近年来国内外研制了一系列的微机型综合保护装置,这些装置的特点恰好适应了F-C回路对保护的要求,下面针对电动机和低压变压器的保护分别加以分析和说明。定制高压熔断器为电动机供电的F-C回路保护配置,F-C回路供电的电动机,其容量一般在200kW以下,通常装设有下列保护:电流速断保护、过负荷保护、负序过流保护、单相接地保护、起动时间过长保护和低电压保护。此外,由于FC回路有单相断线可能(熔断器一相熔断),还应有断相(不平衡)保护。(1)电流速断保护。作为电动机定子绕组和回路供电电缆相间短路故障的保护。综合保护装置保护定值可设定速断高值与速断低值,高值为电动机起动过程中的速断定值,低值为电动机起动完成后,正常运行中的速断定值。电动机起动时间可在定值中设置,从而提高速断保护的灵敏度。(2)过负荷保护。主要用于防止电动机运行中因过负荷、不对称过负荷、断线等引起的过热,可作为保护的后备。(3)负序过流保护。作为电机电流不平衡的一种保护,电动机起动结束保护自动投入。
电动机的起动电流约为110~130A,比较过电压倍数,断路器与接触器是相当的。由此可见,真空接触器的正常运行方式,大量的操作是接通空载状态电流、开断电动机的额定或起动电流。操作过程中,必然伴随着过电压的发生,也必须采取可靠的限制过电压的措施,才能保证电动机等用电设备的绝缘不受损害。操作过电压分析。截流过电压。定制高压熔断器真空接触器灭弧能力很强,开断高压感应电动机空载或额定电流时,工频电流在自然过零前往往提前熄灭,电流突然中断,形成截流现象。在负载侧电感和电容上剩余的磁场能量及电场能量将以过电压的形式释放出来。可以参照断路器开断感性负荷的分析方法来分析接触器截流过电压的发生过程,为了分析方便,这里将开断高压电动机的回路,解析成等值电路。苏州高压熔断器接触器开断瞬间,负载侧电动机漏感中及等值电容上储存的磁场及电场能量将促使负载侧电感电容之间发生高频振荡。同样,电源侧也发生着电感电容之间的高频振荡,只是两者各自以自身的自振频率进行振荡。
火力发电厂中对不要求自起动的Ⅱ、Ⅲ类电动机和不能自起动的电动机一般设置0.5时限的低电压保护;苏州高压熔断器对于1类电动机,当装有自动投入的备用机械时,或未保证人身和设备安全,在电源电压长时间消失后须自动切除时,均应装设9-10s的低电压保护。F-C回路中低电压保护构成方法如下:一是对真空接触器由直流或直接由交流220V控制情况,由接于F-C柜上的综合保护装置通过检测来自于母线TV的电压信号实现,接点作用于接触器跳闸;二是对接触器通过降压变压器(由一次回路直接降压)交流控制情况,电保持型的真空接触器本身具有低电压保护功能,机械保持型的真空接触器仍由接于F-C柜上的综合保护装置通过检测来自于母线TV的电压信号实现。定制高压熔断器由综合保护装置实现的低电压保护设为两段。低压电保护一段动作电压为动作时限为9s。式中Un为系统的额定电压。断相(不平衡)运行保护。FC回路故障时,由于熔断器可能出现单相熔断,为防止三相电压不平衡的危害,FC回路需装设此保护。目前F-C开关柜所采用的熔断器均要求配撞击器,撞击器可实现上述保护撞击器的作用是熔断器熔断时立即动作联跳接触器,避免设备非全相运行。
虽然短路时间超过 5×时,电缆已经可以考虑对外的散热过程,但允许温度下降的影响对电缆的热稳定性能具有决定作用。 影响电缆热稳定性的因素,电缆的热稳定性主要受热阻、热容、温升时间常数、外部条件的影响。定制高压熔断器热阻分为电缆热阻和外部媒介热阻,热阻是与材质及结构有关的固有特征,热阻越大,其散热性越差。热容与材料的热容系数有关,与材料的体积成正比,热容越大,温升所需的热量越多。电缆和外部媒质均有其温升时间常数,表征的是温度上升或下降至63.2%最终温度所需要的时间。电缆所处的外部条件,例如环境温度,通风状况,敷设方式等也都会对电缆的载流量和热稳定性产生影响。 苏州高压熔断器F-C 回路电缆热稳定截面选择条件的确定,高压熔断器与真空接触器对回路形成联合保护时,以图 3-6 所示的电动机回路熔断器选择及配合曲线为例,当短路电流大于熔断器与真空接触器保护交接点电流时,由熔断器提供保护;小于交接点电流时,由真空接触器按照综合保护装置保护曲线动作提供保护。
永磁保持型接触器的控制。永磁保持是指借助于高性能永久磁铁与合闸接触器共同作用实现合闸,与跳闸接触器共同作用(产生的磁通与合闸相反)实跇闸;而靠水磁铁的永磁力使接触器保持在合闸状态的一种操作机构型式。在对上述三种型式接触器控制分析的基础上,现将各自特点归纳总如下。定制高压熔断器机械保持型的优点是可靠、节能,由于有单独的分闸线圈,更符合高压厂用电系统控制习惯,能完全满足对控制回路的基本要求,缺点是结构复杂,寿命略低。电保持型的优点是结构简单、寿命长,但在可靠性和节能方面不及机械保持型。由于结构特点,该型接触器接线不能完全满足对控制回路的要求,如不具备“防跳”功能等。苏州高压熔断器永磁保持型与常规电磁系统相比,具有动作电流小(因而灵敏度高)原材料消耗低、整机体积小等优点,缺点是高温下性能不稳定,抗冲击振动性能差。当真空接触器的操作机构采用机械保持时,对真空接触器的控制回路有一定要求,即控制回路中的分闸命令和合闸命令需为独立的常开接点。
为避免阻碍新型熔断器的未来发展,不同制造厂的熔断器的特性曲线会存在差异。定制高压熔断器目前FC回路设备的制造厂和设备规格较多,不同型号设备之间的特性有一定差异,根据对各主要制造厂熔断器特性曲线的比较,以系统电压为6kV为例,可初步确定功率不超过1250kW的高压电动机和容量不大于1600kVA的低压厂用变压器可以选用FC回路供电,并根据工程中采用的具体设备规范进行核算和调整。这个容量上限是按采用热稳定电流为4kA、4s的真空接触器得出的并推荐同样适用于真空接触器热稳定电流为 6kA、4s 时,这主要是基于DL/T 5153《火力发电厂厂用电设计技术规程》中对 2000kW 及以上电动机和2000kVA 及以上变压器有建议装设差动保护的相关规定。F-C 回路由于熔断器动作的不可操纵性而不能使用在要求设置差动保护的回路上,当采用热稳定电流为6kA、4s 的真空接触器时虽然可以选择额定电流更大的熔断器并相应提高供电负荷容量,但对于变压器来说,1600kVA 以上即为2000kVA 等级,苏州高压熔断器容量已没有提升的余地;而对于电动机,根据目前火力发电厂的辅机情况,容量介于 1250~2000kW 之间的电动机数量很少,提升电动机回路容量上限的经济意义不大。
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