负荷开关一熔断器组合电器与自供电继电保护的配合.doc

负荷开关一熔断器组合电器与自供电继电保护的配合摘 要：使用负荷开关熔断器组合电器可以使变压器得到短路保护，但在127倍左右的过电流得不到有效保护。通过分析负荷开关一熔断器组合电器保护变压器的3种形式，引出了负荷开关熔断器组合电器采用继电保护的概念。介绍了采用自供电数字继电器对变压器保护的配合方式并用实例加以阐述，指出负荷开关熔断器组合电器带数字式无电源继电保护的方式保护中、小容量的变压器，弥补了变压器保护时高压熔断器在变压器过流部分无法保护的缺陷，且不用外加电源保护更简单。关键词：变压器；负荷开关熔断器组合电器；自供电继电保护0 引言保护1 250 kVA及以下变压器的负荷开关熔断器组合电器结构简单、造价便宜、保护特性好，目前已在我国城市配电设备和工业电力网得到了广泛的应用。负荷开关特别适用于工作电流较小(例如630 A及以下)，且操作不频繁的场合(例如变压器的投切)。负荷开关可以合闸短路电流，但只开断工作电流，开断能力有限，短路保护由熔断器承担。但是在这中间，存在一个过电流区域的问题，在此区域，只有负荷开关和熔断器相互配合，才能安全可靠地完成开断任务。根据IEC420及相应的GB 16926 1997标准，对此区域内2种电器的配合，引入了转移电流和交接电流的概念。实际上，根据负荷开关一熔断器组合电器生产厂家样本选择高压熔断器的额定电流，其最小分断电流一般为变压器额定电流的710倍。即：使用负荷开关一熔断器组合电器，变压器得到了短路保护，但在127倍左右的过电流范围内没有得到有效的保护。l 负荷开关一熔断器组合电器保护变压器的形式负荷开关一熔断器组合电器保护变压器，要配合恰当才能实现可靠保护。负荷开关的正常开断有3种形式：(1)手动或电动分断当负荷开关熔断器组合电器采用手动或电动分断时，负荷开关的机构脱扣结构有2种方式：1)负荷开关已预先弹簧储能，接到手动或电动分闸信号即脱扣分闸。这种负荷开关机构结构设计比较复杂，一般要设计2根弹簧，一根作分闸弹簧，一根作储能弹簧。这种设计的技术特点是：当负荷开关合闸至短路故障时，熔断器立即跳闸，撞击器联动负荷开关在50 ms左右迅速分闸，将故障点隔离。2)负荷开关未预先储能，接到分闸信号，直接闭合电动机回路，电动机带动弹簧机构过死点后由弹簧力分闸。这种机构脱扣结构也普遍为厂家采用，主要特点是机构结构简单可靠，设计1根弹簧，既作分闸弹簧用又作储能弹簧用。负荷开关手动合闸后，将机构储能，一旦合在短路上，熔断器首先跳闸，撞击器联动负荷开关在 时间后分闸，将故障点隔离。 时间与操作者的动作快慢有关，一般不超过1 S。由于使用了3工位负荷开关熔断器组合电器保护变压器，变压器的接地由组合电器的接地工位实现，因此变压器接地线未拆除而人为使负荷开关直接合短路的机率不大。负荷开关电动合闸后不必储能，万一发生合闸至短路故障的情况，熔断器立即跳闸，撞击器联动位置开关闭合电动机回路，电动机带动弹簧机构过死点后，使负荷开关在3 S左右分闸，将故障点隔离。这种机构的结构方式可以使负荷开关可靠地躲过其难以开断的转移电流或交接电流，将此电流交给熔断器开断。负荷开关最终也将故障点隔离。(2)一相熔断器首先分断，由撞击器使负荷开关三相联动分闸在高压熔断器选型时，必须注意验证组合电器的实际转移电流应小于负荷开关开断额定转移电流的能力。另外，在熔断器额定电流和最小开断电流之间(一般为135倍熔断器额定电流，12 7倍变压器额定电流)，实际上存在一个熔断器不能开断的过电流区域，必须由负荷开关来开断，才能更全面地保护变压器。那么，负荷开关如何来识别和开断这个值呢?因此，引入了负荷开关一熔断器组合电器采用继电保护的概念。(3)由过流、接地、瓦斯、温度或其他信号动作分励脱扣器或其他脱扣器，使负荷开关分断这种开断形式同样存在负荷开关抢在熔断器之前分断其不能承受的，大于负荷开关额定电流开断条件或转移电流、交接电流的开断条件的过电流的可能性，从而引起负荷开关开断失败的危险。因此，负荷开关一熔断器组合电器采用继电保护时，同样存在着相互配合的问题。2 采用自供电数字继电器对变压器进行保护的配合环网开关柜一般使用在城市配电站、开闭所、户外电缆环网节点和工业末端用户以及城市建筑供电系统中，可靠的低压电源的供给一般比较困难，而常规的变压器过流继电保护均须提供稳定的低压直流或交流电源，如电压互感器(TV)柜等。欧洲先进制造厂家已经开始专业制造自供电数字继电器，对变压器进行过流和接地保护，以取代断路器。图1给出了一种自供电数字继电器的典型保护原理图。每个数字继电器均有一个微处理器，用来处理来自电流互感器(TA)的信号。这些微处理器经过去除瞬态变量的影响来处理电流测量值，同时计算执行保护功能必需的量值。另外，确定来自设备参数瞬态值的电气测量参数有效值。继电器使用具有高变比的三个相电流和一个零序电流传感元件测量电流，可以宽范围地保护功率额定值。在这些功率定值范围内，电流传感元件具有相同的精确等级。继电器可以配备时间记录器，用来储存保护功能执行的最后一次跳闸信息，包括脱扣原因、故障电流、脱扣时间及事件发生的日期和时间。I脱扣线圈lO三6 O： r 一 H HH卜II零序互感器l l数字继电器 I(，相电流互感器 一，( 一外来脱扣信号l图1 自供电致罕继电器过流和接地保护原理图继电器的供电可由供电用TA提供，电源模块处理该TA的信号，并将此信号转变成直流信号，以便安全地给设备供电。当主回路一次电流在5630 A 的12O 96范围时，互感器能持续给电路提供电源。继电器具有一个三相过电流保护单元和一个接地保护单元。继电器执行的过电流保护功能是：相间故障多曲线过载保护特性；相接地故障多曲线过载保护特性；定时限相间故障短路保护特性(瞬时)。定时限相接地故障短路保护特性(瞬时)。保护特性曲线主要有一般反时限NI、甚反时限VI、极反时限EI和定时限DT曲线。零序TA覆盖三相电流，探测相接地电流，不取决于各相电流的测量，防止了各测量TA的误差。在接地电流小于额定相电流1o 情况下尤其需配置。继电器外部可输入一个数字式无源接点以跳闸负荷开关，用以做变压器的温度保护或瓦斯保护。脱扣输入可与一个测量变压器油温的温控接点或测量变压器瓦斯的瓦斯继电器干接点连接，当达到最高设置点时，相应触点闭合，使负荷开关跳闸。跳闸线圈无需低压电源，直接由继电器发出12 V直流连续脉冲作用于跳闸线圈，使负荷开关跳闸。在发出跳闸脉冲信号同时，继电器报警，输出信号，接点闭合，告知系统发生跳闸。一339 维普资讯 上海电力 2004年第4期通常，SF 负荷开关开合额定电流能力为630A(cos+07)。而高压熔断器开断最大， 的电流时cos为007 015开断转移电流和交接电流、低压侧端部短路电流折算到高压侧大于400A时的cos值应考虑为0203。因此。在高压熔断器的选取时，应校验所选用高压熔断器与负荷开关配合的转移电流和交接电流小于负荷开关额定转移电流和交接电流，并避免让负荷开关开断低压侧端部短路的高压侧电流，将该电流交给高压熔断器开断。那么，由电流传感元件测量电流进行判断并给出跳闸信号的数字式继电器，就应该根据所测量的线路电流值和cos值两个参量进行比较判断以给出负荷开关一熔断器组合电器能够承受的电流定值，避免开断失败。从技术参数和经济指标综合考虑，国外制造厂家一般将此电流定值设定为300 A或20倍额定电流，即当一次线路电流大于某设定值时，例如300 A或20倍额定电流中的较低值，继电保护装置跳闸输出被闭锁。不允许负荷开关跳闸。将大电流交给高压熔断器开断。一次线路电流小于此设定值时，由继电保护装置指挥负荷开关按定值跳闸，很好地实现了负荷开关与高压熔断器的配合，实现了1220倍变压器额定电流的过流保护。负荷开关一熔断器组合电器与继电器配合，实际上实现了变压器的三段式保护：(1)由继电器反时限曲线构成变压器额定电流12倍至设定的短路瞬时跳闸倍数和时间的保护，此段保护由负荷开关跳闸。(2)由设定的继电器短路瞬时跳闸倍数至变压器低压侧端部短路折算到高压侧的短路瞬时跳闸倍数的定时限保护，此段保护根据继电器的闭锁电流由负荷开关或由熔断器跳闸。(3)根据高压熔断器的电流时间特性，由高压熔断器跳闸。以上三段式保护，由于负荷开关一熔断器组合电器的特点，有可能根据继电器的闭锁电流取消了继电器短路瞬时跳闸功能而使变压器从闭锁点至高压熔断器分断点一段的保护形成空白范围。无论如何，由于采用了继电器。使变压器得到了更全面的保护。3 设计举例变压器额定容量S一8OO kVA，短路阻抗=5 ，额定电压U 一12 kV，允许过载20 ，即额定电流的过载倍数 。 =12，短路倍数N 一7 340 一(躲过变压器合闸涌流基波含量，通常设定710倍)。根据上述参数，对负荷开关一熔断器组合电器与继电器进行如下配置，如图2所示。(1)选择125 A 高压熔断器；(2)变压器额定电流， 一S 3 x己 38 A ；(3)变压器长期工作允许过载20 ， =462 A；(4)选择极反时限电流类型EI(f一80 ，(， ) 一1，瞬时过载倍数K一02(配电变压器通常 取02)；(5)短路水平， 。lxK一323 A；(6)设定瞬时时间T一04 s(让负荷开关尽量慢跳闸，以躲过转移电流)；(7)二次侧短路电流：s一， 1ooU ：77o A、 I ， I l t l I II I II I I I l l 熔g 8罂 兽 断器 仃丁 莲 行 区 -一 气 继 电 器 运行 一喊时 设道4d长期T作中的过载、电流462 2 8盆g 8 88gg8星一 n 寸In 0If0 0 0 0 0g 8 g g星 n 寸0图2 负荷开关一熔断器组合电器与继电器典型配合从图2可以看出，利用数字式无电源继电保护装置选择变压器额定电流的过载倍数Ar“一12和短路倍数 一7，短路瞬时脱扣时间通常设定为04 s；校验变压器二次端部短路电流值770 A 由熔断器开断，则继电保护装置完成了对变压器额定电流12倍(462 A)78倍(300A)之间的保护，78倍(300 A)10倍(390 A)的部分。即有差值90 A的变压器一次电流部分的保护为空白，没有保护，因为125 A熔断器的最小开断电流为390 A。10倍(390 A)以上的电流完全由高压熔断器开断，则二次侧短路电流770 A 由高压熔断器可靠开断。维普资讯 2004年第4期 上海电力300 Mw 汽轮机低压转子次末级叶片断裂原因分析瞿 浩(上海交通大学上海 200030)摘 要：为了防止300 Mw 汽轮机低压转子次末级叶片断裂可能给机组安全运行带来的风险确保机组安全、经济运行对吴泾热电厂2台300 Mw 机组低压转子次末级叶片断裂原因进行分析，并针对存在的问题，制订了相应的改进措施。关键词：低压转子；次末级叶片；断裂分析；整修方案中图分类号：TM2633 文献标识码：Bl 事故概况吴泾热电厂11、12号机为上海汽轮机有限公司制造的第5台和第7台引进型300 MW 汽轮机。是按照美国西屋公司的技术。制造的300 MW亚临界、中间再热式、高中压合缸、双缸双排汽单抽凝汽式汽轮机，分别于1992年2月和12月正式投运。在1999年l1月12号机第2次大修中，检测低压转子时发现：低压电机端第6级17号叶片距叶片顶部l10 mm处断裂，9、19、l18叶片叶根处有裂纹。如图1所示。转子叶轮89、910、1O一11轮缘处有裂纹，其中89轮缘第一对齿处裂纹，从出汽边到进汽边轴向深度为49 mm；910轮缘第二对齿处裂纹，从出汽边到进汽边轴向深度为45 mm。若选择1O0 A高压熔断器，因为熔断器的最小开断电流为320 A，则以上保护的空白部分只有20 A，加上高压熔断器本身有10的误差，应该说基本上实现了连续保护变压器的目的。4 结语采用负荷开关熔断器组合电器的结构形式，带无电源的继电保护装置，弥补了变压器保护时高压熔断器在变压器过流部分无法保护的缺陷，不用外加电源，保护更简单。而且带来如下优点：(1)负荷开关一熔断器组合电器比断路器结构形式造价更便宜，结构更简单，材料消耗更少、可靠性更高。(2)负荷开关一熔断器组合电器保1011轮缘第三对齿处裂纹，从出汽边到进汽边轴向深度为80 mm。如图2所示。2000年6月11号机中修检测低压转子时发现：低压电机端第6级距叶片顶部130 mm 处断裂一片；相邻叶片打坏一片；低压调阀端第7级有几片进汽边近叶顶处缺口。硬质合金脱焊。2 事故分析21 叶片设计参数动叶数个 120叶片成组数 自由叶片叶片材料0Crl 7Ni4Cu4NbT6I叶片工作温度(、 8125工作转速rmin 3 000叶片表面处理方式 喷丸护变压器的特性比断路器更