电炉变反时限过流保护与变电站定时限过流保护配合中存在的问题与对策

21ic智能电网：随着工业的快速发展和国家产业政策的调整，小容量电炉变压器被彻底淘汰，大容量6300—12500KVA，电压等级在35KV—110KV电弧炉被广泛应用。如何对电弧炉变压器的继电保护进行正确的配置和整定计算，防止变电站出线断路器保护和电弧炉变压器前置断路器保护因科学配合不良，而导致无序的跳闸，影响系统安全和电炉变压器的正常供电尤为重要。

1电炉变压器较普通电力变压器具有以下特点：

1.1变压器输出电压较低，一般为几十伏，最多几百伏，而输出电流则很大，往往达数万安培;

1.2 安全可靠，瞬时过载能力较大;

1.3 变压器二次输出电压有较宽的调节范围;

1.4变压器线圈采用交迭绕制方式，结构牢固，机械性能好，能承受短时过载的冲击。

2电弧炉用于电冶炼的工艺生产特性：

一般情况下，电弧炉负荷变化状态与对应的工艺过程可分为熔化期，氧化期、和还原期。

2.1在熔炼周期内电流变化很大，情况也很复杂。熔化期，固态原料被熔解，需要输入大量的能量，电流波动很大，三相电极间电弧的波动也相当剧烈。

2.2在氧化期和还原期期间仅需要供给一定的电能来补偿所耗损的热量。在此期间，电极及炉料或电极周围的炉料塌落以及电极升降操作不当，导致三相电极的两相或三相工作短路。这种工作短路是不可避免的。所以电弧炉变压器的生产运行过程必须满足这一性能要求，但又必须在继电保护及自动装置方面采取措施，使工作短路电流的倍数和持续时间不超过规定值，以防止对电网系统造成较大的冲击。

3电炉变压器继电保护的配置：根据GB50056—93《电热设备电力装置设计规范》的有关规定，电炉变压器应配置下列继电保护装置及自动装置：

3.1防止相间短路的电流速断保护：速断电流的整定值应躲过电炉最大工作负荷电流，保护设于电炉变压器高压侧，动作于炉变高压侧断路器。馈线出口保护一般采用具有反时限特性兼有定时限特性的GL型两相继电器，也可采用DL型三相三继电器接线方式。利用定时限特性使炉变压器绕组Y/Δ接线时保护灵敏度满足要求。

3.2防止超过工作短路电流的过电流保护：过电流保护装置接入炉变高压侧电流互感器回路，采用反时限GL型电流继电器，因工作短路可能出现两相或三相短路，故采用三相三继电器接线方式。

3.3电炉变压器的瓦斯保护：炉变本体重瓦斯保护和有载调压重瓦斯保护动作于炉变高压侧断路器跳闸，轻瓦斯保护动作于信号。

3.4电炉变压器冷却系统保护：为提高电炉变压器运行中的冷却效果，6300KVA及以上的电炉变压器大多采用强油循环水冷却装置，

3.4.1油温保护可反映变压器温升过高和冷却系统故障，动作于信号或跳闸。

3.4.2 压差保护;正常情况下，电炉变压器的强油冷却系统中的油压必须大于水压，在油压和流速异常时动作于信号。

3.4.3过电压保护：炉变一次侧母线电压互感器高压侧中性点装设消谐电阻及在高压三相母线装设阻容吸收装置。

4. 电炉变压器过电流保护计算整定中易出线的问题;

变电所专供电炉变压器、线路和厂区供电接线方式如下简图所示：

图1 变电所专供电炉变压器、线路接线方式简图

电网中变电站专供电炉变压器出线断路器1QF的定时限(0.5S)过电流保护大多是按常规算法约两倍左右额定电流整定。而电炉变压器的允许的最大工作短路电流可达3.5倍6S以下，容易出现变电站1QF的继电保护和冶炼厂的2QF继电保护在动作电流和时间阶梯方面，不能科学合理的有机配合，导致频繁地越级到变电站出线断路器1QF跳闸。由于电力系统中运行的各种型号的断路器对事故和非事故跳闸次数都有严格的规定，无论达到哪种累计跳闸次数后，必须进行检修和维护。在非事故状态下，电网中的断路器无选择性地频繁无序跳闸，势必缩短断路器的检修维护周期，从而影响对用户的供电可靠性。

5保护整定原则

根据电弧炉的工作特点，在电弧引燃以及在熔炼期内的工作负荷电流较大(一般为额定电流的1.3—3.5倍)持续时间均在3秒左右，继电保护装置的整定应能满足这一特点。虽然电弧炉变压器具有一定的过载能力，为安全运行起见，在整定继电保护动作电流时，其最大不超过额定电流的3—3.5倍。工作短路电流要小于3—3.5倍电炉变压器额定电流，持续时间小于6S，短路速断电流小于4—6倍电炉变压器额定电流，持续时间0S。因此，一般电炉变压器炉前断路器的过电流保护大多采取具有反时限和定时限特性的GL型电流继电器。

6厂用电弧炉变压器前置断路器2QF反时限过电流保护的整定计算

6.1过电流保护计算：工作短路过电流保护按躲过电炉变压器最大负荷电流整定，其一次动作电流计算为

6.2两倍反时限过电流保护动作时间的整定：

一般按3.5秒左右整定。对于新变压器或认为强度较好的变压器，可按5—6秒整定;对于旧变压器及强度较差的变压器，可按2—2.5秒整定。

6.3电流速断保护计算：

式中I"(2)d.min.Ⅲ—最小运行方式下电炉变压器低压侧母线两相短路电流(A)。

7.变电站专供电弧炉变压器负荷馈线断路器1QF保护计算：

7.1过电流保护的计算整定：按躲过本线路最大负荷电流整定时，一次动作电流为

Idz1= KKKzqIfh

式中 Idz1—保护一次动作电流;

KK—可靠系数;取1.2—1.3

Kzq—自启动系数，取1.3—2.5

Ifh—流过线路的最大负荷电流;

7.2与厂用2QF断路器的速断保护配合时，有

Idz1= IPh·Idz2

式中 Iqh—配合系数，取1.1—1.15 。以上Idzj1取较大者

Idz2—电炉变压器前置断路器2QF过电流定值

二次动作电流整定值为

式中 I"(2)dmin·Ⅱ—最小运行方式下厂用高压母线两相短路超瞬变电流(A)。

7.4瞬时电流速断保护的整定：

应按躲开最大运行方式下电炉变压器高压侧三相短路电流，其保护二次动作电流整定为

式中 Imax—最大运行方式下厂用高压母线三相短路电流。

需要说明的是，某些情况下，因专供线路较短，导致无时限电流速断保护无保护范围，为保证电网设备的安全，Imax(3)也可按线路末端在最小运行方式下三相短路电流整定。

7.5当电炉变压器接在非专用专供线路上，原馈线出口采用微机型定时限电流保护装置，且动作时限为0.5秒时，1QF动作电流的定值应躲过2QF断路器GL型电流继电器不小于0.5秒对应的动作电流和其它负荷电流之和的KK倍。即;

式中 I1QF.DZJ —变电站馈线出口采用定时限过电流保护0.5秒动作一次整定值;

I DZJ2—炉变采用GL型反时限电流继电器大于0.5秒一次动作电流;

IXL—线路其它负荷一次电流。

结语：电炉变压器分炼钢用电炉变压器和矿热炉变压器，虽然都是电炉变压器的范畴，但两者的工作状态存有一定差异。其有些系数的取值范围，炼钢炉可适当大一些，矿热炉可适当小一些。需要指出的是，因电炉变压器二次侧工作电流较大，为节约投资和简化接线，其二次侧在一般情况下，是不需装设电流互感器。实际整定计算过程中应和普通变压器过电流保护加以区分，必须注意满足保护灵敏度要求并与变电站专供出线保护定值的科学配合，以保证其选择性。达到保证电网安全和对用户可靠性供电的目的。

参考文献：

1. 崔佳培 孟庆炎 陈永芳 熊炳耀《电力系统继电保护与自动装置整

定计算》1993年 中国电力出版社

2. GB50056—93《电热设备电力装置设计规范》

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