10kV供電系統中變壓器繼電保護分析

丁永生

摘要:變壓器是工廠電力系統中十分重要的供電設備,它的故障將對供電可靠性和系統的正常運行帶來嚴重的影響。電力系統是由發電、變電、輸電、配電和用電等5個環節組成的。在電力系統中,各種類型的、大量的電氣設備通過電氣線路緊密地聯結在一起。本文介紹了10kV供電系統中變壓器常見故障,提出了具體的繼電保護措施,供大家參考。

關鍵詞:10kV供電系統;繼電器保護;故障

1前言

由于電力系統覆蓋的地域極其遼闊、運行環境極其復雜以及各種人為因素的影響,電氣故障的發生是不可避免的。在電力系統中的任何一處發生事故,都有可能對電力系統的運行產生重大影響。因此必須根據變壓器的容量和重要程度裝設性能良好、工作可靠的繼電保護裝置。

2 電力變壓器常見故障

內部故障,指油箱內部各種故障,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.芯體發生故障:各部分絕緣老化;繞組層間、匝間發生短路;銅線質量不好形成局部過熱;線圈絕緣受潮;系統短路使繞組造成的機械損傷;沖擊電流造成的機械損傷等。b.變壓器油故障:絕緣油因高溫運行而氧化,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;壓鐵松動引起電磁鐵振動和噪聲;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.結像方面故障:分接頭接觸不良而局部過熱;分接頭之間因油泥造成相間短路或表面閃絡;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

3.1 對繼電保護裝置的基本要求

對繼電保護裝置的基本要求有四點:選擇性、靈敏性、速動性和可靠性。

3.1.1 選擇性。當供電系統中發生故障時,繼電保護裝置應能有選擇性地將故障部分切除,也就是它應該首先斷開距離故障點最近的斷路器,以保證系統中其他非故障部分能繼續正常運行。系統中的繼電保護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裝置對故障和異常工作狀況的反映能力。在保護裝置的保護范圍內,不管短路點的位置如何,不論短路的性質怎樣,保護裝置均不應產生拒絕動作;但在保護區外發生故障時,又不應該產生錯誤動作。保護裝置靈敏與否,一般用靈敏系數來衡量。保護裝置的靈敏系數應根據不利的運行方式和故障類型進行計算。靈敏系數K 為被保護區發生短路時,流過保護安裝處的最小短路電流Id.nrin與保護裝置一次動作電流Idz的比值,即:

Km=Id.nrin/Idz。

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

3.1.3 速動性。速動性是指保護裝置應能盡快地切除短路故障。

縮短切除故障的時間,就可以減輕短路電流對電氣設備的損壞程度,加快系統電壓的恢復,從而為電氣設備的自動啟動創造了有利條件,同時還提高了發電機并列運行的穩定性。

3.1.4 可靠性。保護裝置應能正確的動作,并隨時處于準備狀態。如不能滿足可靠性的要求,保護裝置反而成為了擴大事故或直接造成故障的根源。為確保保護裝置動作的可靠性,要求保護裝置的設計原理、整定計算、安裝調試正確無誤;同時要求組成保護裝置的各元件的質量可靠,運行維護得當,系統應盡可能地簡化有效,以提高保護的可靠性。

3.2 具體電流保護措施分析

3.2.1 對開關設備繼電保護時限配合問題的改進

1)將配電所內繼電器改進為采用JSL集成電路型定時限過流繼電器代替原來的電磁式繼電器。該集成電路繼電器把過流繼電器和時間繼電器合成一個,具有精度高,動作時間快,誤差小的優點,其時限級差為0.O1 S。可以滿足任意兩級保護之間時限級差,因而完全可以避免由于兩級保護之間時限級差小而造成的越級跳閘。2)調整配電所進線速斷保護時間,改成速斷0.05 S,過流0.1 S,同時將變電所瞬時速斷改成0.2 S的延時速斷保護。

3.2.2 對開關保護設備選擇配合的改進

1)取消開關站至配電所的出線柜的保護,選用負荷開關。這樣就不會出現越級跳閘的情況,配電所以上部分出現故障時,由變電所10 kV出線保護動作切除。2)對于1 250 kVA 以下的配電變壓器,配電所內變壓器出線柜選用負荷開關與熔斷器組合電器作為變壓器的開關和保護設備。短路電流保護試驗證明,當變壓器發生內部故障時,為使不因此發展為變壓器爆炸事故,宜在20 ms內切除短路電流,限流熔斷器可在10 ms內切除短路電流;若使用斷路器來保護,其開斷時間一般不少于60 ms,故負荷開關與熔斷器組合電器保護性能更優。而且與斷路器相比,同樣容量的負荷開關與熔斷器組合電器價格僅為斷路器的幾分之一。3)配電所進線保護的電源直接取自開關站的出線柜,而且大多是采用專供的電纜線路,配電所的母線和進線故障都可由開關站出線柜的保護來切除。因此,配電所進線柜只需裝設負荷開關即可。4)帶高壓配電室的開關站出線柜必須選用斷路器加繼電保護方式。

3.2.3速斷保護

在滿足供電系統穩定性,用戶供電可靠性條件下,總希望在故障發生瞬間,保護能迅速動作,電流速斷保護就是反應于增大而瞬間動作的一種保護。它的主要優點是簡單可靠,動作迅速。當變壓器的速斷保動作于跳閘時,如有備用變壓器,應首先將備用變壓器投入,然后對速斷保護范圍內各部分進行檢查: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的痕跡。另一方面檢查電纜頭是否有損傷,電纜是否有移動的現象。若檢查結果沒有上述現象,則應查明變壓器內部是否有故障。當變壓器內部有損傷時,則不允許將變壓器合閘送電。

3.2.4反時限過電流保護

繼電保護的動作時間與短路電流的大小有關,短路電流越大,動作時間越短;短路電流越小,動作時間越長,反時限過電流保護就將起作用。反時限過電流保護是由GL一15(25)感應型繼電器構成的,這種保護方式在一般工礦企業中應用廣泛。感應型繼電器兼有電磁式電流繼電器(作為起動元件)、電磁式時間繼電器(作為時限元件)、電磁式信號繼電器(作為信號元件)和電磁式中間繼電器的功能,可用以實現反時限過電流保護。

3.2.5 定時限過電流保護

繼電保護的動作時間與短路電流的大小無關,時間是恒定的,時間是靠時間繼電器的整定來獲得的。時間繼電器在一定范圍內是連續可調的,這種保護方式就稱為定時限過電流保護。定時限過電流保護是由電磁式時間繼電器(作為時限元件)、電磁式中間繼電器(作為出口元件)、電磁式電流繼電器(作為起動元件)、電磁式信號繼電器(作為信號元件)構成的。它一般采用直流操作,須設置直流屏。這種保護方式一般應用在10 kV-35 kV系統中比較重要的變配電所。

3.2.6 零序電流保護

10kv系統采用中性點不接地的運行方式。

系統運行正常時,三相是對稱的,三相對地間均勻分布有電容。在相電壓作用下,每相都有一個超前90 的電容電流流入地中。這三個電容電流數值相等、相位相差120 ,其和為零,中性點電位為零。假設A相發生了一相金屬性接地時,則A相對地電壓為零,其他兩相對地電壓升高為線電壓,三個線電壓不變。這時對負荷的供電沒有影響。按規程規定還可繼續運行2 h,而不必切斷電路,這也是采用中性點不接地的主要優點。但其他兩相電壓升高,線路的絕緣受到考驗,有發展為兩點或多點接地的可能。應及時發出信號,通知值班人員進行處理。當網絡比較復雜、出線較多、可靠性要求高,采用絕緣監察裝置不能滿足運行要求時,可采用零序電流保護裝置。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構成的一種保護裝置。

4 結束語

在實際運行中需對現有繼電保護進行認真的整定計算.根據10 kV低壓系統自身的特點.不斷積累和總結經驗,找到其規律性,在繼電器保護區域內發生短路故障時,能快速、準確切除故障點,使其在電力系統的安全可靠穩定經濟運行中發揮越來越大的作用。