10kV供电系统中变压器继电保护分析

丁永生

摘要:变压器是工厂电力系统中十分重要的供电设备,它的故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重的影响。电力系统是由发电、变电、输电、配电和用电等5个环节组成的。在电力系统中,各种类型的、大量的电气设备通过电气线路紧密地联结在一起。本文介绍了10kV供电系统中变压器常见故障,提出了具体的继电保护措施,供大家参考。

关键词:10kV供电系统;继电器保护;故障

1前言

由于电力系统覆盖的地域极其辽阔、运行环境极其复杂以及各种人为因素的影响,电气故障的发生是不可避免的。在电力系统中的任何一处发生事故,都有可能对电力系统的运行产生重大影响。因此必须根据变压器的容量和重要程度装设性能良好、工作可靠的继电保护装置。

2 电力变压器常见故障

内部故障,指油箱内部各种故障,包括相间短路,绕组匝间短路和单相接地故障等,外部故障指引出线绝缘套管间的相间短路和单相接地故障等,具体分为以下四种:a.芯体发生故障:各部分绝缘老化;绕组层间、匝间发生短路;铜线质量不好形成局部过热;线圈绝缘受潮;系统短路使绕组造成的机械损伤;冲击电流造成的机械损伤等。b.变压器油故障:绝缘油因高温运行而氧化,吸收空气中的水份造成电气绝缘性能下降;油泥沉积阻塞油道使散热性能变坏;油绝缘降低造成闪络放电等。c.磁路故障:芯体绝缘老化;穿芯螺丝或轭夹件碰接铁芯;压铁松动引起电磁铁振动和噪声;铁芯接地不良形成间歇性静电放电;铁芯安装不良造成空洞声;芯片叠装不良造成铁损增加等。d.结像方面故障:分接头接触不良而局部过热;分接头之间因油泥造成相间短路或表面闪络;油箱漏油;油温指示失灵;防爆管故障使油受潮等。

3 继电保护

3.1 对继电保护装置的基本要求

对继电保护装置的基本要求有四点:选择性、灵敏性、速动性和可靠性。

3.1.1 选择性。当供电系统中发生故障时,继电保护装置应能有选择性地将故障部分切除,也就是它应该首先断开距离故障点最近的断路器,以保证系统中其他非故障部分能继续正常运行。系统中的继电保护装置能满足上述要求的,就称为有选择性;否则就称为没有选择性。

3.1.2 灵敏性。灵敏性系指继电保护装置对故障和异常工作状况的反映能力。在保护装置的保护范围内,不管短路点的位置如何,不论短路的性质怎样,保护装置均不应产生拒绝动作;但在保护区外发生故障时,又不应该产生错误动作。保护装置灵敏与否,一般用灵敏系数来衡量。保护装置的灵敏系数应根据不利的运行方式和故障类型进行计算。灵敏系数K 为被保护区发生短路时,流过保护安装处的最小短路电流Id.nrin与保护装置一次动作电流Idz的比值,即:

Km=Id.nrin/Idz。

灵敏系数越高,则反映轻微故障的能力越强。各类保护装置灵敏系数的大小,根据保护装置的不同而不尽相同。对于多相保护,Idz取两相短路电流最小值Idz;对于10kV不接地系统的单相短路保护,Idz取单相接地电容电流最小值Ic.min。

3.1.3 速动性。速动性是指保护装置应能尽快地切除短路故障。

缩短切除故障的时间,就可以减轻短路电流对电气设备的损坏程度,加快系统电压的恢复,从而为电气设备的自动启动创造了有利条件,同时还提高了发电机并列运行的稳定性。

3.1.4 可靠性。保护装置应能正确的动作,并随时处于准备状态。如不能满足可靠性的要求,保护装置反而成为了扩大事故或直接造成故障的根源。为确保保护装置动作的可靠性,要求保护装置的设计原理、整定计算、安装调试正确无误;同时要求组成保护装置的各元件的质量可靠,运行维护得当,系统应尽可能地简化有效,以提高保护的可靠性。

3.2 具体电流保护措施分析

3.2.1 对开关设备继电保护时限配合问题的改进

1)将配电所内继电器改进为采用JSL集成电路型定时限过流继电器代替原来的电磁式继电器。该集成电路继电器把过流继电器和时间继电器合成一个,具有精度高,动作时间快,误差小的优点,其时限级差为0.O1 S。可以满足任意两级保护之间时限级差,因而完全可以避免由于两级保护之间时限级差小而造成的越级跳闸。2)调整配电所进线速断保护时间,改成速断0.05 S,过流0.1 S,同时将变电所瞬时速断改成0.2 S的延时速断保护。

3.2.2 对开关保护设备选择配合的改进

1)取消开关站至配电所的出线柜的保护,选用负荷开关。这样就不会出现越级跳闸的情况,配电所以上部分出现故障时,由变电所10 kV出线保护动作切除。2)对于1 250 kVA 以下的配电变压器,配电所内变压器出线柜选用负荷开关与熔断器组合电器作为变压器的开关和保护设备。短路电流保护试验证明,当变压器发生内部故障时,为使不因此发展为变压器爆炸事故,宜在20 ms内切除短路电流,限流熔断器可在10 ms内切除短路电流;若使用断路器来保护,其开断时间一般不少于60 ms,故负荷开关与熔断器组合电器保护性能更优。而且与断路器相比,同样容量的负荷开关与熔断器组合电器价格仅为断路器的几分之一。3)配电所进线保护的电源直接取自开关站的出线柜,而且大多是采用专供的电缆线路,配电所的母线和进线故障都可由开关站出线柜的保护来切除。因此,配电所进线柜只需装设负荷开关即可。4)带高压配电室的开关站出线柜必须选用断路器加继电保护方式。

3.2.3速断保护

在满足供电系统稳定性,用户供电可靠性条件下,总希望在故障发生瞬间,保护能迅速动作,电流速断保护就是反应于增大而瞬间动作的一种保护。它的主要优点是简单可靠,动作迅速。当变压器的速断保动作于跳闸时,如有备用变压器,应首先将备用变压器投入,然后对速断保护范围内各部分进行检查:检查变压器套管是否完整,连接变压器的母线上是否有闪络的痕迹。另一方面检查电缆头是否有损伤,电缆是否有移动的现象。若检查结果没有上述现象,则应查明变压器内部是否有故障。当变压器内部有损伤时,则不允许将变压器合闸送电。

3.2.4反时限过电流保护

继电保护的动作时间与短路电流的大小有关,短路电流越大,动作时间越短;短路电流越小,动作时间越长,反时限过电流保护就将起作用。反时限过电流保护是由GL一15(25)感应型继电器构成的,这种保护方式在一般工矿企业中应用广泛。感应型继电器兼有电磁式电流继电器(作为起动元件)、电磁式时间继电器(作为时限元件)、电磁式信号继电器(作为信号元件)和电磁式中间继电器的功能,可用以实现反时限过电流保护。

3.2.5 定时限过电流保护

继电保护的动作时间与短路电流的大小无关,时间是恒定的,时间是靠时间继电器的整定来获得的。时间继电器在一定范围内是连续可调的,这种保护方式就称为定时限过电流保护。定时限过电流保护是由电磁式时间继电器(作为时限元件)、电磁式中间继电器(作为出口元件)、电磁式电流继电器(作为起动元件)、电磁式信号继电器(作为信号元件)构成的。它一般采用直流操作,须设置直流屏。这种保护方式一般应用在10 kV-35 kV系统中比较重要的变配电所。

3.2.6 零序电流保护

10kv系统采用中性点不接地的运行方式。

系统运行正常时,三相是对称的,三相对地间均匀分布有电容。在相电压作用下,每相都有一个超前90 的电容电流流入地中。这三个电容电流数值相等、相位相差120 ,其和为零,中性点电位为零。假设A相发生了一相金属性接地时,则A相对地电压为零,其他两相对地电压升高为线电压,三个线电压不变。这时对负荷的供电没有影响。按规程规定还可继续运行2 h,而不必切断电路,这也是采用中性点不接地的主要优点。但其他两相电压升高,线路的绝缘受到考验,有发展为两点或多点接地的可能。应及时发出信号,通知值班人员进行处理。当网络比较复杂、出线较多、可靠性要求高,采用绝缘监察装置不能满足运行要求时,可采用零序电流保护装置。它是利用接地故障线路零序电流较非接地故障线路零序电流大的特点构成的一种保护装置。

4 结束语

在实际运行中需对现有继电保护进行认真的整定计算.根据10 kV低压系统自身的特点.不断积累和总结经验,找到其规律性,在继电器保护区域内发生短路故障时,能快速、准确切除故障点,使其在电力系统的安全可靠稳定经济运行中发挥越来越大的作用。