10kV供電系統(tǒng)中變壓器繼電保護(hù)分析

丁永生

摘要:變壓器是工廠電力系統(tǒng)中十分重要的供電設(shè)備,它的故障將對(duì)供電可靠性和系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重的影響。電力系統(tǒng)是由發(fā)電、變電、輸電、配電和用電等5個(gè)環(huán)節(jié)組成的。在電力系統(tǒng)中,各種類型的、大量的電氣設(shè)備通過(guò)電氣線路緊密地聯(lián)結(jié)在一起。本文介紹了10kV供電系統(tǒng)中變壓器常見故障,提出了具體的繼電保護(hù)措施,供大家參考。

關(guān)鍵詞:10kV供電系統(tǒng);繼電器保護(hù);故障

1前言

由于電力系統(tǒng)覆蓋的地域極其遼闊、運(yùn)行環(huán)境極其復(fù)雜以及各種人為因素的影響,電氣故障的發(fā)生是不可避免的。在電力系統(tǒng)中的任何一處發(fā)生事故,都有可能對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生重大影響。因此必須根據(jù)變壓器的容量和重要程度裝設(shè)性能良好、工作可靠的繼電保護(hù)裝置。

2 電力變壓器常見故障

內(nèi)部故障,指油箱內(nèi)部各種故障,包括相間短路,繞組匝間短路和單相接地故障等,外部故障指引出線絕緣套管間的相間短路和單相接地故障等,具體分為以下四種:a.芯體發(fā)生故障:各部分絕緣老化;繞組層間、匝間發(fā)生短路;銅線質(zhì)量不好形成局部過(guò)熱;線圈絕緣受潮;系統(tǒng)短路使繞組造成的機(jī)械損傷;沖擊電流造成的機(jī)械損傷等。b.變壓器油故障:絕緣油因高溫運(yùn)行而氧化,吸收空氣中的水份造成電氣絕緣性能下降;油泥沉積阻塞油道使散熱性能變壞;油絕緣降低造成閃絡(luò)放電等。c.磁路故障:芯體絕緣老化;穿芯螺絲或軛夾件碰接鐵芯;壓鐵松動(dòng)引起電磁鐵振動(dòng)和噪聲;鐵芯接地不良形成間歇性靜電放電;鐵芯安裝不良造成空洞聲;芯片疊裝不良造成鐵損增加等。d.結(jié)像方面故障:分接頭接觸不良而局部過(guò)熱;分接頭之間因油泥造成相間短路或表面閃絡(luò);油箱漏油;油溫指示失靈;防爆管故障使油受潮等。

3 繼電保護(hù)

3.1 對(duì)繼電保護(hù)裝置的基本要求

對(duì)繼電保護(hù)裝置的基本要求有四點(diǎn):選擇性、靈敏性、速動(dòng)性和可靠性。

3.1.1 選擇性。當(dāng)供電系統(tǒng)中發(fā)生故障時(shí),繼電保護(hù)裝置應(yīng)能有選擇性地將故障部分切除,也就是它應(yīng)該首先斷開距離故障點(diǎn)最近的斷路器,以保證系統(tǒng)中其他非故障部分能繼續(xù)正常運(yùn)行。系統(tǒng)中的繼電保護(hù)裝置能滿足上述要求的,就稱為有選擇性;否則就稱為沒有選擇性。

3.1.2 靈敏性。靈敏性系指繼電保護(hù)裝置對(duì)故障和異常工作狀況的反映能力。在保護(hù)裝置的保護(hù)范圍內(nèi),不管短路點(diǎn)的位置如何,不論短路的性質(zhì)怎樣,保護(hù)裝置均不應(yīng)產(chǎn)生拒絕動(dòng)作;但在保護(hù)區(qū)外發(fā)生故障時(shí),又不應(yīng)該產(chǎn)生錯(cuò)誤動(dòng)作。保護(hù)裝置靈敏與否,一般用靈敏系數(shù)來(lái)衡量。保護(hù)裝置的靈敏系數(shù)應(yīng)根據(jù)不利的運(yùn)行方式和故障類型進(jìn)行計(jì)算。靈敏系數(shù)K 為被保護(hù)區(qū)發(fā)生短路時(shí),流過(guò)保護(hù)安裝處的最小短路電流Id.nrin與保護(hù)裝置一次動(dòng)作電流Idz的比值,即:

Km=Id.nrin/Idz。

靈敏系數(shù)越高,則反映輕微故障的能力越強(qiáng)。各類保護(hù)裝置靈敏系數(shù)的大小,根據(jù)保護(hù)裝置的不同而不盡相同。對(duì)于多相保護(hù),Idz取兩相短路電流最小值Idz;對(duì)于10kV不接地系統(tǒng)的單相短路保護(hù),Idz取單相接地電容電流最小值Ic.min。

3.1.3 速動(dòng)性。速動(dòng)性是指保護(hù)裝置應(yīng)能盡快地切除短路故障。

縮短切除故障的時(shí)間,就可以減輕短路電流對(duì)電氣設(shè)備的損壞程度,加快系統(tǒng)電壓的恢復(fù),從而為電氣設(shè)備的自動(dòng)啟動(dòng)創(chuàng)造了有利條件,同時(shí)還提高了發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性。

3.1.4 可靠性。保護(hù)裝置應(yīng)能正確的動(dòng)作,并隨時(shí)處于準(zhǔn)備狀態(tài)。如不能滿足可靠性的要求,保護(hù)裝置反而成為了擴(kuò)大事故或直接造成故障的根源。為確保保護(hù)裝置動(dòng)作的可靠性,要求保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)原理、整定計(jì)算、安裝調(diào)試正確無(wú)誤;同時(shí)要求組成保護(hù)裝置的各元件的質(zhì)量可靠,運(yùn)行維護(hù)得當(dāng),系統(tǒng)應(yīng)盡可能地簡(jiǎn)化有效,以提高保護(hù)的可靠性。

3.2 具體電流保護(hù)措施分析

3.2.1 對(duì)開關(guān)設(shè)備繼電保護(hù)時(shí)限配合問題的改進(jìn)

1)將配電所內(nèi)繼電器改進(jìn)為采用JSL集成電路型定時(shí)限過(guò)流繼電器代替原來(lái)的電磁式繼電器。該集成電路繼電器把過(guò)流繼電器和時(shí)間繼電器合成一個(gè),具有精度高,動(dòng)作時(shí)間快,誤差小的優(yōu)點(diǎn),其時(shí)限級(jí)差為0.O1 S?？梢詽M足任意兩級(jí)保護(hù)之間時(shí)限級(jí)差,因而完全可以避免由于兩級(jí)保護(hù)之間時(shí)限級(jí)差小而造成的越級(jí)跳閘。2)調(diào)整配電所進(jìn)線速斷保護(hù)時(shí)間,改成速斷0.05 S,過(guò)流0.1 S,同時(shí)將變電所瞬時(shí)速斷改成0.2 S的延時(shí)速斷保護(hù)。

3.2.2 對(duì)開關(guān)保護(hù)設(shè)備選擇配合的改進(jìn)

1)取消開關(guān)站至配電所的出線柜的保護(hù),選用負(fù)荷開關(guān)。這樣就不會(huì)出現(xiàn)越級(jí)跳閘的情況,配電所以上部分出現(xiàn)故障時(shí),由變電所10 kV出線保護(hù)動(dòng)作切除。2)對(duì)于1 250 kVA 以下的配電變壓器,配電所內(nèi)變壓器出線柜選用負(fù)荷開關(guān)與熔斷器組合電器作為變壓器的開關(guān)和保護(hù)設(shè)備。短路電流保護(hù)試驗(yàn)證明,當(dāng)變壓器發(fā)生內(nèi)部故障時(shí),為使不因此發(fā)展為變壓器爆炸事故,宜在20 ms內(nèi)切除短路電流,限流熔斷器可在10 ms內(nèi)切除短路電流;若使用斷路器來(lái)保護(hù),其開斷時(shí)間一般不少于60 ms,故負(fù)荷開關(guān)與熔斷器組合電器保護(hù)性能更優(yōu)。而且與斷路器相比,同樣容量的負(fù)荷開關(guān)與熔斷器組合電器價(jià)格僅為斷路器的幾分之一。3)配電所進(jìn)線保護(hù)的電源直接取自開關(guān)站的出線柜,而且大多是采用專供的電纜線路,配電所的母線和進(jìn)線故障都可由開關(guān)站出線柜的保護(hù)來(lái)切除。因此,配電所進(jìn)線柜只需裝設(shè)負(fù)荷開關(guān)即可。4)帶高壓配電室的開關(guān)站出線柜必須選用斷路器加繼電保護(hù)方式。

3.2.3速斷保護(hù)

在滿足供電系統(tǒng)穩(wěn)定性,用戶供電可靠性條件下,總希望在故障發(fā)生瞬間,保護(hù)能迅速動(dòng)作,電流速斷保護(hù)就是反應(yīng)于增大而瞬間動(dòng)作的一種保護(hù)。它的主要優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單可靠,動(dòng)作迅速。當(dāng)變壓器的速斷保動(dòng)作于跳閘時(shí),如有備用變壓器,應(yīng)首先將備用變壓器投入,然后對(duì)速斷保護(hù)范圍內(nèi)各部分進(jìn)行檢查:檢查變壓器套管是否完整,連接變壓器的母線上是否有閃絡(luò)的痕跡。另一方面檢查電纜頭是否有損傷,電纜是否有移動(dòng)的現(xiàn)象。若檢查結(jié)果沒有上述現(xiàn)象,則應(yīng)查明變壓器內(nèi)部是否有故障。當(dāng)變壓器內(nèi)部有損傷時(shí),則不允許將變壓器合閘送電。

3.2.4反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)

繼電保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間與短路電流的大小有關(guān),短路電流越大,動(dòng)作時(shí)間越短;短路電流越小,動(dòng)作時(shí)間越長(zhǎng),反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)就將起作用。反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)是由GL一15(25)感應(yīng)型繼電器構(gòu)成的,這種保護(hù)方式在一般工礦企業(yè)中應(yīng)用廣泛。感應(yīng)型繼電器兼有電磁式電流繼電器(作為起動(dòng)元件)、電磁式時(shí)間繼電器(作為時(shí)限元件)、電磁式信號(hào)繼電器(作為信號(hào)元件)和電磁式中間繼電器的功能,可用以實(shí)現(xiàn)反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)。

3.2.5 定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)

繼電保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間與短路電流的大小無(wú)關(guān),時(shí)間是恒定的,時(shí)間是靠時(shí)間繼電器的整定來(lái)獲得的。時(shí)間繼電器在一定范圍內(nèi)是連續(xù)可調(diào)的,這種保護(hù)方式就稱為定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)。定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)是由電磁式時(shí)間繼電器(作為時(shí)限元件)、電磁式中間繼電器(作為出口元件)、電磁式電流繼電器(作為起動(dòng)元件)、電磁式信號(hào)繼電器(作為信號(hào)元件)構(gòu)成的。它一般采用直流操作,須設(shè)置直流屏。這種保護(hù)方式一般應(yīng)用在10 kV-35 kV系統(tǒng)中比較重要的變配電所。

3.2.6 零序電流保護(hù)

10kv系統(tǒng)采用中性點(diǎn)不接地的運(yùn)行方式。

系統(tǒng)運(yùn)行正常時(shí),三相是對(duì)稱的,三相對(duì)地間均勻分布有電容。在相電壓作用下,每相都有一個(gè)超前90 的電容電流流入地中。這三個(gè)電容電流數(shù)值相等、相位相差120 ,其和為零,中性點(diǎn)電位為零。假設(shè)A相發(fā)生了一相金屬性接地時(shí),則A相對(duì)地電壓為零,其他兩相對(duì)地電壓升高為線電壓,三個(gè)線電壓不變。這時(shí)對(duì)負(fù)荷的供電沒有影響。按規(guī)程規(guī)定還可繼續(xù)運(yùn)行2 h,而不必切斷電路,這也是采用中性點(diǎn)不接地的主要優(yōu)點(diǎn)。但其他兩相電壓升高,線路的絕緣受到考驗(yàn),有發(fā)展為兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地的可能。應(yīng)及時(shí)發(fā)出信號(hào),通知值班人員進(jìn)行處理。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)比較復(fù)雜、出線較多、可靠性要求高,采用絕緣監(jiān)察裝置不能滿足運(yùn)行要求時(shí),可采用零序電流保護(hù)裝置。它是利用接地故障線路零序電流較非接地故障線路零序電流大的特點(diǎn)構(gòu)成的一種保護(hù)裝置。

4 結(jié)束語(yǔ)

在實(shí)際運(yùn)行中需對(duì)現(xiàn)有繼電保護(hù)進(jìn)行認(rèn)真的整定計(jì)算.根據(jù)10 kV低壓系統(tǒng)自身的特點(diǎn).不斷積累和總結(jié)經(jīng)驗(yàn),找到其規(guī)律性,在繼電器保護(hù)區(qū)域內(nèi)發(fā)生短路故障時(shí),能快速、準(zhǔn)確切除故障點(diǎn),使其在電力系統(tǒng)的安全可靠穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行中發(fā)揮越來(lái)越大的作用。