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。專業高壓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。
操作過電壓對旋轉電機絕緣安全造成的危害比對靜止設備的嚴重,高壓廠用電系統中電動機的絕緣水平低于輸變電設備(變壓器、斷路器)的絕緣水平,每次嚴重的操作過電壓沖擊都會產生破壞性的超強暫態電場,它不僅加劇了電機內部局部放電和介質絕緣劣化過程,而且引起繞組電位分布不均,進一步誘發定子絕緣介質局部放電,當部分繞組上的電壓超過其絕緣的承受能力,必將造成電機絕緣擊穿的事故。專業高壓熔斷器低壓干式變壓器的安全運行和使用壽命,很大程度上取決于變壓器繞組絕緣的安全可靠。繞組溫度超過絕緣耐受溫度會使絕緣破壞,這是導致變壓器不能正常工作的原因之一。因此對變壓器的運行溫度的監測及其報警控制是十分重要的。低壓干式變壓器的絕緣散熱情況與過載能力、環境溫度、冷卻方式過載前的負載情況(起始負載)和發熱時間常數等有關。低壓干式變壓器冷卻方式分為自然空氣冷卻(AN)和強迫空氣冷卻(AF)。西安高壓熔斷器自然空氣冷卻時,變壓器可在額定容量下長期連續運行;強迫空氣冷卻時,變壓器輸出容量可提高50%。
雖然短路時間超過 5×時,電纜已經可以考慮對外的散熱過程,但允許溫度下降的影響對電纜的熱穩定性能具有決定作用。 影響電纜熱穩定性的因素,電纜的熱穩定性主要受熱阻、熱容、溫升時間常數、外部條件的影響。專業高壓熔斷器熱阻分為電纜熱阻和外部媒介熱阻,熱阻是與材質及結構有關的固有特征,熱阻越大,其散熱性越差。熱容與材料的熱容系數有關,與材料的體積成正比,熱容越大,溫升所需的熱量越多。電纜和外部媒質均有其溫升時間常數,表征的是溫度上升或下降至63.2%最終溫度所需要的時間。電纜所處的外部條件,例如環境溫度,通風狀況,敷設方式等也都會對電纜的載流量和熱穩定性產生影響。 西安高壓熔斷器F-C 回路電纜熱穩定截面選擇條件的確定,高壓熔斷器與真空接觸器對回路形成聯合保護時,以圖 3-6 所示的電動機回路熔斷器選擇及配合曲線為例,當短路電流大于熔斷器與真空接觸器保護交接點電流時,由熔斷器提供保護;小于交接點電流時,由真空接觸器按照綜合保護裝置保護曲線動作提供保護。
在滿足可靠性和下一段保護選擇性的前提下,當在本段保護范圍內發生短路時,F-C 回路應能在最短時間內切除故障,以防止熔斷時間過長而加劇被保護電器的損壞。專業高壓熔斷器對于熔斷器與負荷側設備的保護配合,即低壓廠用變壓器回路熔斷器與低壓側負荷斷路器之間的保護配合,一般低壓側斷路器選擇性保護所設置的短延時時間不超過0.6s,可用低壓廠用變壓器低壓側三相短路時對應的高壓側電流值乘以可靠系數(可取 1.07~1.1)和低壓母線上負荷斷路器中短延時保護設定時間最長的時間在熔斷器時間一電流特性曲線圖上確定一點來校驗,該點應位于已選擇好的熔斷器的時間一電流特性曲線左側。該配合除低壓廠用變壓器低壓側短路由熔斷器開斷的回路外,其他回路可不用特殊考慮校驗。西安高壓熔斷器F-C回路的繼電保護,在F-C回路中,較大的故障電流由熔斷器提供保護,較小的故障電流則由綜合保護裝置通過動作接觸器加以補充,即F-C回路的保護由一次保護和二次保護共同完成。二次保護通常由綜合保護裝置來實現,綜合保護裝置是一種集多種保護功能于一體的保護裝置,它幾乎涵蓋了所有電動機或低壓變壓器所需的保護。
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;西安高壓熔斷器對于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。專業高壓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。
3kV、10kV 電壓等級的高壓熔斷器在電流特性上與 6kV 等級的差別不大,當高壓廠用電系統額定電壓為3kV或10kV時,西安高壓熔斷器采用F-C回路供電的電動機和變壓器的最大容量可暫按其額定電流與6kV系統初步確定的1250kW 電動機和 1600kVA 低壓廠用變壓器的額定電流相等原則來初步確定,再根據工程中采用的具體設備規范進行核算和調整。電流相等原則是指可采用 F-C 回路供電的 3、10kV 最大負荷的額定電流與可采用F-C 回路供電的6kV最大負荷的額定電流相等,例如6kV系統可采用F-C回路供電的最大電動機容量為1250kW,其額定電流為150.4A,則3kV系統可采用F-C 回路供電且額定電流為150.4A 的電動機容量為 625kW,10kV 系統為2083kW。專業高壓熔斷器由于F-C回路無法實現差動保護功能,當工程中對 2000kW 或 2000kVA 及以上設備裝設差動保護時,10kV 系統的供電負荷容量上限均小于2000kW或2000kVA。另外,目前大部分制造廠生產的10kV等級高壓熔斷器電流較小.其能供電的負荷無法達到表4-2中給出的容量,實際設計中建議予以考慮。高壓熔斷器與真空接觸器的保護配合,F -C回路中的培斷器作為保護電器,可在大的故障電流下通過斷開回路提供保護。
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