变压器出口短路保护方案-户内安装模板2011-10.doc

变压器出口短路保护黄石供电公司110kV王家坳变10kV出口速限开关SXK1保护解决方案思源电气股份有限公司2011年月1、工作概述抗短路能力不足已成为电力变压器损坏的主要原因之一，严重影响电网安全运行。如何有效降低系统短路电流、快速隔离大电流故障保护变压器成为当务之急。经过大量调研和考察，我们在王家坳变电站主变低压侧出口加装思源电气的SXK1短路电流限制成套装置，在5ms内快速切断故障电流，将短路电流控制在预期电流20%50%范围内，大大降低短路电流对变压器的冲击，有效保护主变压器。2、系统电路图2.1、一次系统图 根据现场的电气一次系统图绘出系统一次接线改造示意图见图1,图中虚框内为拟增加的SXK1短路电流限制器,主要由专用限流熔断器、隔离器和控制系统组成。图1 系统电路图SXK1短路电流限制器和原有出口断路器共同保护主变压器。SXK1短路电流限制器可以自由设定动作电流值，正常负荷电流和小短路电流由断路器动作；预期短路电流超过设定值，SXK1迅速动作，避免变压器发生短路损毁。2.2、系统参数1#主变: 额定容量31.5(MVA)，额定电压110/10.5(kV)，10kV侧额定电流1730(A)。正常运行时，1#主变10kV侧按31.5 MVA考虑，则额定电流为1730A；配套断路器的额定电流2000A,根据变压器短路阻抗确定最大运行方式下短路电流为。3、SXK1产品原理3.1、产品原理SXK1系列短路电流限制器是由快速隔离器、专用限流熔断器、电流传感器、电子控制器、信号控制箱、隔离变压器、底座等部件组成。1 底座 2 隔离变压器 3 电子控制器 4 电流传感器 5 专用限流熔断器 6 隔离器 7 导电排 8 支柱绝缘子 9 低压信号控制箱图2 产品原理结构图 隔离器和专用限流熔断器在电气上是并联的，正常运行情况下母线电流几乎全部流过隔离器。当系统发生短路时，电流传感器将母线中的短路电流信号传递给高压侧电子控制器，由其进行信号的分析和处理。若短路电流信号超过整定值，电子控制器将输出触发脉冲信号，使隔离器中的执行元件动作，将隔离器导电回路在瞬间断开；在隔离器导电回路断开的过程中，故障电流转移到专用限流熔断器中，由其最后开断短路电流，切除故障。由于故障在1ms内即被截流, 3ms之内衰减到0,整个开断过程小于5ms,所以短路电流瞬时值永远不会达到短路电流冲击值。SXK1开断短路电流的动作时序如图3所示： 图3 SXK1动作时序示意图t=0 短路故障发生。t=t1 电子控制器探测到故障并建立点火信号，一般大于600s。t=t2 快速隔离器断口打开，电流转移到限流熔断器中，（t2-t1）约为200s。t=t3 熔断器开始起弧，（t3-t2）为熔断器的弧前时间，一般为1ms左右，图中的Ic即为限流峰值。t=t4 熔断器内电弧熄灭，故障电流被彻底开断，(t4-t3)为熔断器的燃弧时间，一般小于3ms。当发生短路故障时，如果采用普通的断路器进行开断，断路器的开断时间约为60200ms而且开断过程中不限流，虽可切除短路故障，但变压器因经受不住短路电流热效应和电动力的冲击，仍有可能频频损坏。我们的方案是在断路器和隔离开关间串联短路电流限制器SXK1如图1中虚线框部分所示，短路电流限制器（设置具体整定值）作为短路后备保护，一般短路电流由短路器开断。SXK1在短路故障发生后几毫秒内完成限流开断，可在预期短路电流尚未发展到峰值之前将其高速限流开断，实际通过电力设备的短路电流的峰值在第一个大半波被限制到预期短路电流峰值的15%50%，短路电流的持续时间小于5ms，大大降低了故障电流的总能量（约为普通断路器的0.5%），从而更有效地保护了电力主设备免受损坏，使系统的动稳定和热稳定裕度大大提高。3.2、产品特点开断速度快：在5ms内开断短路电流，远远快于断路器，保护主变。限流能力强：限制系统短路电流在预期电流的15%50%，大大降低峰值电流对主变的冲击损坏概率。运行安全高：采用短路电流瞬时值i 和短路电流陡度瞬时值di/dt双判据触发，提高了抗干扰能力，保证产品可靠动作。信号传输：具有联动和动作信号远传功能，可用于断路器的联动跳闸以防止非全相运行，也可用于闭锁、遥信、报警等。安装灵活：既可分相安装，也可安装在高压开关柜内与隔离开关、断路器等设备一起构成大容量快速开断限流装置，供用户选择使用；可以安装在户内，也可以用于户外。4、技术参数4.1、使用条件l 环境温度 -25C +40C；l 海拔 不超过2000m；l 日照强度 不大于1000w/m2； l 最大月平均相对湿度 90%；l 最大日平均相对湿度 95%；l 最大地震裂度 8级；l 覆冰厚度 不大于10mm；l 污秽等级 级；l 安装环境 户内或户外，无火灾、无爆炸危险、无化学腐蚀等。4.2、技术参数表1 SXK1系列产品的技术参数序号项 目单位技术参数1额定电流A20002额定电压kV123额定频率Hz50 4额定预期短路开断电流kA63 5额定绝缘水平（工频/雷电）12kVkV42/7540.5 kVkV95/1856截止电流/预期短路电流峰值%15507主回路直流电阻408动作电流整定范围kA5609专用限流熔断器额定开断电流kA1004.3、二次参数工作电压： AC220V，允许偏差-10%+10%（也可采用DC220V供电，这时需配置专用逆变器，订货时需说明）；接点容量： 交流3A 240V；直流：3A 28V；电子控制器尺寸：97mm(H)111mm(W)197mm(D)；信号控制箱尺寸：500mm(H)480mm(W)200mm(D)。4.4、整定值参数确定SXK1系列速限开关采用电流值i和电流变化率di/dt双重判据作为启动条件。设系统电压，电路参数R、L，；短路电流为；其中，为短路前正常电流幅值和功率因数角；为短路电流周期分量幅值，远远大于，化简得；一般取s（），时，冲击系数达到1.8以上，峰值短路电流最大；由上式得，电流变化率最大值。例如，我们设定kA/ms=4.4kA/ms, kA；则出现一个大于或等于10kA短路电流（峰值10*1.414=14.14kA）时，满足启动判据di/dt；当电流从0上升到5kA的峰值7.07kA时，SXK1速限开关动作，快速限制短路电流。根据我们速限开关的保护范围内短路电流大小，以及主变所能承受的最大短路电流确定我们设定值；建议旧变压器按照新变压器短路电流承受能力乘以系数0.6确定。5、安装方案5.1 改造方案开关柜为KYN柜体，宽为800mm,检修通道距墙宽1500mm。根据现场情况，需将SXK1短路电流限制器与变压器出口断路器串联，即仅需在开关柜背后加装一个背包，宽度为454mm，则检修通道距墙宽为1050mm，此距离满足10kV及以下变电所设计规范GB 5005394高压配电室内各种通道最小宽度800mm要求。表4.2.7 高压配电室内各种通道最小宽度（GB 50053-94）开关柜布置方式柜后维护通道柜前操作通道固定式手车式单排布置8001500单车长度+1200双排面对面布置8002000双车长度+900双排背对背布置10001500单车长度+1200注：1、固定式开关柜为靠墙布置时，柜后与墙净距应大于50mm，侧面与墙净距应大于200mm； 2、通道宽度在建筑物的墙面遇有柱类局部凸出时，凸出部位的通道宽度可减少200mm。加装方案如图4，原进线开关柜采用下进线上出线方式；只需要在开关后增补背包，由开关柜下进线，经过速限开关SXK1，再经过断路器回到上出线母排，安装方便。图4 柜体改造示意图5.2 信号控制箱安装在开关柜内低压室安装信号控制箱。给信号控制板内引入220V/1A交流电源（或220V/1A直流），向外引出三根低压电缆给SXK1提供工作电源，另外引出联动及动作信号远传接点。信号控制箱为成套装置提供工作电源，并指示隔离器工作状态，同时提供触点信号。信号控制箱上内部主要器件如图5所示：1电源变压器 2信号继电器 3信号控制板 3电源变压器 4逆变电源（选配）5计数器 6电源滤波器 7交流单联空开 8直流双联空开 9端子排图5 信号控制箱内部结构图信号箱内各继电器的动作原理如图6所示，其中J1、J2、J3为A、B、C三相对应的动作检查继电器，Ja、Jb、Jc为A、B、C三相对应的动作指示继电器。低压信号控制箱正常运行情况下，红色指示灯点亮。故障电流出现时，故障相动作，信号感应继电器控制对应相信号继电器及信号综合继电器动作并自保持，对应相的绿色指示灯点亮（红灯熄灭）。信号综合继电器也将输出接点变位信号。图6 继电器动作原理信号控制箱端子排采用菲尼克斯接线端子。低压信号控制箱可为用户提供多组常开/常闭继电器接点,接点容量为AC240V/5A。可用于动作信号的远传以及与断路器的联动或闭锁。端子排标志见图5：图7 端子排标志端子排符号说明如下：1）POWER1、2为电源输入端子，PA、PB、PC为A、B、C三相电子控制器的电源，连接至对应相的隔离变压器原边，PG为公共端；2）AG1、AG2为A相继电器的输出接点公共端，AO1、AO2为常开接点，AC1、AC2为常闭接点；3）BG1、BG2为B相继电器的输出接点公共端，BO1、BO2为常开接点，BC1、BC2为常闭接点；4）CG1、CG2为C相继电器的输出接点公共端，CO1、CO2为常开接点，CC1、CC2为常闭接点；5）ZG1、ZG2、ZG3为综合信号继电器的输出接点公共端，ZO1、ZO2、ZO3为常开接点，ZC1、ZC2、ZC3为常闭接点。6、工作分工6.1 思源电气工作内容1、产品运输到现场，协助设计安装平台基本要求；