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中压/低压变电站的建设程序——变压器及其回路的保护

发布日期:2015/06/23已有 2485 人浏览

通则
变电站内的设备及其回路必须装有避免或控制由于异常电流 / 电压造成设备损坏的保护装置。在电力系统装置中正常使用的所有设备,应具有标准化的额定耐受过电流和过电压的性能。保护装置的作用是确保它不会超过这些耐受限值。通常意味着故障情况必须尽可能快速清除,而且保证不牺牲被保护设备上下游保护装置的配合特性,即在电网中发生的一个故障,一般有几个保护器件同时有反应,但是必须只有一个保护器件动作。
该保护器件可以是:
● 熔断器直接清除故障回路,或配有机械脱扣附件去断开配套的三相负荷开关;
● 继电器间接动作于断路器的脱扣线圈。

变压器保护
由于电网的过电压电网上会产生一些电涌电压,诸如:
● 大气电涌电压:
由于雷击在架空线上或在其附近处。
● 操作过电压:
电网已有的运行条件突然变化导致产生瞬变现象。此时,它通常是一种高频或衰减振荡电涌电压波。
对于以上两种电涌电压,通常采用的过电压保护器是压敏电阻 (氧化锌)。
在大多数情况下,电涌电压保护不作用于开关柜上。
由于负荷的影响
负荷常常是由于相当数量的小负荷同时出现的结果,或是由于企业发展扩建房屋等等之后,增加装置的视在需要功率 (kVA)。负荷的增加导致电气线路及其绝缘材料的温度升高,温度升高的结果导致降低设备材料的工作寿命。
过负荷保护装置可装在变压器的一次侧或二次侧。
变压器的过负荷保护现在采用数字式继电器动作于跳闸变压器二次侧的断路器。这种继电器一般叫做过负荷热继电器,它模拟了温度并考虑变压器的时间常数。其中有些考虑了非线性负荷 (整流器、计算机、变速传动器等) 的谐波效应。这种继电器也可以预测发生过负荷跳闸之前和跳闸后的等待时间,因此该信息对减载运行的控制非常有用。另外,容量较大的油浸式变压器通常装有两个整定值的温度保护器,一个作为报警,另一个作为保护跳闸。
干式变压器采用埋设在绕组绝缘最热部分的热传感器作为报警和保护跳闸。
内部故障
装在变压器上作为变压器内部故障的保护装置,是采用装在储油柜里的传统机械式气体继电器 (见图表 B15)。这种继电器可探测绕组绝缘初始故障电弧缓慢聚集产生的气体或由于漏油而从外部进入的空气。这种探测的第一级反应一般是报警,如果情况继续恶化,探测器的第二级反应是跳闸上游断路器。

图表 B15: 带储油柜的变压器
如果在连接主油箱和储油箱之间的管子里产生油的涌流,借助气体继电器的油涌流探测特性,将上游断路器“瞬时”跳闸。
由于在油中伴随短路电流产生电弧而迅速形成的气泡位移,才会产生上述的涌流。
利用冷却油散热器元件的特殊设计来完成该作用,现在已制造出大到 10 MVA 的“全密闭”式变压器。
利用散热器元件的“伸缩”作用,油的扩张可以容纳下来,压力不会升得过高。
中压 / 低压变压器的选择详细说明这种变压器 (见图表 B16)。

图表 B16: 全密闭式变压器
现代的生产单位设计开发了能够测定以下状态的保护装置:
● 气体聚集的;
● 超压;
● 超温。
前两种情况跳闸上游的断路器,第 3 种情况跳闸变压器下游的断路器。显然,上述的气体继电器就不能用了。
内部相间短路
内部相间短路可采用下列器件进行探测和解除故障:
● 变压器一次侧的 3 个熔断器;
● 跳闸变压器上游断路器的过电流继电器。
内部相对地短路
这是最常见的内部故障形式,它必须由接地故障继电器进行探测。接地故障电流可由3 个一次侧相电流之和 (如果采用 3 个电流互感器) 或采用特殊铁心的电流互感器测算出来。如果需要有高灵敏度的性能,则应优先采用特殊铁心的电流互感器 (见图表 B17)。

图表 B17: 中压绕组的接地故障保护

回路的保护
变压器下级回路的保护必须符合 IEC 60364 的要求。

变压器上、下游保护装置之间的选择性
采用低压计量的用户型变电站,要求中压熔断器或中压断路器与低压断路器或熔断器之间保护动作的选择性。根据变压器的特性来选择中压熔断器的规格。
低压断路器的脱扣特性必须做到:在断路器的下游发生过负荷或短路时,该断路器要很快跳闸,并确保中压熔断器或中压断路器虽然通过上述的过电流而不误动。
中压熔断器或中压断路器和低压断路器的脱扣特性曲线都表示出其动作时间与所通过的电流的关系图。两个曲线都是反时限 / 电流特性 (在到达“瞬时”脱扣电流以后,断路器的脱扣曲线突变)。
图表 B18 典型地表示出这些曲线。

图表 B18: 用于变压器的保护,中压熔断器与和低压断路器之间的保护动作选择性
● 为了取得选择性:中压熔断器的曲线必须位于断路器的曲线的右上侧。
● 为了使熔断器不误动作 (即不损坏):
熔断器最小中压断路器曲线必须位于低压断路器曲线的右侧,且乘以 ≥ 1.35 的系数 (例如:在时间 T 时,断路器的曲线通过相应的点为100 A,熔断器的曲线在同样的时间 T 时,必须通过相应的点为 135 A 或更大等等),熔断器的曲线还必须位于断路器的曲线之上,再乘以 ≥ 2 的系数 (例如:在电流为 I 时,断路器的曲线通过相应的点为 1.5s,熔断器的曲线在同样的电流 I 时,必须通过相应的点为 3s 或更长等等)。
系数 1.35 和 2 是以中压熔断器和低压断路器产品制造的最大标准容许误差值为基础。
为了比较两个曲线,中压电流必须转换成低压的电流,或反之亦然。
采用低压熔断器时,高、低压熔断器的特性曲线必须遵照类似上述的方法处理。
● 为了使中压断路器不误跳闸:最小MV断路器曲线的所有部件必须位于LV CB曲线右侧,其相互比率至少应为1.35。
(例如:在时间 T 时,低压断路器的曲线通过相应的点为 100 A,中压熔断器的曲线在同样的时间 T 时,必须通过相应的点为 135 A 或更大等等),中压断路器的曲线还必须位于低压断路器的曲线之上 (低压断路器曲线的时间必须 ≤ 中压断路器曲线的时间减去 0.3s)。
系数 1.35 和 0.3s 是以中压电流互感器、中压保护继电器和低压断路器产品制造的最大标准容许误差值为基础。
为了比较两个曲线,中压电流必须转换成低压电流,或反之亦然。
图表 B19 解释了上述要求。采用低压熔断器时,高、低压熔断器的特性曲线必须遵照类似上述的方法处理。

图表 B19: 中压熔断器不动作,低压断路器跳闸

变压器一次侧保护装置的选择
如上所述,对于电流较小的回路可采用熔断器或断路器作为其保护电器。
如果回路的电流大,可采用断路器作为其保护电器。
变压器的保护采用断路器与采用熔断器相比,前者较为灵敏。采用断路器比较容易配上附加保护 (诸如接地故障保护、过负荷热保护)。