CN111525509B - 电力系统的整流变压器及用于其上过电流保护整定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电力系统的整流变压器，其中，定时限过电流保护装置的动作电流定值按该整流变压器的过载能力进行整定；低电压闭锁过电流保护装置的动作条件中电流定值按躲过系统最小运行方式下整流变压器低压侧两相短路时流过高压侧的短路电流进行整定，电压定值按躲过整流变压器低压侧可能出现的最低运行电压整定；低电压闭锁过电流保护装置和所述定时限过电流保护装置动作时间相同，按高于下级瞬时保护相差一个时间级差进行整定。可避免允许范围内的负载较重时发生过电流保护误动作跳闸事故的发生，可保障整流变压器的安全、可靠运行。还公开一种用于电力系统的整流变压器过电流保护整定方法。

Description

电力系统的整流变压器及用于其上过电流保护整定方法
技术领域
本发明涉及变压器技术领域，更具体地说，涉及电力系统的整流变压器，还涉及一种用于电力系统的整流变压器过电流保护整定方法。
背景技术
根据行业安全要求，整流变压器应装设下列保护：1、变压器内部及其一次线路多相短路的电流速断保护；2、整流器组短路的定时限过流保护；3、整流器组过负荷的反时限过流保护；4、变压器内部故障的瓦斯保护；5、变压器温升过高的温度信号装置。
实际进行保护整定时，对整流变压器配置了电流速断、定时限过电流、过负荷(发信)、非电量等保护，从目前的运行情况来看，钢铁行业中，整流变压器整体运行稳定，继电保护功能能够正确反映该变压器回路的故障及异常情况，其中出现多次因过载出现过负荷报警情况，以及因卡钢等因素引起定时限过电流保护动作的情况。但随着产能的提升，热轧的轧制节奏加快，生产组织发生了变化，就发生了几次热轧工序整流变压器因带负荷过重出现定时限过电流保护跳闸的情况，发明人对现场情况进行了调查，整流变压器所带负荷多数为变频器及电机负荷，现场电机因生产需要所带负荷较重，但仍然在电机允许的负荷电流范围内，此时发生整流变压器过电流保护跳闸造成生产中断不合理，对热轧工序的稳定生产造成了不利的影响。
热轧整流变压器参数：电压等级35kV/3.3kV(千伏)(整流变压器高低压侧电压等级，变压比)；高压侧额定电流Ie为209.5A(安)；容量2×6.35MVA(兆伏安，1兆伏安＝1千千伏安)；Dd0/y5接线方式(整流变压器高低压侧三绕组为三角形、三角形(0点接线)、星型(5点接线)接线方式)；短路阻抗：18.3％；115％负载可连续运行，175％负载可运行60min；200％负载可运行15min。定时限过流保护定值设置为：电流定值为4.7A，切闸时间0.8S，电流互感器变比为300/5。其中，整流变压器低压侧快速熔断器定值转换到高压侧电流为346A。根据整流变压器所在的电力系统的运行参数，对热轧整流变压器的定时限过电流保护定值进行灵敏度校验，其中，最小运行方式下整流变压器低压侧三相短路时流过高压侧的短路电流为498A。
定时限过电流保护装置的电流定值本按应躲过可能出现的变压器过负荷电流整定，根据实际运行测定，该整流变压器负荷电流可能达到额定电流的1.5倍。具体的，定时限过电流保护装置的电流定值：
Izd＝Kk*If/Kf/nTA＝1.2*1.5*209.5/0.9/60A＝7A。
其中Kk为可靠系数，1.2-1.4，取1.2；If为变压器过负荷电流，取1.5倍变压器高压侧额定电流Ie；Kf为返回系数，取0.9；nTA为电流互感器变比。
按7A定值进行定时限过电流保护灵敏度校验：按电力系统最小方式下，整流变压器低压侧两相短路电流时流过高压侧(保护安装处)的短路电流校验，灵敏度系数为Km＝Id2/Izd/nTA＝498*0.866/7/60＝1.03，其中Id2为系统最小运行方式下整流变压器低压侧两相短路时流过高压侧的短路电流，具体为系统最小运行方式下整流变压器低压侧三相短路时流过高压侧的短路电流乘以0.866，即498*0.866。根据目前的行业安全要求，过电流保护作为近后备保护时，灵敏度系数Km≥1.5，以及电源测一般要求对无电源侧母线的灵敏度至少为1.5，故按7A整定的定时限过电流保护的灵敏度无法满足要求。
所以实际在进行定时限过电流保护整定时，按躲过变压器额定电流整定。
Izd＝Kk*Ie/Kf/nTA＝1.2*209.5/0.9/60＝4.66A，取4.7A。
按4.7A定值进行定时限过电流保护灵敏度校验：按电力系统最小方式下，低压侧两相短路电流时流过高压侧(保护安装处)的短路校验，Km＝Id2/Izd/nTA＝498*0.866/4.7/60＝1.53。此时定时限过电流保护的灵敏度满足要求，几乎是最小灵敏度。而根据变压器的过载能力以及低压侧的定值配合要求(低压侧快速熔断器定值转换到高压侧电流为346A，转换到二次值为346/60＝5.8A，高压侧定值应大于低压侧定值)，此时的定时限过电流定值偏小，无法满足其要求(4.7A<5.8A)，所以就造成了低压侧负载在其变压器允许范围时，变压器已经发生了跳闸，但是由于过电流保护对于灵敏度的要求，又无法调大过电流保护定值，这种矛盾就造成了整定流变压器的定时限过流保护整定无法满足热轧工序生产的需要，对热轧工序生产的稳定性非常不利。
对于一般的电力变压器可在低压侧设置复合电压闭锁过电流保护解决此问题，但是在低压侧无保护装置的情况下就没有办法直接实现该保护，本申请涉及的35kV/3.3kV整流变压器就是这种低压侧没有保护装置设计的类型，解决办法可以是通过在低压侧增设保护装置及配套设备实现低压侧的复合电压闭锁过电流保护，但这种办法投资大，实现较慢。
综上所述，如何有效地解决目前整流变压器运行稳定性不好的问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的第一个目的在于提供一种电力系统的整流变压器，该整流变压器可以有效地解决目前整流变压器运行稳定性不好的问题，本发明的第二个目的在于提供一种用于电力系统的整流变压器过电流保护整定方法。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种电力系统的整流变压器：配置有定时限过电流保护装置和低电压闭锁过电流保护装置，所述定时限过电流保护装置的动作电流定值按该整流变压器的过载能力进行整定；所述低电压闭锁过电流保护装置的动作条件中电流定值按躲过系统最小运行方式下整流变压器低压侧两相短路时流过高压侧的短路电流进行整定，电压定值按躲过整流变压器低压侧可能出现的最低运行电压整定；所述低电压闭锁过电流保护装置和所述定时限过电流保护装置动作时间相同，按高于下级瞬时保护相差一个时间级差进行整定。
根据上述的技术方案，可以知道，在该整流变压器中，设置一套低电压闭锁过电流保护装置，以及一套常规定时限过电流保护装置。定时限过电流保护定值按该整流变压器的过载能力整定。而低电压闭锁过电流保护的电流定值按系统最小运行方式下低压侧两相短路电流时流过高压侧(保护安装处)的短路时最低灵敏度进行整定，电压定值取低压侧可能出现的最低运行电压进行整定。其中，过电流保护涉及的电流取自高压侧电流互感器相电流，涉及的电压取自低压侧线电压。在现有保护配置基础上优化保护配置，此种办法基本投资很小，很容易就实现。而且能够可避免整流变压器负载较重(但在允许范围内)时的情况下发生过电流保护动作跳闸事故的发生，可保障热轧工序的安全稳定生产，适用于按常规方法(躲过变压器的额定电流)整定过电流保护灵敏度无法满足带负载要求的整流变压器回路。综上所述该整流变压器能够有效地解决目前整流变压器运行稳定性不好的问题。
优选地，所述低电压闭锁过电流保护装置的动作条件中电流定值Izd低
＝Id2/Km/nTA，其中Id2为最小运行方式下整流变压器低压侧两相短路时流过高压侧的短路电流，其中Km为灵敏系数，nTA为电流互感器变比。
优选地，所述低电压闭锁过电流保护装置的动作条件中电压取自整流变压器低压侧二次电压。
优选地，所述低电压闭锁过电流保护装置的动作条件中电压定值为70伏～80伏。
优选地，所述低电压闭锁过电流保护装置的动作条件中电流定值中灵敏度系数取值为1.5。
优选地，所述定时限过电流保护装置的跳闸电流定值Izd定＝2*Ie/nTA，其中Ie为整流变压器的额定电流值，nTA为电流互感器变比。
优选地，所述定时限过电流保护装置的动作电流定值与整流变压器低压侧快速熔断器瞬时保护动作电流定值之比不小于1.1。
优选地，所述低电压闭锁过电流保护装置和所述定时限过电流保护装置跳闸动作时间均为0.3～0.5秒。
为了达到上述第二个目的，本发明还提供了一种用于电力系统的整流变压器过电流保护整定方法，其中所述电力系统包括高压母线、断路器、整流变压器和电流互感器，其中整流变压器设置定时限过电流保护和低电压闭锁过电流保护，具体包括如下整定步骤：对所述定时限过电流保护装置的动作电流定值按该整流变压器的过载能力进行整定；对所述低电压闭锁过电流保护装置的动作条件中电流定值按躲过系统最小运行方式下整流变压器低压侧两相短路时流过高压侧的短路电流进行整定，对电压定值按躲过整流变压器低压侧可能出现的最低运行电压整定；且使所述低电压闭锁过电流保护和所述定时限过电流保护动作时间相同，并按高于下级瞬时保护相差一个时间级差进行整定。该整流变压器过电流保护整定方法采用了与上述电力系统的整流变压器相同的整定原则。由于上述的电力系统的整流变压器具有上述技术效果，所以该用于电力系统的整流变压器过电流保护整定方法也应具有相应的技术效果。
优选地，所述低电压闭锁过电流保护装置的动作条件中电流定值Izd低＝Id2/Km/nTA，其中Id2为最小运行方式下整流变压器低压侧两相短路时流过高压侧的短路电流，其中Km为灵敏系数，nTA为电流互感器变比；所述定时限过电流保护装置的跳闸电流定值Izd定＝2*Ie/nTA，其中Ie为整流变压器的额定电流值；所述低电压闭锁过电流保护装置的动作条件中电压定值为70伏～80伏。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的整流变压器的电流保护设置图表；
图2为本发明实施例提供的整流变压器的电流保护安装示意图。
具体实施方式
本发明实施例公开了一种电力系统的整流变压器，以有效地解决目前整流变压器运行稳定性不好的问题。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-图2，图1为本发明实施例提供的整流变压器的电流保护设置图表；图2为本发明实施例提供的整流变压器的电流保护安装示意图。
在一种具体实施例中，本实施例提供了一种电力系统的整流变压器，其中电力系统主要包括高压母线、断路器、整流变压器和电流互感器，其中整流变压器具体可以为热轧整流变压器，热轧整流变压器主要包括F1～F7整流变压器，配置有变压器保护装置，设置一段定时限过电流保护和一段低电压闭锁过电流保护。
其中定时限过电流保护的动作电流定值按该整流变压器的过载能力进行整定。而整流变压器的过载能力是根据整流变压器本身结构特性决定的，指的是整流变压器主体部分能够承载最大工作能力，整流变压器的过载能力一般以高压侧额定电流Ie获取。而定时限过电流保护装置的跳闸动作时间可以根据需要进行设置，一般为0.3秒至0.5秒，可以为0.5秒，即当定时限过电流保护装置检测的电流不小于设定的动作电流定值，且持续时间达到上述跳闸动作时间时，则定时限过电流保护装置跳闸。
其中低电压闭锁过电流保护的动作条件中电流定值按系统最小运行方式下低压侧两相短路电流时流过高压侧(即该低电压闭锁过电流保护装置安装处)的短路时最低灵敏度进行整定，需要说明的是，其中最低灵敏度一般为当前区域中行业设定的标准值，以适应当前地域、当前时代的设备灵敏要求，一般来说，行业对于该情况最低灵敏度的设定值为1.5。
低电压闭锁过电流保护动作条件中电压定值，一般按低于整流变压器低压侧可能出现的最低运行电压进行整定，其中可能出现的最低运行电压，主要是根据当前的整流变压器的运行进行计算或者实测获得，一般取整流变压器低压侧的二次额定电压Ue的0.7倍至0.8倍。具体的取值可以在70伏至80伏之间，优选为80伏。
其中低电压闭锁过电流保护的动作时间可以根据需要进行设置，优选按高于下级瞬时保护相差一个时间级差进行整定，其中一个时间级差指的就是上下级保护时间上的配合。根据保护装置类型，一般电流保护的动作时间选择为0.3秒至0.5秒，可以为0.5秒，即当低电压闭锁过电流保护装置检测的电流不小于设定的保护动作条件中电流定值，且检测的电压值低于上述保护动作条件中电压定值时，并持续时间达到了上述保护动作时间时，则低电压闭锁过电流保护动作跳闸。具体的，低电压闭锁过电流保护装置的跳闸动作时间和定时限过电流保护装置跳闸动作时间可以相同。
在该整流变压器中，设置一套低电压闭锁过电流保护装置，以及一套常规定时限过电流保护装置。定时限过电流保护定值按该整流变压器的过载能力整定。而低电压闭锁过电流保护的电流定值按系统最小运行方式下整流变压器低压侧两相短路电流时流过高压侧(保护安装处)的短路时最低灵敏度进行整定，电压定值取低压侧可能出现的最低运行电压进行整定。其中，过电流保护涉及的电流取自高压侧电流互感器相电流，涉及的电压取自低压侧线电压。在现有保护配置基础上优化保护配置，此种办法基本投资很小，很容易就实现。而且能够可避免整流变压器负载较重(但在允许范围内)时的情况下发生过电流保护动作跳闸事故的发生，可保障热轧工序的安全稳定生产，适用于按常规方法(躲过变压器的额定电流)整定过电流保护灵敏度无法满足带负载要求的整流变压器回路。综上所述该整流变压器能够有效地解决目前整流变压器运行稳定性不好的问题。
进一步的，具体的，可以使其中低电压闭锁过电流保护装置的动作条件中电流定值Izd低＝Id2/Km/nTA，其中Id2为最小运行方式下整流变压器低压侧两相短路时流过高压侧的短路电流，其中Km为灵敏系数，如上，取值一般为最低灵敏度1.5，nTA为电流互感器变比，热轧整流变压器为300/5＝60。
进一步的，具体的，可以使其中的定时限过电流保护装置的动作电流定值Izd定＝2*Ie/nTA，其中Ie为整流变压器的高压侧额定电流。其中nTA为电流互感器变比，热轧整流变压器为300/5＝60。
进一步的，为了更好的控制定时限过电流保护的动作电流定值，此处优选定时限过电流保护的动作电流定值按该整流变压器的过载能力进行整定，并与低压侧快速熔断器瞬时保护动作电流定值相配合，具体的，优选其中的定时限过电流保护装置的跳闸电流定值与整流变压器低压侧快速熔断器定值之比(即上下级保护配合的可靠系数)不小于1.1。
具体的，可以使该整流变压器电压等级为35kV/3.3kV，整流变压器的高压侧额定电流Ie为209.5A，容量为2×6.35MVA；Dd0/y5接线方式；短路阻抗：18.3％；115％负载连续运行，175％负载可运行60min(分钟)；200％负载可运行30min(分钟)，电流互感器变比nTA为300/5，系统最小运行方式下整流变压器低压侧两相短路时流过高压侧的短路电流Id2为系统最小运行方式下整流变压器低压侧三相短路时流过高压侧的短路电流乘以0.866，而其中的系统最小运行方式下整流变压器低压侧三相短路时流过高压侧的短路电流为498A(安)。那么对应的，其中低电压闭锁过电流保护的动作条件中电流定值为：
Izd低＝Id2/Km/nTA＝498*0.866/1.5/60A＝4.8A
对应的，其中定时限过电流保护的动作电流定值：
Izd定＝2*Ie/nTA＝2*209.5/60A＝7A
而其中的整流变压器低压侧快速熔断器瞬时保护折算到高压侧的动作电流定值，可以根据整流变压器低压侧快速熔断器瞬时保护折算到高压侧的动作电流定值346A获得，即转换到二次值为346A/nTA＝5.8A。此时，定时限过电流保护装置的跳闸电流定值与低压侧快速熔断器定值之比为7/5.8＝1.2，满足上述保护配合要求的可靠系数1.1。
基于上述实施例中提供的电力系统的整流变压器，本发明还提供了一种用于电力系统的整流变压器过电流保护整定方法，其中所述电力系统包括高压母线、断路器、整流变压器和电流互感器，其中整流变压器设置定时限过电流保护和低电压闭锁过电流保护，具体包括如下整定步骤：对所述定时限过电流保护装置的动作电流定值按该整流变压器的过载能力进行整定；对所述低电压闭锁过电流保护装置的动作条件中电流定值按躲过系统最小运行方式下整流变压器低压侧两相短路时流过高压侧的短路电流进行整定，对电压定值按躲过整流变压器低压侧可能出现的最低运行电压整定；且使所述低电压闭锁过电流保护和所述定时限过电流保护动作时间相同，并按高于瞬时保护相差一个时间级差进行整定。由于该整流变压器过电流保护整定方法采用了与上述电力系统的整流变压器相同的整定原则，所以该用于电力系统的整流变压器过电流保护整定方法的有益效果请参考上述实施例。
进一步的，该整体方法中的整流变压器的具体设置方式可以如上，尤其优选：其中所述低电压闭锁过电流保护装置的动作条件中电流定值Izd低＝Id2/Km/nTA，其中Id2为最小运行方式下整流变压器低压侧两相短路时流过高压侧的短路电流，其中Km为灵敏系数，nTA为电流互感器变比；所述定时限过电流保护装置的跳闸电流定值Izd定＝2*Ie/nTA，其中Ie为整流变压器的额定电流值；所述低电压闭锁过电流保护装置的动作条件中电压定值为70伏～80伏。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种电力系统的整流变压器，其特征在于，设置定时限过电流保护装置和低电压闭锁过电流保护装置，并按照如下整定原则进行整定：
所述定时限过电流保护装置的动作电流定值按该整流变压器的过载能力进行整定；
所述低电压闭锁过电流保护装置的动作条件中电流定值按躲过系统最小运行方式下整流变压器低压侧两相短路时流过高压侧的短路电流进行整定，电压定值按躲过整流变压器低压侧可能出现的最低运行电压整定；
所述低电压闭锁过电流保护装置和所述定时限过电流保护装置动作时间相同，按高于下级瞬时保护相差一个时间级差进行整定；
所述低电压闭锁过电流保护装置的动作条件中电流定值Izd低＝Id2/Km/nTA，其中Id2为最小运行方式下整流变压器低压侧两相短路时流过高压侧的短路电流，其中Km为灵敏系数，nTA为电流互感器变比。
2.根据权利要求1所述的电力系统的整流变压器，其特征在于，所述低电压闭锁过电流保护装置的动作条件中电压取自整流变压器低压侧二次电压。
3.根据权利要求1所述的电力系统的整流变压器，其特征在于，所述低电压闭锁过电流保护装置的动作条件中电压定值为70伏～80伏。
4.根据权利要求1所述的电力系统的整流变压器，其特征在于，所述低电压闭锁过电流保护装置的动作条件中电流定值中灵敏度系数取值为1.5。
5.根据权利要求1所述的电力系统的整流变压器，其特征在于，所述定时限过电流保护装置的跳闸电流定值Izd定＝2*Ie/nTA，其中Ie为整流变压器的额定电流值，nTA为电流互感器变比。
6.根据权利要求5所述的电力系统的整流变压器，其特征在于，所述定时限过电流保护装置的动作电流定值与整流变压器低压侧快速熔断器瞬时保护动作电流定值之比不小于1.1。
7.根据权利要求1所述的电力系统的整流变压器，其特征在于，所述低电压闭锁过电流保护装置和所述定时限过电流保护装置跳闸动作时间均为0.3～0.5秒。
8.一种用于电力系统的整流变压器过电流保护整定方法，其特征在于，其中所述电力系统包括高压母线、断路器、整流变压器和电流互感器，其中整流变压器设置定时限过电流保护和低电压闭锁过电流保护，包括如下整定步骤：
对所述定时限过电流保护装置的动作电流定值按该整流变压器的过载能力进行整定；
对所述低电压闭锁过电流保护装置的动作条件中电流定值按躲过系统最小运行方式下整流变压器低压侧两相短路时流过高压侧的短路电流进行整定，对电压定值按躲过整流变压器低压侧可能出现的最低运行电压整定；
且使所述低电压闭锁过电流保护装置和所述定时限过电流保护装置动作时间相同，并按高于下级瞬时保护相差一个时间级差进行整定；所述低电压闭锁过电流保护装置的动作条件中电流定值Izd低＝Id2/Km/nTA，其中Id2为最小运行方式下整流变压器低压侧两相短路时流过高压侧的短路电流，其中Km为灵敏系数，nTA为电流互感器变比；所述定时限过电流保护装置的跳闸电流定值Izd定＝2*Ie/nTA，其中Ie为整流变压器的额定电流值；所述低电压闭锁过电流保护装置的动作条件中电压定值为70伏～80伏。
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