電爐變反時(shí)限過(guò)流保護與變電站定時(shí)限過(guò)流保護配合

21ic智能電網(wǎng)：隨著(zhù)工業(yè)的快速發(fā)展和國家產(chǎn)業(yè)政策的調整，小容量電爐變壓器被徹底淘汰，大容量6300—12500KVA，電壓等級在35KV—110KV電弧爐被廣泛應用。如何對電弧爐變壓器的繼電保護進(jìn)行正確的配置和整定計算，防止變電站出線(xiàn)斷路器保護和電弧爐變壓器前置斷路器保護因科學(xué)配合不良，而導致無(wú)序的跳閘，影響系統安全和電爐變壓器的正常供電尤為重要。

1電爐變壓器較普通電力變壓器具有以下特點(diǎn)：

1.1變壓器輸出電壓較低，一般為幾十伏，最多幾百伏，而輸出電流則很大，往往達數萬(wàn)安培;

1.2 安全可靠，瞬時(shí)過(guò)載能力較大;

1.3 變壓器二次輸出電壓有較寬的調節范圍;

1.4變壓器線(xiàn)圈采用交迭繞制方式，結構牢固，機械性能好，能承受短時(shí)過(guò)載的沖擊。

2電弧爐用于電冶煉的工藝生產(chǎn)特性：

一般情況下，電弧爐負荷變化狀態(tài)與對應的工藝過(guò)程可分為熔化期，氧化期、和還原期。

2.1在熔煉周期內電流變化很大，情況也很復雜。熔化期，固態(tài)原料被熔解，需要輸入大量的能量，電流波動(dòng)很大，三相電極間電弧的波動(dòng)也相當劇烈。

2.2在氧化期和還原期期間僅需要供給一定的電能來(lái)補償所耗損的熱量。在此期間，電極及爐料或電極周?chē)臓t料塌落以及電極升降操作不當，導致三相電極的兩相或三相工作短路。這種工作短路是不可避免的。所以電弧爐變壓器的生產(chǎn)運行過(guò)程必須滿(mǎn)足這一性能要求，但又必須在繼電保護及自動(dòng)裝置方面采取措施，使工作短路電流的倍數和持續時(shí)間不超過(guò)規定值，以防止對電網(wǎng)系統造成較大的沖擊。

3電爐變壓器繼電保護的配置：根據GB50056—93《電熱設備電力裝置設計規范》的有關(guān)規定，電爐變壓器應配置下列繼電保護裝置及自動(dòng)裝置：

3.1防止相間短路的電流速斷保護：速斷電流的整定值應躲過(guò)電爐最大工作負荷電流，保護設于電爐變壓器高壓側，動(dòng)作于爐變高壓側斷路器。饋線(xiàn)出口保護一般采用具有反時(shí)限特性兼有定時(shí)限特性的GL型兩相繼電器，也可采用DL型三相三繼電器接線(xiàn)方式。利用定時(shí)限特性使爐變壓器繞組Y/Δ接線(xiàn)時(shí)保護靈敏度滿(mǎn)足要求。

3.2防止超過(guò)工作短路電流的過(guò)電流保護：過(guò)電流保護裝置接入爐變高壓側電流互感器回路，采用反時(shí)限GL型電流繼電器，因工作短路可能出現兩相或三相短路，故采用三相三繼電器接線(xiàn)方式。

3.3電爐變壓器的瓦斯保護：爐變本體重瓦斯保護和有載調壓重瓦斯保護動(dòng)作于爐變高壓側斷路器跳閘，輕瓦斯保護動(dòng)作于信號。

3.4電爐變壓器冷卻系統保護：為提高電爐變壓器運行中的冷卻效果，6300KVA及以上的電爐變壓器大多采用強油循環(huán)水冷卻裝置，

3.4.1油溫保護可反映變壓器溫升過(guò)高和冷卻系統故障，動(dòng)作于信號或跳閘。

3.4.2 壓差保護;正常情況下，電爐變壓器的強油冷卻系統中的油壓必須大于水壓，在油壓和流速異常時(shí)動(dòng)作于信號。

3.4.3過(guò)電壓保護：爐變一次側母線(xiàn)電壓互感器高壓側中性點(diǎn)裝設消諧電阻及在高壓三相母線(xiàn)裝設阻容吸收裝置。

4. 電爐變壓器過(guò)電流保護計算整定中易出線(xiàn)的問(wèn)題;

變電所專(zhuān)供電爐變壓器、線(xiàn)路和廠(chǎng)區供電接線(xiàn)方式如下簡(jiǎn)圖所示：

圖1 變電所專(zhuān)供電爐變壓器、線(xiàn)路接線(xiàn)方式簡(jiǎn)圖

電網(wǎng)中變電站專(zhuān)供電爐變壓器出線(xiàn)斷路器1QF的定時(shí)限(0.5S)過(guò)電流保護大多是按常規算法約兩倍左右額定電流整定。而電爐變壓器的允許的最大工作短路電流可達3.5倍6S以下，容易出現變電站1QF的繼電保護和冶煉廠(chǎng)的2QF繼電保護在動(dòng)作電流和時(shí)間階梯方面，不能科學(xué)合理的有機配合，導致頻繁地越級到變電站出線(xiàn)斷路器1QF跳閘。由于電力系統中運行的各種型號的斷路器對事故和非事故跳閘次數都有嚴格的規定，無(wú)論達到哪種累計跳閘次數后，必須進(jìn)行檢修和維護。在非事故狀態(tài)下，電網(wǎng)中的斷路器無(wú)選擇性地頻繁無(wú)序跳閘，勢必縮短斷路器的檢修維護周期，從而影響對用戶(hù)的供電可靠性。

5保護整定原則

根據電弧爐的工作特點(diǎn)，在電弧引燃以及在熔煉期內的工作負荷電流較大(一般為額定電流的1.3—3.5倍)持續時(shí)間均在3秒左右，繼電保護裝置的整定應能滿(mǎn)足這一特點(diǎn)。雖然電弧爐變壓器具有一定的過(guò)載能力，為安全運行起見(jiàn)，在整定繼電保護動(dòng)作電流時(shí)，其最大不超過(guò)額定電流的3—3.5倍。工作短路電流要小于3—3.5倍電爐變壓器額定電流，持續時(shí)間小于6S，短路速斷電流小于4—6倍電爐變壓器額定電流，持續時(shí)間0S。因此，一般電爐變壓器爐前斷路器的過(guò)電流保護大多采取具有反時(shí)限和定時(shí)限特性的GL型電流繼電器。

6廠(chǎng)用電弧爐變壓器前置斷路器2QF反時(shí)限過(guò)電流保護的整定計算

6.1過(guò)電流保護計算：工作短路過(guò)電流保護按躲過(guò)電爐變壓器最大負荷電流整定，其一次動(dòng)作電流計算為

6.2兩倍反時(shí)限過(guò)電流保護動(dòng)作時(shí)間的整定：

一般按3.5秒左右整定。對于新變壓器或認為強度較好的變壓器，可按5—6秒整定;對于舊變壓器及強度較差的變壓器，可按2—2.5秒整定。

6.3電流速斷保護計算：

式中I(2)d.min.Ⅲ—最小運行方式下電爐變壓器低壓側母線(xiàn)兩相短路電流(A)。

7.變電站專(zhuān)供電弧爐變壓器負荷饋線(xiàn)斷路器1QF保護計算：

7.1過(guò)電流保護的計算整定：按躲過(guò)本線(xiàn)路最大負荷電流整定時(shí)，一次動(dòng)作電流為

Idz1= KKKzqIfh

式中 Idz1—保護一次動(dòng)作電流;

KK—可靠系數;取1.2—1.3

Kzq—自啟動(dòng)系數，取1.3—2.5

Ifh—流過(guò)線(xiàn)路的最大負荷電流;

7.2與廠(chǎng)用2QF斷路器的速斷保護配合時(shí)，有

Idz1= IPh·Idz2

式中 Iqh—配合系數，取1.1—1.15 。以上Idzj1取較大者

Idz2—電爐變壓器前置斷路器2QF過(guò)電流定值

二次動(dòng)作電流整定值為

式中 I(2)dmin·Ⅱ—最小運行方式下廠(chǎng)用高壓母線(xiàn)兩相短路超瞬變電流(A)。

7.4瞬時(shí)電流速斷保護的整定：

應按躲開(kāi)最大運行方式下電爐變壓器高壓側三相短路電流，其保護二次動(dòng)作電流整定為

式中 Imax—最大運行方式下廠(chǎng)用高壓母線(xiàn)三相短路電流。

需要說(shuō)明的是，某些情況下，因專(zhuān)供線(xiàn)路較短，導致無(wú)時(shí)限電流速斷保護無(wú)保護范圍，為保證電網(wǎng)設備的安全，Imax(3)也可按線(xiàn)路末端在最小運行方式下三相短路電流整定。

7.5當電爐變壓器接在非專(zhuān)用專(zhuān)供線(xiàn)路上，原饋線(xiàn)出口采用微機型定時(shí)限電流保護裝置，且動(dòng)作時(shí)限為0.5秒時(shí)，1QF動(dòng)作電流的定值應躲過(guò)2QF斷路器GL型電流繼電器不小于0.5秒對應的動(dòng)作電流和其它負荷電流之和的KK倍。即;

式中 I1QF.DZJ —變電站饋線(xiàn)出口采用定時(shí)限過(guò)電流保護0.5秒動(dòng)作一次整定值;

I DZJ2—爐變采用GL型反時(shí)限電流繼電器大于0.5秒一次動(dòng)作電流;

IXL—線(xiàn)路其它負荷一次電流。

結語(yǔ)：電爐變壓器分煉鋼用電爐變壓器和礦熱爐變壓器，雖然都是電爐變壓器的范疇，但兩者的工作狀態(tài)存有一定差異。其有些系數的取值范圍，煉鋼爐可適當大一些，礦熱爐可適當小一些。需要指出的是，因電爐變壓器二次側工作電流較大，為節約投資和簡(jiǎn)化接線(xiàn)，其二次側在一般情況下，是不需裝設電流互感器。實(shí)際整定計算過(guò)程中應和普通變壓器過(guò)電流保護加以區分，必須注意滿(mǎn)足保護靈敏度要求并與變電站專(zhuān)供出線(xiàn)保護定值的科學(xué)配合，以保證其選擇性。達到保證電網(wǎng)安全和對用戶(hù)可靠性供電的目的。

參考文獻：

1. 崔佳培 孟慶炎 陳永芳 熊炳耀《電力系統繼電保護與自動(dòng)裝置整

定計算》1993年 中國電力出版社

2. GB50056—93《電熱設備電力裝置設計規范》

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