變壓器出口短路保護黃石供電公司110kV王家坳變10kV出口速限開關(guān)SXK1保護解決方案思源電氣股份有限公司2011年月1、工作概述抗短路能力不足已成為電力變壓器損壞的主要原因之一，嚴(yán)重影響電網(wǎng)安全運行。如何有效降低系統(tǒng)短路電流、快速隔離大電流故障保護變壓器成為當(dāng)務(wù)之急。經(jīng)過大量調(diào)研和考察，我們在王家坳變電站主變低壓側(cè)出口加裝思源電氣的SXK1短路電流限制成套裝置，在5ms內(nèi)快速切斷故障電流，將短路電流控制在預(yù)期電流20%50%范圍內(nèi)，大大降低短路電流對變壓器的沖擊，有效保護主變壓器。2、系統(tǒng)電路圖2.1、一次系統(tǒng)圖 根據(jù)現(xiàn)場的電氣一次系統(tǒng)圖繪出系統(tǒng)一次接線改造示意圖見圖1,圖中虛框內(nèi)為擬增加的SXK1短路電流限制器,主要由專用限流熔斷器、隔離器和控制系統(tǒng)組成。圖1 系統(tǒng)電路圖SXK1短路電流限制器和原有出口斷路器共同保護主變壓器。SXK1短路電流限制器可以自由設(shè)定動作電流值，正常負(fù)荷電流和小短路電流由斷路器動作；預(yù)期短路電流超過設(shè)定值，SXK1迅速動作，避免變壓器發(fā)生短路損毀。2.2、系統(tǒng)參數(shù)1#主變: 額定容量31.5(MVA)，額定電壓110/10.5(kV)，10kV側(cè)額定電流1730(A)。正常運行時，1#主變10kV側(cè)按31.5 MVA考慮，則額定電流為1730A；配套斷路器的額定電流2000A,根據(jù)變壓器短路阻抗確定最大運行方式下短路電流為。3、SXK1產(chǎn)品原理3.1、產(chǎn)品原理SXK1系列短路電流限制器是由快速隔離器、專用限流熔斷器、電流傳感器、電子控制器、信號控制箱、隔離變壓器、底座等部件組成。1 底座 2 隔離變壓器 3 電子控制器 4 電流傳感器 5 專用限流熔斷器 6 隔離器 7 導(dǎo)電排 8 支柱絕緣子 9 低壓信號控制箱圖2 產(chǎn)品原理結(jié)構(gòu)圖 隔離器和專用限流熔斷器在電氣上是并聯(lián)的，正常運行情況下母線電流幾乎全部流過隔離器。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路時，電流傳感器將母線中的短路電流信號傳遞給高壓側(cè)電子控制器，由其進行信號的分析和處理。若短路電流信號超過整定值，電子控制器將輸出觸發(fā)脈沖信號，使隔離器中的執(zhí)行元件動作，將隔離器導(dǎo)電回路在瞬間斷開；在隔離器導(dǎo)電回路斷開的過程中，故障電流轉(zhuǎn)移到專用限流熔斷器中，由其最后開斷短路電流，切除故障。由于故障在1ms內(nèi)即被截流, 3ms之內(nèi)衰減到0,整個開斷過程小于5ms,所以短路電流瞬時值永遠(yuǎn)不會達到短路電流沖擊值。SXK1開斷短路電流的動作時序如圖3所示： 圖3 SXK1動作時序示意圖t=0 短路故障發(fā)生。t=t1 電子控制器探測到故障并建立點火信號，一般大于600s。t=t2 快速隔離器斷口打開，電流轉(zhuǎn)移到限流熔斷器中，（t2-t1）約為200s。t=t3 熔斷器開始起弧，（t3-t2）為熔斷器的弧前時間，一般為1ms左右，圖中的Ic即為限流峰值。t=t4 熔斷器內(nèi)電弧熄滅，故障電流被徹底開斷，(t4-t3)為熔斷器的燃弧時間，一般小于3ms。當(dāng)發(fā)生短路故障時，如果采用普通的斷路器進行開斷，斷路器的開斷時間約為60200ms而且開斷過程中不限流，雖可切除短路故障，但變壓器因經(jīng)受不住短路電流熱效應(yīng)和電動力的沖擊，仍有可能頻頻損壞。我們的方案是在斷路器和隔離開關(guān)間串聯(lián)短路電流限制器SXK1如圖1中虛線框部分所示，短路電流限制器（設(shè)置具體整定值）作為短路后備保護，一般短路電流由短路器開斷。SXK1在短路故障發(fā)生后幾毫秒內(nèi)完成限流開斷，可在預(yù)期短路電流尚未發(fā)展到峰值之前將其高速限流開斷，實際通過電力設(shè)備的短路電流的峰值在第一個大半波被限制到預(yù)期短路電流峰值的15%50%，短路電流的持續(xù)時間小于5ms，大大降低了故障電流的總能量（約為普通斷路器的0.5%），從而更有效地保護了電力主設(shè)備免受損壞，使系統(tǒng)的動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定裕度大大提高。3.2、產(chǎn)品特點開斷速度快：在5ms內(nèi)開斷短路電流，遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于斷路器，保護主變。限流能力強：限制系統(tǒng)短路電流在預(yù)期電流的15%50%，大大降低峰值電流對主變的沖擊損壞概率。運行安全高：采用短路電流瞬時值i 和短路電流陡度瞬時值di/dt雙判據(jù)觸發(fā)，提高了抗干擾能力，保證產(chǎn)品可靠動作。信號傳輸：具有聯(lián)動和動作信號遠(yuǎn)傳功能，可用于斷路器的聯(lián)動跳閘以防止非全相運行，也可用于閉鎖、遙信、報警等。安裝靈活：既可分相安裝，也可安裝在高壓開關(guān)柜內(nèi)與隔離開關(guān)、斷路器等設(shè)備一起構(gòu)成大容量快速開斷限流裝置，供用戶選擇使用；可以安裝在戶內(nèi)，也可以用于戶外。4、技術(shù)參數(shù)4.1、使用條件l 環(huán)境溫度 -25C +40C；l 海拔 不超過2000m；l 日照強度 不大于1000w/m2； l 最大月平均相對濕度 90%；l 最大日平均相對濕度 95%；l 最大地震裂度 8級；l 覆冰厚度 不大于10mm；l 污穢等級 級；l 安裝環(huán)境 戶內(nèi)或戶外，無火災(zāi)、無爆炸危險、無化學(xué)腐蝕等。4.2、技術(shù)參數(shù)表1 SXK1系列產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)序號項 目單位技術(shù)參數(shù)1額定電流A20002額定電壓kV123額定頻率Hz50 4額定預(yù)期短路開斷電流kA63 5額定絕緣水平（工頻/雷電）12kVkV42/7540.5 kVkV95/1856截止電流/預(yù)期短路電流峰值%15507主回路直流電阻408動作電流整定范圍kA5609專用限流熔斷器額定開斷電流kA1004.3、二次參數(shù)工作電壓： AC220V，允許偏差-10%+10%（也可采用DC220V供電，這時需配置專用逆變器，訂貨時需說明）；接點容量： 交流3A 240V；直流：3A 28V；電子控制器尺寸：97mm(H)111mm(W)197mm(D)；信號控制箱尺寸：500mm(H)480mm(W)200mm(D)。4.4、整定值參數(shù)確定SXK1系列速限開關(guān)采用電流值i和電流變化率di/dt雙重判據(jù)作為啟動條件。設(shè)系統(tǒng)電壓，電路參數(shù)R、L，；短路電流為；其中，為短路前正常電流幅值和功率因數(shù)角；為短路電流周期分量幅值，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于，化簡得；一般取s（），時，沖擊系數(shù)達到1.8以上，峰值短路電流最大；由上式得，電流變化率最大值。例如，我們設(shè)定kA/ms=4.4kA/ms, kA；則出現(xiàn)一個大于或等于10kA短路電流（峰值10*1.414=14.14kA）時，滿足啟動判據(jù)di/dt；當(dāng)電流從0上升到5kA的峰值7.07kA時，SXK1速限開關(guān)動作，快速限制短路電流。根據(jù)我們速限開關(guān)的保護范圍內(nèi)短路電流大小，以及主變所能承受的最大短路電流確定我們設(shè)定值；建議舊變壓器按照新變壓器短路電流承受能力乘以系數(shù)0.6確定。5、安裝方案5.1 改造方案開關(guān)柜為KYN柜體，寬為800mm,檢修通道距墻寬1500mm。根據(jù)現(xiàn)場情況，需將SXK1短路電流限制器與變壓器出口斷路器串聯(lián)，即僅需在開關(guān)柜背后加裝一個背包，寬度為454mm，則檢修通道距墻寬為1050mm，此距離滿足10kV及以下變電所設(shè)計規(guī)范GB 5005394高壓配電室內(nèi)各種通道最小寬度800mm要求。表4.2.7 高壓配電室內(nèi)各種通道最小寬度（GB 50053-94）開關(guān)柜布置方式柜后維護通道柜前操作通道固定式手車式單排布置8001500單車長度+1200雙排面對面布置8002000雙車長度+900雙排背對背布置10001500單車長度+1200注：1、固定式開關(guān)柜為靠墻布置時，柜后與墻凈距應(yīng)大于50mm，側(cè)面與墻凈距應(yīng)大于200mm； 2、通道寬度在建筑物的墻面遇有柱類局部凸出時，凸出部位的通道寬度可減少200mm。加裝方案如圖4，原進線開關(guān)柜采用下進線上出線方式；只需要在開關(guān)后增補背包，由開關(guān)柜下進線，經(jīng)過速限開關(guān)SXK1，再經(jīng)過斷路器回到上出線母排，安裝方便。圖4 柜體改造示意圖5.2 信號控制箱安裝在開關(guān)柜內(nèi)低壓室安裝信號控制箱。給信號控制板內(nèi)引入220V/1A交流電源（或220V/1A直流），向外引出三根低壓電纜給SXK1提供工作電源，另外引出聯(lián)動及動作信號遠(yuǎn)傳接點。信號控制箱為成套裝置提供工作電源，并指示隔離器工作狀態(tài)，同時提供觸點信號。信號控制箱上內(nèi)部主要器件如圖5所示：1電源變壓器 2信號繼電器 3信號控制板 3電源變壓器 4逆變電源（選配）5計數(shù)器 6電源濾波器 7交流單聯(lián)空開 8直流雙聯(lián)空開 9端子排圖5 信號控制箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖信號箱內(nèi)各繼電器的動作原理如圖6所示，其中J1、J2、J3為A、B、C三相對應(yīng)的動作檢查繼電器，Ja、Jb、Jc為A、B、C三相對應(yīng)的動作指示繼電器。低壓信號控制箱正常運行情況下，紅色指示燈點亮。故障電流出現(xiàn)時，故障相動作，信號感應(yīng)繼電器控制對應(yīng)相信號繼電器及信號綜合繼電器動作并自保持，對應(yīng)相的綠色指示燈點亮（紅燈熄滅）。信號綜合繼電器也將輸出接點變位信號。圖6 繼電器動作原理信號控制箱端子排采用菲尼克斯接線端子。低壓信號控制箱可為用戶提供多組常開/常閉繼電器接點,接點容量為AC240V/5A。可用于動作信號的遠(yuǎn)傳以及與斷路器的聯(lián)動或閉鎖。端子排標(biāo)志見圖5：圖7 端子排標(biāo)志端子排符號說明如下：1）POWER1、2為電源輸入端子，PA、PB、PC為A、B、C三相電子控制器的電源，連接至對應(yīng)相的隔離變壓器原邊，PG為公共端；2）AG1、AG2為A相繼電器的輸出接點公共端，AO1、AO2為常開接點，AC1、AC2為常閉接點；3）BG1、BG2為B相繼電器的輸出接點公共端，BO1、BO2為常開接點，BC1、BC2為常閉接點；4）CG1、CG2為C相繼電器的輸出接點公共端，CO1、CO2為常開接點，CC1、CC2為常閉接點；5）ZG1、ZG2、ZG3為綜合信號繼電器的輸出接點公共端，ZO1、ZO2、ZO3為常開接點，ZC1、ZC2、ZC3為常閉接點。6、工作分工6.1 思源電氣工作內(nèi)容1、產(chǎn)品運輸?shù)浆F(xiàn)場，協(xié)助設(shè)計安裝平臺基本要求；