整流變壓器的保護(hù)配置及整定

胡 偉

(北京礦冶科技集團(tuán)有限公司， 北京 100160)

整流變壓器由于結(jié)構(gòu)的特殊性，其保護(hù)配置的原則和方法與電力變壓器有很大的區(qū)別，很多設(shè)計(jì)或工廠運(yùn)維人員沒(méi)有充分了解整流變壓器的保護(hù)原理，有些按電力變壓器來(lái)配置整流變壓器的保護(hù)，必然使設(shè)備保護(hù)裝置不能可靠動(dòng)作，給設(shè)備運(yùn)行帶來(lái)很大安全隱患。有必要引起相關(guān)設(shè)計(jì)和運(yùn)維人員的重視。本文對(duì)銅冶煉工業(yè)所用整流變壓器的保護(hù)整定計(jì)算原則、公式進(jìn)行介紹。

1 整流變壓器的保護(hù)配置

目前有色金屬行業(yè)都是按照《GB 50673—2011有色金屬冶煉廠電力設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求來(lái)對(duì)整流變壓器裝設(shè)保護(hù)。

1.1 瞬動(dòng)過(guò)流保護(hù)

根據(jù)規(guī)范要求，整流變壓器設(shè)置兩套瞬動(dòng)過(guò)電流保護(hù)，同變壓器本體非電量保護(hù)(瓦斯保護(hù))一起構(gòu)成整流變壓器的主保護(hù)。

第一套過(guò)電流保護(hù)裝置在調(diào)壓變的電源側(cè)，保護(hù)瞬時(shí)動(dòng)作于機(jī)組斷路器跳閘。

第二套過(guò)電流保護(hù)裝設(shè)于調(diào)壓變的二次側(cè)或整流變壓器的一次側(cè)，安裝在變壓器油箱內(nèi)，保護(hù)整流變壓器保護(hù)瞬時(shí)動(dòng)作于機(jī)組斷路器跳閘。由于第二套保護(hù)不能躲過(guò)勵(lì)磁涌流，需要延時(shí)投入保護(hù)。

應(yīng)該注意，第二套保護(hù)裝置數(shù)量與整流變壓器的數(shù)量一致，例如：如果是4×6脈波的整流變壓器，需要配置4套保護(hù)裝置。

規(guī)范在對(duì)第二套過(guò)電流保護(hù)裝置描述時(shí)，原文“3帶時(shí)限過(guò)電流保護(hù)，或延時(shí)投入瞬動(dòng)過(guò)電流保護(hù)(第二套過(guò)電流保護(hù))”將變壓器主保護(hù)和后備保護(hù)(帶時(shí)限過(guò)電流)并列，似乎不妥，會(huì)給設(shè)計(jì)人員造成困惑，因?yàn)榈谝惶妆Ｗo(hù)是整流變的主保護(hù)，不能保護(hù)全部整流變壓器，存在死區(qū)，才考慮設(shè)置第二套保護(hù)來(lái)保護(hù)整個(gè)整流變壓器，該保護(hù)應(yīng)獨(dú)立作為整流變壓器的主保護(hù)，不應(yīng)和帶時(shí)限過(guò)電流保護(hù)(后備保護(hù))并列，給設(shè)計(jì)人員造成二選一的錯(cuò)覺(jué)。

第一套和第二套瞬動(dòng)過(guò)電流保護(hù)整定計(jì)算公式為：

(1)

式中Kk—可靠系數(shù)，第一套保護(hù)取1.5～3，須躲開(kāi)變壓器的勵(lì)磁涌流，并應(yīng)大于變壓器的額定電流，不必考慮繼電器的返回系數(shù)，若機(jī)組不在全壓下運(yùn)行，可以適當(dāng)降低；第二套保護(hù)取1.1～1.5，并計(jì)及繼電器返回系數(shù)，取0.8～0.85，延時(shí)取0.3～0.5 s，并應(yīng)在合閘后取消延時(shí)功能；

Kjx—接線系數(shù)；

Keb—電流互感器變比；

I1e—變壓器一次額定電流；

Idz—繼電器動(dòng)作電流。

保護(hù)裝置靈敏系數(shù)按公式(2)進(jìn)行計(jì)算：

(2)

式中Id—第一套保護(hù)應(yīng)取第二套保護(hù)用電流互感器之前的兩相短路電流值；第二套保護(hù)應(yīng)取整流變壓器一組二次繞組的兩相短路電流；且按調(diào)壓變實(shí)際所在的無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓段的最低調(diào)壓級(jí)和在系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下的短路容量進(jìn)行計(jì)算。

第一套保護(hù)靈敏系數(shù)KLm不應(yīng)小于2；第二套保護(hù)裝置的靈敏系數(shù)KLm不應(yīng)小于1.5。

在計(jì)算整流器二次側(cè)短路電流時(shí)，制造廠給出的短路阻抗百分值往往為全部或幾組二次繞組同時(shí)短路的數(shù)值，此時(shí)應(yīng)予換算，或向制造廠索取選定短路方式的有關(guān)數(shù)據(jù)。換算方法可以參考文獻(xiàn)[1]。

1.2 帶時(shí)限過(guò)電流保護(hù)

目前主流的變壓器微機(jī)保護(hù)裝置都配置有帶時(shí)限的過(guò)電流保護(hù)，可以利用第一套和第二套保護(hù)裝置的帶時(shí)限過(guò)電流保護(hù)作為整流變壓器的后備保護(hù)，反應(yīng)外部相間短路引起的整流變壓器過(guò)電流故障。

帶時(shí)限過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作值可按如公式(3)計(jì)算：

(3)

式中Ko1—過(guò)電流取1.2倍變壓器額定電流，Kf返回系數(shù)取0.8～0.85；延時(shí)0.5～0.7 s。

保護(hù)裝置靈敏系數(shù)按公式(4)進(jìn)行計(jì)算：

(4)

式中Id—同第二套保護(hù)裝置取值。

保護(hù)靈敏系數(shù)KLm不應(yīng)小于1.3；如果不能滿足靈敏度，可以采用復(fù)合電壓閉鎖的帶時(shí)限過(guò)電流保護(hù)。

1.3 過(guò)負(fù)荷保護(hù)

整流變壓器一般均設(shè)置過(guò)負(fù)荷保護(hù)，保護(hù)延時(shí)動(dòng)作于報(bào)警或跳閘。延時(shí)的時(shí)間躲開(kāi)人工操作糾正過(guò)負(fù)荷，取9 s左右。

過(guò)負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作值計(jì)算公式可參考第二套瞬動(dòng)保護(hù)動(dòng)作值，過(guò)負(fù)荷系數(shù)取1.05，Kf返回系數(shù)取0.85。

可以按上述原則整定第一套和第二套保護(hù)裝置的過(guò)負(fù)荷保護(hù)。

1.4 變壓器本體非電量保護(hù)

瓦斯保護(hù)：整流變壓器瓦斯保護(hù)包括變壓器本體瓦斯保護(hù)和有載開(kāi)關(guān)瓦斯保護(hù)。由于目前整流變壓器大多采用“調(diào)壓變+整流變”共箱式結(jié)構(gòu)，低壓側(cè)接線很復(fù)雜，整流變壓器保護(hù)很少采用差動(dòng)保護(hù)。變壓器內(nèi)部故障主要靠瓦斯保護(hù)動(dòng)作，瓦斯保護(hù)對(duì)變壓器匝間和層間短路、鐵芯故障、套管內(nèi)部故障、繞組內(nèi)部斷線及絕緣劣化和油面下降等故障均能靈敏動(dòng)作。輕瓦斯信號(hào)動(dòng)作于報(bào)警，重瓦斯信號(hào)瞬時(shí)動(dòng)作于斷路器跳閘。

溫度保護(hù)：整流變壓器過(guò)負(fù)荷、內(nèi)部短路故障及環(huán)境溫度過(guò)高時(shí)，變壓器本體內(nèi)油溫升高超過(guò)整定值，會(huì)發(fā)出超溫報(bào)警和跳閘信號(hào)。整流變壓器按報(bào)警溫度65 ℃，跳閘溫度85 ℃確定。

壓力保護(hù)：整流變壓器內(nèi)部故障，氣化的變壓器油使變壓器內(nèi)部壓力急劇升高，壓力釋放閥動(dòng)作，釋放壓力，同時(shí)發(fā)信號(hào)動(dòng)作于斷路器跳閘。

2 設(shè)計(jì)案例

下面以哈薩克斯坦某濕法冶煉廠電積整流系統(tǒng)的一個(gè)案例來(lái)說(shuō)明整流變壓器的保護(hù)配置方案。

電積整流變壓器ZHSFPT- 4500/10 kV，雙反星帶平衡電抗器接線，單機(jī)組12脈波。系統(tǒng)接線見(jiàn)圖1。

保護(hù)配置方案：第一套保護(hù)配置在10 kV開(kāi)關(guān)柜內(nèi)，采用變壓器綜保裝置，設(shè)瞬動(dòng)過(guò)電流保護(hù)，帶時(shí)限過(guò)電流保護(hù)，過(guò)負(fù)荷保護(hù)。第二套保護(hù)單獨(dú)組屏，采用變壓器綜保裝置兩套，分別保護(hù)兩組整流變壓器，設(shè)瞬動(dòng)過(guò)電流保護(hù)(延時(shí)0.4 s投入)，帶時(shí)限過(guò)電流保護(hù)，過(guò)負(fù)荷保護(hù)。

瓦斯、油溫、壓力保護(hù)信號(hào)統(tǒng)一送至整流器控制柜，由整流器控制柜發(fā)整流變壓故障報(bào)警和跳閘信號(hào)至10 kV開(kāi)關(guān)柜，動(dòng)作于報(bào)警和斷路器跳閘。

圖1 哈薩克斯坦某濕法冶煉廠整流變壓器保護(hù)配置

目前該廠2012年投運(yùn)以來(lái)，生產(chǎn)平穩(wěn)，未發(fā)生保護(hù)誤動(dòng)作，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)論

本文簡(jiǎn)介了整流變壓器的保護(hù)整定的設(shè)計(jì)要求，認(rèn)為《GB 50673—2011有色金屬冶煉廠電力設(shè)計(jì)規(guī)范》整流變壓器保護(hù)設(shè)置存在疑問(wèn)。同時(shí)結(jié)合實(shí)例，說(shuō)明了整流變壓器的保護(hù)整定的原則和整定方法，并嘗試給出一種全面的解決辦法，完善整流變壓器的保護(hù)功能，希望能在企業(yè)整流變壓器的綜合保護(hù)應(yīng)用方面提供一定的參考，引起設(shè)計(jì)和運(yùn)維人員對(duì)企業(yè)整流變壓器保護(hù)正確設(shè)置的重視。