電爐變反時限過流保護與變電站定時限過流保護配合

21ic智能電網：隨著工業(yè)的快速發(fā)展和國家產業(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行正確的配置和整定計算，防止變電站出線斷路器保護和電弧爐變壓器前置斷路器保護因科學配合不良，而導致無序的跳閘，影響系統(tǒng)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：

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(shù)萬安培;

1.2 安全可靠，瞬時過載能力較大;

1.3 變壓器二次輸出電壓有較寬的調節(jié)范圍;

1.4變壓器線圈采用交迭繞制方式，結構牢固，機械性能好，能承受短時過載的沖擊。

2電弧爐用于電冶煉的工藝生產特性：

一般情況下，電弧爐負荷變化狀態(tài)與對應的工藝過程可分為熔化期，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，電流波動很大，三相電極間電弧的波動也相當劇烈。

2.2在氧化期和還原期期間僅需要供給一定的電能來補償所耗損的熱量。在此期間，電極及爐料或電極周圍的爐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運行過程必須滿足這一性能要求，但又必須在繼電保護及自動裝置方面采取措施，使工作短路電流的倍數(shù)和持續(xù)時間不超過規(guī)定值，以防止對電網系統(tǒng)造成較大的沖擊。

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

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電爐最大工作負荷電流，保護設于電爐變壓器高壓側，動作于爐變高壓側斷路器。饋線出口保護一般采用具有反時限特性兼有定時限特性的GL型兩相繼電器，也可采用DL型三相三繼電器接線方式。利用定時限特性使爐變壓器繞組Y/Δ接線時保護靈敏度滿足要求。

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

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作于爐變高壓側斷路器跳閘，輕瓦斯保護動作于信號。

3.4電爐變壓器冷卻系統(tǒng)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高和冷卻系統(tǒng)故障，動作于信號或跳閘。

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

3.4.3過電壓保護：爐變一次側母線電壓互感器高壓側中性點裝設消諧電阻及在高壓三相母線裝設阻容吸收裝置。

4. 電爐變壓器過電流保護計算整定中易出線的問題;

變電所專供電爐變壓器、線路和廠區(qū)供電接線方式如下簡圖所示：

圖1 變電所專供電爐變壓器、線路接線方式簡圖

電網中變電站專供電爐變壓器出線斷路器1QF的定時限(0.5S)過電流保護大多是按常規(guī)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(xiàn)變電站1QF的繼電保護和冶煉廠的2QF繼電保護在動作電流和時間階梯方面，不能科學合理的有機配合，導致頻繁地越級到變電站出線斷路器1QF跳閘。由于電力系統(tǒng)中運行的各種型號的斷路器對事故和非事故跳閘次數(shù)都有嚴格的規(guī)定，無論達到哪種累計跳閘次數(shù)后，必須進行檢修和維護。在非事故狀態(tài)下，電網中的斷路器無選擇性地頻繁無序跳閘，勢必縮短斷路器的檢修維護周期，從而影響對用戶的供電可靠性。

5保護整定原則

根據(jù)電弧爐的工作特點，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(xù)時間均在3秒左右，繼電保護裝置的整定應能滿足這一特點。雖然電弧爐變壓器具有一定的過載能力，為安全運行起見，在整定繼電保護動作電流時，其最大不超過額定電流的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(xù)時間小于6S，短路速斷電流小于4—6倍電爐變壓器額定電流，持續(xù)時間0S。因此，一般電爐變壓器爐前斷路器的過電流保護大多采取具有反時限和定時限特性的GL型電流繼電器。

6廠用電弧爐變壓器前置斷路器2QF反時限過電流保護的整定計算

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

6.2兩倍反時限過電流保護動作時間的整定：

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兩相短路電流(A)。

7.變電站專供電弧爐變壓器負荷饋線斷路器1QF保護計算：

7.1過電流保護的計算整定：按躲過本線路最大負荷電流整定時，一次動作電流為

Idz1= KKKzqIfh

式中 Idz1—保護一次動作電流;

KK—可靠系數(shù);取1.2—1.3

Kzq—自啟動系數(shù)，取1.3—2.5

Ifh—流過線路的最大負荷電流;

7.2與廠用2QF斷路器的速斷保護配合時，有

Idz1= IPh·Idz2

式中 Iqh—配合系數(shù)，取1.1—1.15 。以上Idzj1取較大者

Idz2—電爐變壓器前置斷路器2QF過電流定值

二次動作電流整定值為

式中 I(2)dmin·Ⅱ—最小運行方式下廠用高壓母線兩相短路超瞬變電流(A)。

7.4瞬時電流速斷保護的整定：

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

式中 Imax—最大運行方式下廠用高壓母線三相短路電流。

需要說明的是，某些情況下，因專供線路較短，導致無時限電流速斷保護無保護范圍，為保證電網設備的安全，Imax(3)也可按線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用專供線路上，原饋線出口采用微機型定時限電流保護裝置，且動作時限為0.5秒時，1QF動作電流的定值應躲過2QF斷路器GL型電流繼電器不小于0.5秒對應的動作電流和其它負荷電流之和的KK倍。即;

式中 I1QF.DZJ —變電站饋線出口采用定時限過電流保護0.5秒動作一次整定值;

I DZJ2—爐變采用GL型反時限電流繼電器大于0.5秒一次動作電流;

IXL—線路其它負荷一次電流。

結語：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(shù)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(jié)約投資和簡化接線，其二次側在一般情況下，是不需裝設電流互感器。實際整定計算過程中應和普通變壓器過電流保護加以區(qū)分，必須注意滿足保護靈敏度要求并與變電站專供出線保護定值的科學配合，以保證其選擇性。達到保證電網安全和對用戶可靠性供電的目的。

參考文獻：

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

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(guī)范》

更多好文：21ic智能電網