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。定制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。
電動機的起動電流約為110~130A,比較過電壓倍數,斷路器與接觸器是相當的。由此可見,真空接觸器的正常運行方式,大量的操作是接通空載狀態電流、開斷電動機的額定或起動電流。操作過程中,必然伴隨著過電壓的發生,也必須采取可靠的限制過電壓的措施,才能保證電動機等用電設備的絕緣不受損害。操作過電壓分析。截流過電壓。定制高壓熔斷器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。在負載側電感和電容上剩余的磁場能量及電場能量將以過電壓的形式釋放出來。可以參照斷路器開斷感性負荷的分析方法來分析接觸器截流過電壓的發生過程,為了分析方便,這里將開斷高壓電動機的回路,解析成等值電路。蘇州高壓熔斷器接觸器開斷瞬間,負載側電動機漏感中及等值電容上儲存的磁場及電場能量將促使負載側電感電容之間發生高頻振蕩。同樣,電源側也發生著電感電容之間的高頻振蕩,只是兩者各自以自身的自振頻率進行振蕩。
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;蘇州高壓熔斷器對于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。定制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。
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。定制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。 蘇州高壓熔斷器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。
永磁保持型接觸器的控制。永磁保持是指借助于高性能永久磁鐵與合閘接觸器共同作用實現合閘,與跳閘接觸器共同作用(產生的磁通與合閘相反)實跇閘;而靠水磁鐵的永磁力使接觸器保持在合閘狀態的一種操作機構型式。在對上述三種型式接觸器控制分析的基礎上,現將各自特點歸納總如下。定制高壓熔斷器機械保持型的優點是可靠、節能,由于有單獨的分閘線圈,更符合高壓廠用電系統控制習慣,能完全滿足對控制回路的基本要求,缺點是結構復雜,壽命略低。電保持型的優點是結構簡單、壽命長,但在可靠性和節能方面不及機械保持型。由于結構特點,該型接觸器接線不能完全滿足對控制回路的要求,如不具備“防跳”功能等。蘇州高壓熔斷器永磁保持型與常規電磁系統相比,具有動作電流小(因而靈敏度高)原材料消耗低、整機體積小等優點,缺點是高溫下性能不穩定,抗沖擊振動性能差。當真空接觸器的操作機構采用機械保持時,對真空接觸器的控制回路有一定要求,即控制回路中的分閘命令和合閘命令需為獨立的常開接點。
為避免阻礙新型熔斷器的未來發展,不同制造廠的熔斷器的特性曲線會存在差異。定制高壓熔斷器目前FC回路設備的制造廠和設備規格較多,不同型號設備之間的特性有一定差異,根據對各主要制造廠熔斷器特性曲線的比較,以系統電壓為6kV為例,可初步確定功率不超過1250kW的高壓電動機和容量不大于1600kVA的低壓廠用變壓器可以選用FC回路供電,并根據工程中采用的具體設備規范進行核算和調整。這個容量上限是按采用熱穩定電流為4kA、4s的真空接觸器得出的并推薦同樣適用于真空接觸器熱穩定電流為 6kA、4s 時,這主要是基于DL/T 5153《火力發電廠廠用電設計技術規程》中對 2000kW 及以上電動機和2000kVA 及以上變壓器有建議裝設差動保護的相關規定。F-C 回路由于熔斷器動作的不可操縱性而不能使用在要求設置差動保護的回路上,當采用熱穩定電流為6kA、4s 的真空接觸器時雖然可以選擇額定電流更大的熔斷器并相應提高供電負荷容量,但對于變壓器來說,1600kVA 以上即為2000kVA 等級,蘇州高壓熔斷器容量已沒有提升的余地;而對于電動機,根據目前火力發電廠的輔機情況,容量介于 1250~2000kW 之間的電動機數量很少,提升電動機回路容量上限的經濟意義不大。
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