继电器字位LOP置位变1 使面板的第五个指示灯点亮断线报警 当正序电压值恢复到0 43 Vnom PTR以上 并且二次侧的零序电压和负序电压值都小于5伏时 继电器字位LOP复位变0 SEL749 内部保护的实现 电动机热模型过负荷保护SEL 749型微机保护通过实际运行的电动机电流 使用启动元件 或转子堵转保护元件 和运行元件来复制电动机的冷热特性 在启动元件中 SEL 749M利用额定堵转转子电流和额定转子止转时间I2t 把这个限定值和测量I2t值做比较 以此来提供转子堵转保护 运行元件根据电动机的电流实时进行温度计算 并和限定值进行比较 以此来提供可靠的过负荷及不平衡故障保护 如果运行参数超过了设置参数 继电器就会跳闸 SEL749 内部保护的实现 电流不平衡保护原理电动机末端的不平衡电压导致定子出现不平衡电流 不平衡电流中的负序分量导致电动机转子明显的发热 SEL 749电流不平衡元件的继电器字位为46UBT 我们将该字位定义为变量计时器SV05的输入 经过变量计时器的延时后 通过输出口OUT101跳闸 SEL749 定值的查询 总结 微机保护代替传统继电保护的优点1 故障点相对较少因为微机保护的所有电路都采用插件式的集成化处理 省掉了所有的传统电磁式继电器 故能引起故障的故障点大大减少 2 逻辑关系易实现 动作可靠微机保护具有动作快速 准确 可靠等优点 此外微机保护内部整合了大量的逻辑元件 我们只要通过内部的逻辑元件把输入和输出联系起来 就可很容易地实现电动机的各种逻辑保护了 而不需像传统保