電爐變反時(shí)限過(guò)流保護(hù)與變電站定時(shí)限過(guò)流保護(hù)配合中存在的問(wèn)題與對(duì)策

21ic智能電網(wǎng)：隨著工業(yè)的快速發(fā)展和國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策的調(diào)整，小容量電爐變壓器被徹底淘汰，大容量6300—12500KVA，電壓等級(jí)在35KV—110KV電弧爐被廣泛應(yīng)用。如何對(duì)電弧爐變壓器的繼電保護(hù)進(jìn)行正確的配置和整定計(jì)算，防止變電站出線斷路器保護(hù)和電弧爐變壓器前置斷路器保護(hù)因科學(xué)配合不良，而導(dǎo)致無(wú)序的跳閘，影響系統(tǒng)安全和電爐變壓器的正常供電尤為重要。

1電爐變壓器較普通電力變壓器具有以下特點(diǎn)：

1.1變壓器輸出電壓較低，一般為幾十伏，最多幾百伏，而輸出電流則很大，往往達(dá)數(shù)萬(wàn)安培;

1.2 安全可靠，瞬時(shí)過(guò)載能力較大;

1.3 變壓器二次輸出電壓有較寬的調(diào)節(jié)范圍;

1.4變壓器線圈采用交迭繞制方式，結(jié)構(gòu)牢固，機(jī)械性能好，能承受短時(shí)過(guò)載的沖擊。

2電弧爐用于電冶煉的工藝生產(chǎn)特性：

一般情況下，電弧爐負(fù)荷變化狀態(tài)與對(duì)應(yīng)的工藝過(guò)程可分為熔化期，氧化期、和還原期。

2.1在熔煉周期內(nèi)電流變化很大，情況也很復(fù)雜。熔化期，固態(tài)原料被熔解，需要輸入大量的能量，電流波動(dòng)很大，三相電極間電弧的波動(dòng)也相當(dāng)劇烈。

2.2在氧化期和還原期期間僅需要供給一定的電能來(lái)補(bǔ)償所耗損的熱量。在此期間，電極及爐料或電極周圍的爐料塌落以及電極升降操作不當(dāng)，導(dǎo)致三相電極的兩相或三相工作短路。這種工作短路是不可避免的。所以電弧爐變壓器的生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程必須滿足這一性能要求，但又必須在繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置方面采取措施，使工作短路電流的倍數(shù)和持續(xù)時(shí)間不超過(guò)規(guī)定值，以防止對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)造成較大的沖擊。

3電爐變壓器繼電保護(hù)的配置：根據(jù)GB50056—93《電熱設(shè)備電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定，電爐變壓器應(yīng)配置下列繼電保護(hù)裝置及自動(dòng)裝置：

3.1防止相間短路的電流速斷保護(hù)：速斷電流的整定值應(yīng)躲過(guò)電爐最大工作負(fù)荷電流，保護(hù)設(shè)于電爐變壓器高壓側(cè)，動(dòng)作于爐變高壓側(cè)斷路器。饋線出口保護(hù)一般采用具有反時(shí)限特性兼有定時(shí)限特性的GL型兩相繼電器，也可采用DL型三相三繼電器接線方式。利用定時(shí)限特性使?fàn)t變壓器繞組Y/Δ接線時(shí)保護(hù)靈敏度滿足要求。

3.2防止超過(guò)工作短路電流的過(guò)電流保護(hù)：過(guò)電流保護(hù)裝置接入爐變高壓側(cè)電流互感器回路，采用反時(shí)限GL型電流繼電器，因工作短路可能出現(xiàn)兩相或三相短路，故采用三相三繼電器接線方式。

3.3電爐變壓器的瓦斯保護(hù)：爐變本體重瓦斯保護(hù)和有載調(diào)壓重瓦斯保護(hù)動(dòng)作于爐變高壓側(cè)斷路器跳閘，輕瓦斯保護(hù)動(dòng)作于信號(hào)。

3.4電爐變壓器冷卻系統(tǒng)保護(hù)：為提高電爐變壓器運(yùn)行中的冷卻效果，6300KVA及以上的電爐變壓器大多采用強(qiáng)油循環(huán)水冷卻裝置，

3.4.1油溫保護(hù)可反映變壓器溫升過(guò)高和冷卻系統(tǒng)故障，動(dòng)作于信號(hào)或跳閘。

3.4.2 壓差保護(hù);正常情況下，電爐變壓器的強(qiáng)油冷卻系統(tǒng)中的油壓必須大于水壓，在油壓和流速異常時(shí)動(dòng)作于信號(hào)。

3.4.3過(guò)電壓保護(hù)：爐變一次側(cè)母線電壓互感器高壓側(cè)中性點(diǎn)裝設(shè)消諧電阻及在高壓三相母線裝設(shè)阻容吸收裝置。

4. 電爐變壓器過(guò)電流保護(hù)計(jì)算整定中易出線的問(wèn)題;

變電所專供電爐變壓器、線路和廠區(qū)供電接線方式如下簡(jiǎn)圖所示：

圖1 變電所專供電爐變壓器、線路接線方式簡(jiǎn)圖

電網(wǎng)中變電站專供電爐變壓器出線斷路器1QF的定時(shí)限(0.5S)過(guò)電流保護(hù)大多是按常規(guī)算法約兩倍左右額定電流整定。而電爐變壓器的允許的最大工作短路電流可達(dá)3.5倍6S以下，容易出現(xiàn)變電站1QF的繼電保護(hù)和冶煉廠的2QF繼電保護(hù)在動(dòng)作電流和時(shí)間階梯方面，不能科學(xué)合理的有機(jī)配合，導(dǎo)致頻繁地越級(jí)到變電站出線斷路器1QF跳閘。由于電力系統(tǒng)中運(yùn)行的各種型號(hào)的斷路器對(duì)事故和非事故跳閘次數(shù)都有嚴(yán)格的規(guī)定，無(wú)論達(dá)到哪種累計(jì)跳閘次數(shù)后，必須進(jìn)行檢修和維護(hù)。在非事故狀態(tài)下，電網(wǎng)中的斷路器無(wú)選擇性地頻繁無(wú)序跳閘，勢(shì)必縮短斷路器的檢修維護(hù)周期，從而影響對(duì)用戶的供電可靠性。

5保護(hù)整定原則

根據(jù)電弧爐的工作特點(diǎn)，在電弧引燃以及在熔煉期內(nèi)的工作負(fù)荷電流較大(一般為額定電流的1.3—3.5倍)持續(xù)時(shí)間均在3秒左右，繼電保護(hù)裝置的整定應(yīng)能滿足這一特點(diǎn)。雖然電弧爐變壓器具有一定的過(guò)載能力，為安全運(yùn)行起見(jiàn)，在整定繼電保護(hù)動(dòng)作電流時(shí)，其最大不超過(guò)額定電流的3—3.5倍。工作短路電流要小于3—3.5倍電爐變壓器額定電流，持續(xù)時(shí)間小于6S，短路速斷電流小于4—6倍電爐變壓器額定電流，持續(xù)時(shí)間0S。因此，一般電爐變壓器爐前斷路器的過(guò)電流保護(hù)大多采取具有反時(shí)限和定時(shí)限特性的GL型電流繼電器。

6廠用電弧爐變壓器前置斷路器2QF反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)的整定計(jì)算

6.1過(guò)電流保護(hù)計(jì)算：工作短路過(guò)電流保護(hù)按躲過(guò)電爐變壓器最大負(fù)荷電流整定，其一次動(dòng)作電流計(jì)算為

6.2兩倍反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間的整定：

一般按3.5秒左右整定。對(duì)于新變壓器或認(rèn)為強(qiáng)度較好的變壓器，可按5—6秒整定;對(duì)于舊變壓器及強(qiáng)度較差的變壓器，可按2—2.5秒整定。

6.3電流速斷保護(hù)計(jì)算：

式中I"(2)d.min.Ⅲ—最小運(yùn)行方式下電爐變壓器低壓側(cè)母線兩相短路電流(A)。

7.變電站專供電弧爐變壓器負(fù)荷饋線斷路器1QF保護(hù)計(jì)算：

7.1過(guò)電流保護(hù)的計(jì)算整定：按躲過(guò)本線路最大負(fù)荷電流整定時(shí)，一次動(dòng)作電流為

Idz1= KKKzqIfh

式中 Idz1—保護(hù)一次動(dòng)作電流;

KK—可靠系數(shù);取1.2—1.3

Kzq—自啟動(dòng)系數(shù)，取1.3—2.5

Ifh—流過(guò)線路的最大負(fù)荷電流;

7.2與廠用2QF斷路器的速斷保護(hù)配合時(shí)，有

Idz1= IPh·Idz2

式中 Iqh—配合系數(shù)，取1.1—1.15 。以上Idzj1取較大者

Idz2—電爐變壓器前置斷路器2QF過(guò)電流定值

二次動(dòng)作電流整定值為

式中 I"(2)dmin·Ⅱ—最小運(yùn)行方式下廠用高壓母線兩相短路超瞬變電流(A)。

7.4瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的整定：

應(yīng)按躲開(kāi)最大運(yùn)行方式下電爐變壓器高壓側(cè)三相短路電流，其保護(hù)二次動(dòng)作電流整定為

式中 Imax—最大運(yùn)行方式下廠用高壓母線三相短路電流。

需要說(shuō)明的是，某些情況下，因?qū)９┚€路較短，導(dǎo)致無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)無(wú)保護(hù)范圍，為保證電網(wǎng)設(shè)備的安全，Imax(3)也可按線路末端在最小運(yùn)行方式下三相短路電流整定。

7.5當(dāng)電爐變壓器接在非專用專供線路上，原饋線出口采用微機(jī)型定時(shí)限電流保護(hù)裝置，且動(dòng)作時(shí)限為0.5秒時(shí)，1QF動(dòng)作電流的定值應(yīng)躲過(guò)2QF斷路器GL型電流繼電器不小于0.5秒對(duì)應(yīng)的動(dòng)作電流和其它負(fù)荷電流之和的KK倍。即;

式中 I1QF.DZJ —變電站饋線出口采用定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)0.5秒動(dòng)作一次整定值;

I DZJ2—爐變采用GL型反時(shí)限電流繼電器大于0.5秒一次動(dòng)作電流;

IXL—線路其它負(fù)荷一次電流。

結(jié)語(yǔ)：電爐變壓器分煉鋼用電爐變壓器和礦熱爐變壓器，雖然都是電爐變壓器的范疇，但兩者的工作狀態(tài)存有一定差異。其有些系數(shù)的取值范圍，煉鋼爐可適當(dāng)大一些，礦熱爐可適當(dāng)小一些。需要指出的是，因電爐變壓器二次側(cè)工作電流較大，為節(jié)約投資和簡(jiǎn)化接線，其二次側(cè)在一般情況下，是不需裝設(shè)電流互感器。實(shí)際整定計(jì)算過(guò)程中應(yīng)和普通變壓器過(guò)電流保護(hù)加以區(qū)分，必須注意滿足保護(hù)靈敏度要求并與變電站專供出線保護(hù)定值的科學(xué)配合，以保證其選擇性。達(dá)到保證電網(wǎng)安全和對(duì)用戶可靠性供電的目的。

參考文獻(xiàn)：

1. 崔佳培 孟慶炎 陳永芳 熊炳耀《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與自動(dòng)裝置整

定計(jì)算》1993年 中國(guó)電力出版社

2. GB50056—93《電熱設(shè)備電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》

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