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;天津高壓限流熔斷器對于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。定制高壓限流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。
單相接地保護。采用零序電流互感器獲取電動機的電纜零序電流構成單相接地保護。啟動時間過長保護。該保護主要用于保護電動機在啟動時的堵轉,電動機在規定的時間未完成起動時保護動作,其時限大于電機實際正常起動的最長時限。定制高壓限流熔斷器低電壓保護。當電機任一相電壓低到整定值時,可動作于跳閘。斷相(不平衡)保護。用于防止電動機電流嚴重不對稱,產生較大的負序電流,從而造成轉子過熱,該保護可設兩段定時限保護。為電動機供電的FC回路保護整定計算,以1000kW泵類電動機為例,制造廠給出電動機額定電流為120.3A起動電流為750A,根據工藝系統技術特點其起動時間為6s,每小時起動2次。電流速斷保護。當回路發生短路故障時,由于短路電流較大,由電流速斷保護動作。FC回路的電流速斷保護由熔斷器提供,其動作特性即為回路所選擇的高壓限流熔斷器的時間一電流特性曲線。天津高壓限流熔斷器F-C回路中的真空接觸器具有一定的短路電流分斷能力,為降低熔斷器的更換率,節省運行成本,FC回路中的真空接觸器宜承擔其分斷能力范圍內的速斷保護功能,這可以通過綜合保護裝置來實現。
高壓電動機和低壓變壓器的絕緣特性,天津高壓限流熔斷器高壓電動機的絕緣特性。電動機的絕緣等級、絕緣允許最高溫度及絕緣允許溫升是按電動機的功率大小、使用環境條件、環境溫度等因素確定。電動機的溫升高低與電動機的負載大小、環境溫度高低、通風量的大小、實際轉速高低和電動機的質量好壞有直接關系,但不能超過允許最高溫度,否則會加速絕緣材料的老化,甚至燒毀。在高壓電動機正常運行過程中,造成高壓電動機絕緣降低的原因有電動機繞組受潮、繞組上灰塵及碳化物質太多、引出線及接線盒內絕緣不良、電動機繞組長期過熱老化等。定制高壓限流熔斷器在電力系統中,旋轉電機隨時都可能受到來自電網中的各種暫態電壓的沖擊,使繞組的匝間絕緣和主絕緣遭受到高強度的電氣損傷,并逐步削弱其絕緣水平,最終導致繞組絕緣事故。引起這類惡性事故的絕緣故障經常表現為絕緣介質被擊穿,造成繞組對地或相間短路火力發電廠高壓廠用電系統的操作過電壓是經常發生的一種快速暫態過電壓,是直接危害電機絕緣的主要原因之一。
但對于以電纜供電為主的中壓配電網,如大城市城區配電網、大中工礦企業配電網、中小型發電機電壓直配電網、大容量火力發電廠的高壓廠用電系統等,傳統的接地方式還有一些不足之處,主要有以下幾點:1)內過電壓倍數較高,可達3.5~4倍過電壓。間歇性電弧過電壓及諧振過電壓絕緣已經超過了避雷器允許承載能力,要求避開這兩種過電壓的發生和發展,從而需提高電網的整體絕緣水平。定制高壓限流熔斷器對于具有大量高壓電動機的工礦企業和火力發電廠,配合較難實現。2)單相接地故障下,在升高的穩態電壓下運行時間在2h以上,不僅會導致絕緣早期老化,或在薄弱環節發生閃絡,引起多點故障,釀成斷路器異相開斷,惡化開斷條件。3)電纜為非自恢復絕緣,發生單相接地必是永久性故障,不允許繼續行,必須迅速切斷電源,避免擴大事故。所以主要由電纜線路組成的3~10kV電網,在電容電流超過10A(發電廠廠用電系統為7A)時,天津高壓限流熔斷器宜采用中性點經電阻接地,單相接地故障立即跳閘的接地方式。由于立即跳閘而影響的供電連續性,則可從提高線路或設備的冗余度來解決,目前城網和大容量發電機組的高壓廠用電系統已經按此設置。
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,天津高壓限流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。定制高壓限流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。
關于熔斷器的允許操作過電壓的國家標準,是最大允許值。實際產品往往小于上述標準。天津高壓限流熔斷器真空接觸器滅弧特性及操作過電壓分析,真空接觸器的結構特點和滅弧特性。真空接觸器與真空斷路器非常相似,兩者就其結構而言基本相同,合閘與分閘時間也大致相同真空接觸器與真空斷路器比較,滅弧室方面存在一些小的差別,其是斷路器滅弧室內設屏蔽罩,接觸器則可以取消屏蔽罩;其二是斷路器觸頭為圓柱體,端面上徑向開有斜槽,滅弧過程形成旋轉電弧,接觸器的觸頭雖然也是圓柱體,但端面上一般沒有徑向斜槽;其三是觸頭開距不同,斷路器觸頭開距稍大真空斷路器與真空接觸器分合閘時間雖然大致相同,但它們的觸頭間開距不同,接觸器略小,所以接觸器的分合閘速度實際上低于斷路器。定制高壓限流熔斷器但就分閘的絕對速度來分析,實際上速率并不低。因此真空接觸器雖然在滅弧室的結構上與斷路器比較有微小差異,但它們的滅弧原理是相同的,這一點對分析操作過電壓的特性十分重要。F-C回路的過電壓分析,試驗在一系列6kV中、小容量電動機群展開,證明切斷電動機起動電流的過程中,發生重燃的幾率較高,而且觸頭打開與電流自然過零的時間間隔小于1ms。
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