近年來國內外研制了一系列的微機型綜合保護裝置,這些裝置的特點恰好適應了F-C回路對保護的要求,下面針對電動機和低壓變壓器的保護分別加以分析和說明。專業電力熔斷器為電動機供電的F-C回路保護配置,F-C回路供電的電動機,其容量一般在200kW以下,通常裝設有下列保護:電流速斷保護、過負荷保護、負序過流保護、單相接地保護、起動時間過長保護和低電壓保護。此外,由于FC回路有單相斷線可能(熔斷器一相熔斷),還應有斷相(不平衡)保護。(1)電流速斷保護。作為電動機定子繞組和回路供電電纜相間短路故障的保護。綜合保護裝置保護定值可設定速斷高值與速斷低值,高值為電動機起動過程中的速斷定值,低值為電動機起動完成后,正常運行中的速斷定值。電動機起動時間可在定值中設置,從而提高速斷保護的靈敏度。(2)過負荷保護。主要用于防止電動機運行中因過負荷、不對稱過負荷、斷線等引起的過熱,可作為保護的后備。(3)負序過流保護。作為電機電流不平衡的一種保護,電動機起動結束保護自動投入。
基于這一原因,加之不同電壓等級的高壓限流熔斷器采取的措施可能不一致,如果將高電壓等級的熔斷器應用在低電壓等級的電氣系統中,就可能在熔斷器熔斷時產生超過低電壓等級電器絕緣耐受水平的過電壓,因此F-C回路中的高壓熔斷器不宜降壓使用。為弧前時間,Tb為燃弧時間,動作時間為Ta與Tb之和。預期電流的波形應當認為是U=0的情況下,在電源電動勢e的作用下,電流的變化情況。專業電力熔斷器在電源電動勢的正半波中,預期電流將不斷增加,直到電動勢c=0時,預期電流才達到最大值。而出現電弧時,電弧電壓U不等于零,并且電弧電壓必須大于電動勢即U>e,才能迫使電流i改變預期的上升趨勢而迅速下降為零。U-(e-iR)]應當認為是作用于電感上,促使電流不斷減小的反向電壓。顯然,在此反向電壓作用下迫使電流下降到零的過程,也就是電感中所儲磁能不斷釋放出來的過程。因此,蘭州電力熔斷器電弧電壓越高,電流越小,越有利于切斷故障電流。然而,電弧電壓不能無限制地提高,必須受到允許過電壓水平的限制,以免損壞絕緣。
真空接觸器滅弧能力很強,開斷高壓感應電動機空載或額定電流時,工頻電流在自然過零前往往提前熄滅,電流突然中斷,形成截流現象,產生截流過電壓;高頻電弧重燃過電壓發生的幾率較高,過電壓幅值也很高,產生電弧重燃過電壓。專業電力熔斷器除對絕緣造成損害外,回路中發生強大的操作過電壓會燒毀接觸器的觸頭,破壞設備絕緣的薄弱環節以至于引起大面積的短路由此可見,F-C回路在使用過程中可能產生操作過電壓,給相應供電系統的絕緣帶來損壞,因此有必要考慮設置相應的過電壓保護裝置。過電壓保護裝置的作用是防止雷電過電壓的沖擊,限制操作過電壓的幅值,降低過電壓的陡波陡度。目前FC回路過電壓保護裝置按設計思想不同可分為兩類,一類是以氧化鋅閥片構成的過電壓限制器,蘭州電力熔斷器另一類是電容器與電阻元件串聯而成的阻容吸收器高壓限流熔斷器的滅弧特性及操作過電壓分析,髙壓熔斷器切斷故障電流的過程,是熔體元件溫升,然后熔化、蒸發、形成間隙,直至間隙之間電壓急劇上升,擊穿出現電弧,電弧燃燒熄滅的過程。
火力發電廠中對不要求自起動的Ⅱ、Ⅲ類電動機和不能自起動的電動機一般設置0.5時限的低電壓保護;蘭州電力熔斷器對于1類電動機,當裝有自動投入的備用機械時,或未保證人身和設備安全,在電源電壓長時間消失后須自動切除時,均應裝設9-10s的低電壓保護。F-C回路中低電壓保護構成方法如下:一是對真空接觸器由直流或直接由交流220V控制情況,由接于F-C柜上的綜合保護裝置通過檢測來自于母線TV的電壓信號實現,接點作用于接觸器跳閘;二是對接觸器通過降壓變壓器(由一次回路直接降壓)交流控制情況,電保持型的真空接觸器本身具有低電壓保護功能,機械保持型的真空接觸器仍由接于F-C柜上的綜合保護裝置通過檢測來自于母線TV的電壓信號實現。專業電力熔斷器由綜合保護裝置實現的低電壓保護設為兩段。低壓電保護一段動作電壓為動作時限為9s。式中Un為系統的額定電壓。斷相(不平衡)運行保護。FC回路故障時,由于熔斷器可能出現單相熔斷,為防止三相電壓不平衡的危害,FC回路需裝設此保護。目前F-C開關柜所采用的熔斷器均要求配撞擊器,撞擊器可實現上述保護撞擊器的作用是熔斷器熔斷時立即動作聯跳接觸器,避免設備非全相運行。
阻容過電壓吸收器的選擇,阻容過電壓吸收器由電阻與電容器等元件串聯組成,是通過改變開斷回路的阻抗參數來吸收過電壓的能量,從理論上來說,蘭州電力熔斷器這是最理想的過電壓保護措施。阻容吸收器可聯接在FC回路斷口之外的負載側,阻容過電,研究人員曾進行過阻容過電壓吸收器的配合試驗,吸收器的參數為R=2502,Cb=0.33xF。開斷空載電動機共進行24相次,截流值由不加吸收器前的21A降到10.5A,過電壓倍數不超過2.33倍相電壓,開斷起動狀態電動機也進行了24相次,測試表明,吸收器投入后高頻振蕩持續時間縮短,最大過電壓為4倍相電壓,但出現的幾率由不加吸收器前的76.6%降到3.23%。可見阻容過電壓吸收器對開斷感應電動機的過電壓具有較好的限制保護作用。專業電力熔斷器針對中性點不接地系統,實踐表明,用于F-C回路的阻容過電壓吸收器可以采用與“三叉戟”式避雷器相同的接線方式,可以取相地相間電容約為0.1~0.51F,相地相間電阻值約為100~5002。但是阻容吸收器的投入,也使6kV廠用電系統相對地電容值增加。以往由于國內發電機組的高壓廠用電系統在接地電容電流滿足要求的條件。
多采用中性點不接地的運行方式,在這種條件下使用阻容吸收器,由于相對地電容值增大,電容電流也將隨之大幅度增大,這時需重新考慮中性點接地的接地方式及零序保護的配置。當火力發電廠單機容量為300MW及以上時,高壓廠用電系統的單相接地電容電流較大,多采用中性點經低電阻接地的方式,相對于大得多的低電阻接地的阻性電流來說,阻容吸收器電容電流的影響就不那么大了。專業電力熔斷器所以在高壓廠用電系統的中性點采用低電阻接地的接地方式的大容量機組中,采用阻容吸收器作為限制過電壓的措施在理論上已經成為了一種可行的措施,但針對不同系統,其具體參數需要進一步的運行測試檢驗。制過電壓的保護措施及過電壓保護裝置的選針對中性點低電阻接地系統,用于F-C回路的阻容過電壓吸收器可以采用不接地系統相同的電容值和電阻值,即可以取相間電容約為0.1~0.5F,相間電阻值約為100~500,相地電容約為0.2~1F,相地電阻值約為50~25002。由于蘭州電力熔斷器單相接地故障時不存在相電壓升高為線電壓的問題,阻容過電壓吸收器宜采用星形接線方式,而不再是傳統上適用于中性點非接地系統的“三叉戟”型式。
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