保護及控制設備

瞬時過電流電驛（ANSI Device 50）為電流超過預設值時無刻意延時即動作之保護裝置，為電力系統保護中最基礎的過電流保護元件。

反時限過電流電驛（ANSI Device 51）為交流電流超過預定值時動作之保護裝置，其動作時間與電流大小呈反比關係，為配電系統保護協調之核心元件。

差動保護電驛（ANSI Device 87）依據兩側電流之差異量動作，為變壓器、匯流排及發電機等重要設備之主保護方式。

距離電驛（ANSI Device 21）依據電路阻抗或導納是否跨越特性邊界而動作，為輸電線路保護之核心裝置。

欠電壓電驛（ANSI Device 27）為輸入電壓低於預定值時動作之保護裝置，廣泛應用於電動機保護與匯流排欠壓卸載。

過電壓電驛（ANSI Device 59）為輸入電壓超過預定值時動作之保護裝置，應用於發電機保護、電壓監測及分散式電源併聯保護。

同步檢定電驛（ANSI Device 25）在兩個電路之電壓幅值、相角及頻率均在規定範圍內時，允許斷路器合閘以併聯電路，為發電機併網與匯流排聯絡之關鍵保護裝置。

方向性過電流電驛（ANSI Device 67）在預定方向之交流過電流達到設定值時動作，用於環路供電或雙電源系統之選擇性保護。

鎖定電驛（ANSI Device 86）在嚴重故障跳脫後將相關設備閉鎖於不可操作狀態，須由操作人員手動復歸，為變電站安全閉鎖機制之核心裝置。

Device 52 為交流斷路器——正常條件下閉合與啟斷交流電力電路、故障或緊急條件下啟斷電路。配合保護電驛執行故障跳閘。輔助接點 52a/52b、跳脫線圈 52T、閉合線圈 52C。與 IEC 62271-100 之 circuit-breaker（SW-001）為同一物理設備。依 IEEE C37.2 §3.1.52。

頻率電驛（ANSI Device 81）在系統頻率或頻率變化率超出預定範圍時動作，為低頻卸載及防止單獨運轉保護之核心元件。

Device 49 為熱動電驛——機器繞組或變壓器溫度超過預定值時動作。實現方式：RTD 直測、I²t 模型估算、熱映像模擬。常見 49T（油溫）、49W（繞組溫度）、49M（電動機）。變壓器標準配備多層保護之一。依 IEEE C37.2 §3.1.49。

Device 46 為反相序/相平衡電流電驛——偵測多相電流反相序、不平衡、或負序電流 I₂ 超限。電動機與發電機保護重點（負序磁場造成轉子加熱）。典型設定 I₂²t 反時限，K = 10~40 s。與 Device 47（負序電壓）配合使用。依 IEEE C37.2 §3.1.46。

Device 32 為方向性功率電驛——偵測給定方向之功率流量達預設值。主要用途為發電機逆功率保護：原動機故障後若仍併網，發電機變同步電動機反吸功率驅動原動機，可能燒壞蒸汽葉片或曲軸。典型設定 32R 0.5~3% 額定延時 5~30 秒。依 IEEE C37.2 §3.1.32。

Device 40 為磁場電驛（最常見為失磁保護 Loss of Field）——偵測機器磁場電流異常或電樞無效分量過高。同步發電機失磁後會非同步吸收大量無功造成轉子加熱。實現方式：Mho 阻抗 R-X 平面兩圓、或無功功率反向法。與 Device 32 互補。依 IEEE C37.2 §3.1.40。

Device 64 為接地偵測電驛——機器或設備絕緣對地失效時動作。用於非直接接地系統（ungrounded/high-resistance）偵測小故障電流。變型：64S（定子接地）、64F（轉子接地）、64G（一般）。注意：正常接地系統 CT 二次側改用 51N 等加後綴 G/N 之編號。依 IEEE C37.2 §3.1.64。

Device 79 為自動再閉路電驛——控制斷路器自動再閉路與鎖定。架空線 70~90% 故障為瞬時性（雷擊、樹枝），跳脫後延時 0.3~5 秒重合可恢復 90% 以上供電。多次再閉路典型 3 次（配電）或 1 次（輸電）。須配合 Device 25 確認同步。依 IEEE C37.2 §3.1.79。

Device 63 為壓力開關——於給定壓力或壓力變化率動作。變壓器保護典型應用為 Buchholz 繼電器：主體與儲油槽管路上偵測氣體累積（63A 警報）與油流湧動（63T 跳脫）。亦用於 SF6 斷路器氣體壓力監控（63G）。與 49、71、87 共組變壓器保護。依 IEEE C37.2 §3.1.63。

Device 94 為跳脫電驛——自動復歸之中介電驛，使斷路器跳脫、允許其他裝置跳脫、或防止自動跳開後立即再合（trip-free）。接收多保護電驛動作訊號 OR 邏輯整合後放大電流驅動 52T。與 Device 86（手動復歸鎖定電驛）區別：94 自動復歸、86 手動 reset。依 IEEE C37.2 §3.1.94。

Device 68 為閉鎖電驛——兩大應用：(1) 導引閉鎖（Pilot Blocking）於線路保護阻止遠端誤跳；(2) 功率擺動閉鎖（PSB）於系統擺動期間閉鎖 21 跳脫，以阻抗軌跡速率判別。與 Device 78（失步跳脫 OST）配合：穩定擺動 block、失步 trip。依 IEEE C37.2 §3.1.68。

距離保護 21 阻抗特性精度試驗為 IEC 60255-121:2014 §6.2 之型式試驗，目的為驗證 R-X 平面操作特性基本精度（ε_X 與 ε_R）。5 試驗點 A/B/C/D/E × 7 故障類型（LN/LL/LLL）× 10 ramp 角度 = 350 ramps。quadrilateral ramp ⊥ 邊界 / MHO ramp 沿原點射線。每點 pickup 計算 ε = e/setting × 100，跨所有試驗點取 max 為電驛基本精度，須符合製造商宣告容差（Figure 2）。

21 距離保護動態 transient overreach 試驗為 IEC 60255-121:2014 §5.4.3 + §6.3.4 之型式試驗，目的為驗證 zone 1 動態精度（瞬態故障條件下）。TO 定義：X_ST（總是動作）+ X_NT（從不動作）兩位置 → overreach = (X_NT - 100) / 100 × 100%。製造商發布短線 + 長線之 SIR diagram + CVT-SIR diagram（4 故障類型 × 2 line types × 2 VT models = 16 張 per rated frequency）。典型 TO ≤ 10%。本試驗與 TEST-PR-21-001（steady-state）對偶，僅執行於型式試驗。

21 距離保護動態 operate time SIR diagram 試驗為 IEC 60255-121:2014 §6.3.2 之型式試驗，目的為量化 zone 1 動作時間隨 source impedance ratio (SIR) 與故障位置之變化。系統模型為 400 kV radial feeder R-L 電網（VT/CT 理想、線路電容忽略），短線 SIR 採 5/10/30/50、4 故障類型（L1N/L2L3/L1L2L3/L2L3N）、故障位置 0~110% reach，每組合 ≥ 10 次重複。結果繪成 SIR diagram（operate time min/mean/max vs 故障位置）。本試驗與 TEST-PR-21-DTO-001（transient overreach 邊界）對偶，僅執行於型式試驗。

25 同步電驛 / 同步檢測電驛驗證試驗為 IEEE C37.2-2022 §3.1.25 之 commissioning 試驗。25 具三維容差視窗：ΔV（典型 ± 10% V_R）+ Δφ（± 15°~30°）+ Δf（± 0.1~0.3 Hz）。三維皆在窗內 → close enable；任一超出 → block close。配套 voltage-supervision logic 4 組合（dead-live / live-dead / dead-dead / live-live）。5 階段驗證：3 維邊界 + voltage-supervision + 輸出時序。各邊界精度 ε ≤ ± 5%。

49 熱保護電驛精度試驗為 IEC 60255-149:2013 §6 之型式試驗，目的為驗證 cold curve（θ_0 = 0%，45 試驗點 × 5 次重複 = 105 tests）+ hot curves（5 preload levels 10/30/50/70/90%，25 試驗點）operate time 精度。熱模型公式：t = τ_1 × ln[(I² - I_0²) / (I² - I_B²)]。每試驗點前 reset 熱模型。I_B 邊界驗證：I = I_B 持續 > 10 × τ_1 不動作。Cooling τ_2 試驗另列（§6.4）。

50BF 斷路器失靈保護試驗為 IEEE C37.2-2022 §3.1.50（BF suffix）+ §3.1.62（62BF 對偶）之 commissioning 試驗。50BF = 50 元件 + 62 計時器整合，動作邏輯：主保護 trip 後 t_BF（典型 150~250 ms）內若 52a 仍 closed + 故障電流持續 → 觸發 backup trip 至鄰側 86BF。5 階段驗證：pickup 邊界 / 正向 BF / 反向（52a open）/ 邊界 timing / current dropout。t_BF 精度 ≤ ± 5%。

64 接地檢測電驛驗證試驗為 IEEE C37.2-2022 §3.1.64 之 commissioning + maintenance 試驗。64 為機殼絕緣破壞檢測，與 51N/51G（中性點過電流）有明確 application 區分（per §3.1.64 NOTE：64 用於不接地 / 高阻接地；51N/51G 用於有效接地）。4 階段驗證：pickup 邊界 / 3rd 諧波制動 / t_op / application 正確性。pickup 邊界精度 ε ≤ ± 5%。

67 方向過電流電驛精度試驗為 IEEE C37.2-2022 §3.1.67 + IEC 60255-151:2009 §6 之型式試驗，目的為驗證 RCA 邊界精度與 forward/reverse 動作半圓。U_pol 固定（額定電壓 + 額定相位）、I_op 相位 0° ~ 360° pseudo-continuous ramp 量測 forward → reverse 邊界角 φ_b。pickup 邊界精度 ≤ ± 5%；RCA 邊界精度 ≤ ± 3°。polarization method（cross / quadrature / zero-sequence for 67N）必須與電驛設定一致。

79 自動重合電驛時序試驗為 IEEE C37.2-2022 §3.1.79 之 commissioning 試驗，目的為驗證 t_dead（trip → close 間隔）+ t_reclaim（最後 close 後成功運轉計時）+ max shot 數 + lockout 觸發。典型 sequence O-CO-CO-CO-Lockout（3 shots）。t_dead 精度 ≤ ± 5%（典型 ± 50 ms 容差）；lockout 後 86 信號輸出 + 需手動 / 遠端 reset。三相 / 單相 reclose 依電驛架構。

81 頻率電驛精度試驗為 IEC 60255-181:2019 §6.2.1 之型式試驗，目的為驗證 U/F 與 O/F 設定值精度。pseudo-continuous frequency ramp 為核心方法，phase-continuous + step ≤ 10% × f_accuracy + 每階段 ≥ MAX(500 ms, 5 × max start time)。15 試驗點涵蓋 -100% min / -10% / 0% / +10% / +100% max × Min/Max/Nominal voltage，每點 5 次重複，判定 measured ∈ [G_s ± f_accuracy]。Typical accuracy ± 10 mHz 或 ± 0.01% G。

ROCOF (81R / df/dt) 保護精度與動態試驗為 IEC 60255-181:2019 §6.2.1.2 之型式試驗，驗證頻率變化率元件之 start value 精度 + operate time delay (§6.4) + disengaging time (§6.5.3)。採固定斜率連續頻率斜坡法（不同 df/dt 斜率），Table 7 test points（0~100% × 正負 df/dt × min/max U），每點重複 5 次，50 Hz + 60 Hz 各跑。誤差帶 = Gs ± declared ROCOF accuracy；start 須 solid activation（contact bounce < 4 ms）。本試驗與 TEST-PR-81-001（§6.2.1.1 under/over frequency 精度）distinct，構成完整 81 頻率保護矩陣。

86 lockout 電驛驗證試驗為 IEEE C37.2-2022 §3.1.86 之 commissioning + maintenance 試驗。86 為機械閂鎖設備，trip 後 latched 持續，必須手動 / 遠端 reset 解除。試驗核心：t_op ≤ 30 ms / latched 持續 ≥ 60 秒 / 全 a/b 接點同步切換 / 接點抖動 ≤ 4 ms / reset 機制有效 / 線圈電流 ≤ 規格。與 79（自動重合）配合：86 觸發後 79 應 block。

87T 變壓器差動保護穿越故障穩定性試驗為變壓器新裝竣工 + 大修返廠之核心試驗。依 IEEE C37.91-2021 §6 + Annex A/B.3，目的為驗證 87T 對 external（through）fault 不誤動作。雙路同步注入儀分別注入 HV/LV CT 副邊，向量相反 + 依 CT 變比補償。三階段試驗：（1）1 × I_n 驗 vector group + alignment；（2）2~20 × I_n 驗 dual-slope restraint；（3）mismatch ± 5% 不動作 + 20% 動作驗 pickup 邊界。注入儀同步精度 < 100 μs 為核心要求。

87T 諧波制動基本精度試驗為 IEC 60255-187-1:2021 §6.3.6 之型式試驗，目的為驗證製造商宣告之諧波制動門檻精度。試驗於 nominal frequency 下進行，分別測試 2nd（inrush blocking）+ 5th（overexcitation）諧波，4 試驗點（1.2/1.5/2/4 × Setting）× 4 諧波相角（0°/45°/90°/135°）。CPB（諧波加 1 相）vs IPB（諧波加 3 相）依電驛架構選擇。試驗結果繪 Figure 20 諧波制動特性圖 + Table 11 數據報告。

87T 過激磁穩定度試驗為 IEC 60255-187-1:2021 §6.7 之型式試驗，目的驗證變壓器差動元件於過激磁（over-fluxing）條件下維持穩定不誤動作（security）。試驗注入「類似真實過激磁電流之波形」（per Formulae 4/5 含 k 峰值因子 + α=22.5° 角度跨距，或 Formula 6 + Table 60 諧波係數合成），分別自 Y 繞組（Figure 54）與 delta 繞組（Figure 55）注入。過激磁偵測典型方法為偵測 5th 諧波偏高 或 V/Hz 值（per §4.4.5.3）。本試驗與 TEST-PR-87T-HR-001（§6.3.6 諧波制動門檻精度）本質不同 — OE 驗「不誤動作」、HR 驗「門檻精度」，僅執行於型式試驗。

過電流電驛始動值試驗驗證電驛在設定電流值下能否正確始動。依 IEC 60255-151 §6.2.1，以緩升法逐步增加注入電流，記錄電驛始動接點動作時之電流值。步進不大於精度的 1/10，每個設定點至少重複 5 次。

過電流電驛動作時間試驗驗證電驛在不同電流倍數下的動作時間是否符合設計特性曲線。依 IEC 60255-151 §6.3，以階躍注入法在零交越點切換電流，量測從注入至跳脫接點動作之時間。試驗點包含 1.2×G_T、2×G_S、5×G_S、10×G_S、20×G_S。

電壓電驛始動值試驗驗證電驛在設定電壓值下能否正確始動。依 IEC 60255-127 §6.2.1，過電壓電驛以緩升法、欠電壓電驛以緩降法測定始動電壓。步進不大於精度的 1/10，每個設定點至少重複 5 次。

典型變電所主變與 22.8 kV 配電饋線保護布置（IEEE C37.2-2022 §3.1 ANSI 裝置編號）。主變側含差動（87T）/ 瓦斯（63）/ 熱動（49）/ 瞬時與反時限過電流（50/51）/ 鎖定（86）/ 跳脫（94），加上發電機側保護群組（32/40/46/64）。配電饋線側 13 件 IED 保護：50/51/51N/67/27/59/81/79/25/21/68/86/94 完整覆蓋過電流、方向、欠/過電壓、頻率、再閉路、同步、距離、閉鎖、鎖定、跳脫。SVG 內 ANSI 裝置方框直接點擊跳對應 term 解說（anchor-in-SVG 模式）。