《380V框架断路器保护整定探讨（附智能框架断路器接地保护功能动作分析与措施探讨）.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《380V框架断路器保护整定探讨（附智能框架断路器接地保护功能动作分析与措施探讨）.docx（7页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、从系统的接线型式、低压设备的保护配置和供电方式、系统的运行性能等方面，探讨了380V框架断路器的保护整定原则，在保护配置和设备选型方面给出了一些建议。在发电厂380V低压厂用电系统设计时，一般都设计成动力中心（PC）和电动机控制中心（MCC）的供电模式，以实现低压负荷的分级管理。采用框架断路器供电的大功率电动机和MCC馈线接于PC上，MCC上接有中小功率电动机（额定功率W55kW）、低压配电盘、电加热器和单相负荷等，它们都采用塑壳断路器，低压配电盘一般为厂家自带。框架断路器采用电子脱扣器，塑壳断路器采用热磁、电磁或电子脱扣器。1电气一次接线和断路器保护配置电气一次接线如图1所示，图中380V系
2、统设计成TN-S系统，N线（中性导体）与PE线（保护导体）严格分开，系统的PE线为遍布主厂房的立体网状接地网，它包括接地引上/下线、电缆桥架、接地干线和支线等。电缆桥架焊接成电气通路后作为接地网的一部分，电气设备的外露可导电部分与接地支线可靠连接（保护接地），PE线的组成材料为钢导体。380VPC和变压器本体位于集控楼6.9m标高，380VMCe位于汽机房OrrbPC和MCC上还设置有PE母排,PE母排通过铜电缆和配电柜体分别与电缆桥架和接地支线可靠连接，变压器中性点就近接入电缆桥架（工作接地）。电动机采用三相供电，MCC馈线和低压配电盘采用三相四线（ABCN）供电，断路器采用三极断路器，N线
3、为直连，电动机M2和低压配电盘为MCC上功率或容量最大的同类设备。MCC馈线和低压配电盘的回路计算电流出分别由设计部门和厂家提供，各断路器额定电流In、电动机额定电流Ie和IB计算值见表Io图1电气一次接线工作模式馈线终端功耗/W后备电源带电时间min备注低功耗模式5.0330全程低功耗模式全功耗模式7.5240全程全功耗模式380V PC380VMCC表1断路器和设备技术参数框架断路器配置有长延时、短延时.、瞬时和接地保护，电流定值为连续可调，整定步长为1A。长延时保护反应一次回路过电流，整定项有Ir和MIr为电流定值，tr为对应于1.5Ir的跳闸延时。短延时和瞬时保护反应一次回路相间短路故
4、障或单相短路故障（相线对N线短路），短延时保护有反时限段和定时限段可选，建议选择定时限段，因为反时限段整定配合相对困难，Isd2、tsd分别为短延时保护定时限段电流、时间定值，Ii为瞬时保护电流定值。接地保护反应一次回路单相接地故障（相线对PE线短路），保护采用差值型（基于基尔霍夫电流定律），Ig、tg分别为电流、时间定值，Ig的整定范围为（0.21.0）Ino对于电动机M2,一次接线型式为塑壳断路器+接触器，塑壳断路器实现短路保护功能（短延时.十瞬时）。抽屉开关内安装有智能型电动机保护/控制器，保护/控制器接受分散控制系统（distributedcontrolsystem,DCS）或就地来的
5、电动机起停信号以控制接触器的分合闸。同时:保护/控制器还接受三相电流信号，以实现电动机过载、断相和接地保护功能，保护动作于接触器分闸，接地保护电流定值为几十安。当In确定后，其瞬时保护电流定值随即确定，本例为15In=2250A,该定值为MCC中最大相过电流保护定值。对于低压配电盘，一次接线型式为塑壳断路器，保护功能同电动机M2,瞬时保护电流定值为HIn=1760A,短延时保护电流定值按躲过最大功率电动机起动电流整定，实际整定约为500A。N线上未配置电流互感器，故无法实现接地保护功能。本文先讨论框架断路器长延时、短延时和瞬时保护的整定原则，再讨论接地保护的整定原则，从保护原理和设计等方面，分
6、析MCC馈线接地保护的运行性能。2大功率电动机Ml长延时、短延时和瞬时保护整定1）长延时保护动作特性为=（1.5r）r式（1）式（1）中，I和t分别为实际过电流值和对应的跳闸延时。Ir按电动机额定运行时能可靠返回整定，Ir=Krel/KrXleL17Ie=386A,可靠系数Krel取1.05,返回系数Kr取0.9。tr整定应以电动机实际过电流能力为准，有文献对电动机偶然过电流规定如下：额定输出在315kW及以下和额定电压在IkV及以下的多相电动机，应能承受1.5倍额定电流，历时不小于2min的偶然过电流。依据上述规定，过电流值I=1.5Ie=497A,对应的跳闸延时t=2min=120s,代入
7、式（1）得tr=88so根据厂家说明书，tr只能整定为60s或120s,若整定tr=120s,则1.5Ie下的跳闸延时为163s,这大大超过了电动机允许运行时间。因此，tr只能整定为60s,L5Ie下的跳闸延时为81s,电动机过电流能力没有得到充分发挥。2）短延时保护：Isd2按躲过电动机起动电流周期分量最大有效值整定，Isd2=KrelKqIe,可靠系数Krel取1.2,Kq为起动电流倍数。电动机起动瞬间和稳态堵转两种工况下，转差率S均等于1.0,起动电流倍数应等于堵转电流倍数。堵转电流倍数可从电动机出厂试验报告中获得，若试验报告中未提供该数据，可参考原文文献4取Kq=6.0（最大值），Is
8、d2=7.2Ie=2383A。tsd整定为0.3s,以可靠躲过暂态峰值电流存在的时间。3）瞬时保护：Ii按电动机起动电流周期分量最大有效值的（2.02.5）倍整定，本例整定Ii=2.0KqIe=3972A.3MCC馈线长延时、短延时和瞬时保护整定1）长延时保护：MCC馈线的回路计算电流IB,在设计阶段是根据MCC各类负荷的额定电流或计算电流得出的，计算时考虑了负荷的工作方式，即连续运行或间断运行，间断运行设备的负荷电流按50%考虑，IB取所有负荷电流之和。一次电缆相线的标称截面是根据IB进行选择的，即负荷电流达到IB时，一次电缆不会过载。由于没有考虑各类负荷电流的相位关系，再加上厂家提供的低压
9、配电盘的计算电流普遍偏大，使得IB比实测最大负荷电流大很多。600MW机组满负荷运行时，与机组负荷有关的锅炉/汽机MCC馈线，其负荷电流实测值见表2。从表2可以看出，最大负荷电流仅为45%IB0负荷电流超过最大值有两种工况：MCC大功率电动机严重堵转运行（s1.0）,如浆液循环泵在浆液凝固后起动困难（转速上不去），出现这种工况不应使本保护越级动作；MCC母线较长时间低电压运行，但该工况很少出现。MCC不同负荷的过电流能力各不相同，有些负荷不存在过电流现象，如电加热器、照明回路等，要想得到整个MCC的综合过电流能力，很不现实，也没有必要。此外，长延时保护动作于跳闸，其造成的损失将大于回路短时过电
10、流，因为MCC的负荷多为参与生产过程的重要负荷，一旦失电将造成机组降负荷或停机。基于以上两点，建议将长延时保护退出，Ir可按I.2IB整定，该定值也是设计部门给出的推荐值，tr整定至最大。设备名称回路计算功率kW回路计算电流Zb/A负荷电流实测值/A锅炉MCC馈线352754315汽机MCC馈线273522238表2MCC馈线最大负荷电流实测值2）短延时保护：Isd2按与MCC最大相过电流保护定值IdmaX相配合整定,即d2-Kredmax丁Z/fh式（2）式（2）中：可靠系数Krel取1.2：ZQ为除最大相过电流设各外其余负荷电流之和。对于本例.Idmax=2250Ao根据前面分析，取IB/
11、2是合适的,Isd2=3O6OA,Ud可整定为0.4s。3）瞬时保护：当MCC负荷断路器（如本例QF3）出口发生相间短路时，负荷断路器和MCC馈线的瞬时保护将同时动作，保护失去选择性，故将其退出。4接地保护整定当设备发生单相接地时，单相接地电流id（瞬时值）通过接地网流回变压器中性点，id主要由接地网中设备安装处和变压器中性点之间的PE线阻抗ZPE决定。id很难精确求出，一方面PE线由钢导体组成，钢导体属于铁磁材料，其阻抗（包括电阻和内电抗）与通过的电流大小有关，而阻抗又反过来影响电流，另一方面接地网为复杂的立体网状结构，id流通的路径很难确定。有文献对穿钢管带PE线的电力电缆进行了接地故障电
12、流测试,测试方案中，PE线、钢管和扁钢模拟了接地故障电流的返回通路。与测试方案不同的是，现场电缆是不带PE线的，且只在少数需要保护电缆的地方穿钢管，钢管不流通电流，这样扁钢的阻抗可等效为ZPE,流过扁钢的电流可等效为id,根据测试结果,流过扁钢的电流在219.2230.9A之间。PC和MCC的设备，一般都远离变压器中性点，从距离上看要大于测试扁钢的长度，发生接地故障时，id的有效值应在数百安左右。大功率电动机Ml：接地保护主要反应定子绕组绝缘受损后对定子铁心的短路故障，定子铁心通过电动机基座与接地网连接。保护测量电流取三相电流的相量和，用瞬时值表示为ig=iA+iB+iC,ig为保护测量电流的
13、瞬时值,iA、iB、iC为三相电流的瞬时值，单相接地时有ig=ido接地保护无须与其他保护相配合，Ig一般可整定为几十安，实际整定Ig=0.2In=126A,tg=0.3s,以躲过电动机起动工况。MCC馈线：接地保护反应一次电缆相线绝缘受损后对铠装钢带的短路故障,以及MCC母线对配电柜体的短路故障，铠装钢带两端和配电柜体均可靠接地，如有可能还可作为下级负荷接地故障的后备。对于三极断路器，接地保护的标准配置还应增加N线电流，保护测量电流取三相电流与N线电流的相量和，用瞬时值表示为ig=iA+iB+iC+iN,iN为N线电流的瞬时值，单相接地时有ig=id0若基建设计时未将N线电流引入控制器，则i
14、g=iAiB+iC,这将对保护运行性能产生影响。单相接地时，ig=id-iN,接地保护有可能拒动。单相短路时，ig等于单相短路电流，接地保护能可靠动作，但反应的故障类型错误。当下级负荷发生单相短路时，若单相短路保护定值大于Ig,就有可能造成MeC馈线因接地保护误动而越级跳闸。因此，N线电流必须引入控制器，否则接地保护应退出运行，从目前掌握的工程资料来看，存在N线电流未引入控制器的设计方案。受单相接地电流的限制，低压配电盘的相过电流保护（包括瞬时保护和短延时保护）不能兼作单相接地保护，这样MCC馈线接地保护就不能作为低压配电盘接地故障的后备。有两种方案供选择：MCC馈线接地保护退出运行；低压配电
15、盘另配置接地保护。建议采用第一种方案，因为一次电缆和MCC母线很少发生接地故障。二十世纪末投运的发电厂，MCC的负荷没有配置保护/控制器或接地保护，MCC馈线接地保护只能退出运行。5保护整定简要分析大功率电动机MI长延时保护整定中，I1.17Ie,依据电动机偶然过电流规定和保护动作特性，可得tr=88s,建议厂家增加tr=90s的定值选项，以充分发挥电动机的过电流能力。380V各级断路器的保护配置已十分完善，在系统短路电流相差不大的情况下，要使所有保护都满足选择性要求十分困难，本例MCC馈线瞬时保护退出就属于此类情况。为满足现场运行需要，建议断路器厂家增加单一保护投退功能。本例根据其他测试方案
16、，推测出现场单相接地电流的量级，单相接地电流除与接地网结构有关外，还与焊接工艺和PE线材质有关，焊接工艺影响过渡电阻,PE线材质与测试扁钢材质不同，相应的阻抗特性也不同。测试部门应进行单相接地电流实测，以校核接地保护定值是否满足灵敏度要求。对于低压配电盘，不建议配置接地保护，若检修人员误将N线接地，系统就变成了局部TN-C系统,N线与PE线并联，内部某支路发生单相短路时有ig=id,接地保护误动将使停电范围扩大。智能框架断路器接地保护功能动作分析与措施探讨摘要：进入21世纪以来，在社会经济稳步发展的背景下，我国供电事业发展迅速。值得注意的是，基于低压供电系统当中，需对接地保护加以重视。合理处理
17、接地保护，能够确保低压供电系统的安全性，同时确保供电系统可靠、稳定运行。本课题以低压供配电系统的保护排至作为基础，进一步重点分析智能框架断路器接地保护功能动作及改进措施，希望为低压供配电系统安全、稳定运行提供具有价值的参考建议。关键词：智能框架；断路器；接地保护功能动作基于低压供电系统当中，有时会受到一些因素的影响，比如电气装置绝缘老化、磨损以及过电压击穿等，当出现这些原因的情况下，会导致原本不带电的部分，比如金属底座及金属框架带电，或者导致原本带低电压的部分带高压电，进一步在不正常带电的影响下，引发电气设备损坏或人员伤亡事故1。因此，有必要加强对智能框架断路器接地保护功能动作的分析研究，针对
18、相关问题提出有建设性的改进措施，从而确保低压供电系统的安全、稳定运行。1智能框架断路器接地保护功能动作分析(I)保护接地方式分析。在低压电力网当中，为了起到安全保护的作用，会采取保护接地的方式。通常情况下，分为接地保护和接零保护。因为在电力系统当中，选择了保护接地的方式，这样便能够对一些设备起到接地保护的作用，比如：用电设备、金属结构以及电子设备等，进一步使设备出现漏电等危险事件得到有效防范控制。值得注意的是，基于保护接地当中的接地保护和接零保护存在一定程度的差异。首先，在保护原理上存在差异。对于接地保护来说，即对漏电设备对地的泄露电流进行限制，使其不会超过某一个安全范围，如果超出某一整定值保
19、护器，便能够以自动的方式使电源切断；而对于接零保护来说，便是利用接零线路，让设备基于绝缘损坏之后，碰壳形成单相金属性短路，进一步对短路电流加以应用，让线路当中的保护装置能够发生及时的动作。其次，在适用范围上存在差异。一般情况下，会结合负荷的特性，比如负荷分布、密度以及性质等，进一步选取合理的系统，一般会选择TT系统，或者选取TN系统。此外，在线路结构上也存在差异。对于接地保护系统来说，只存在相线与地线，对于其中的三相动力负荷来说，可无需中性线，只需保证设备接地的优良特性便可以；基于系统当中的中性线来说，将基于电源中性点接地除外，需避免存在其他接地连接方式。而对于接零保护系统来说，明确不管在何种
20、条件，均需具备保护中性线2。在有必要的条件下，对保护中心线，和接零保护线来说，在架设过程中需要区分开来；此外，基于系统当中的保护中性线来说，需要存在若干个重复接地位置。(2)中性点接地分析。在供电系统的中性点不接地情况下，倘若有单相对地的情况发生，非故障相对地电压有可能上升成1.732倍相电压。因为在受到电容倍压效益的影响之下，接地单会有间歇性电弧产生，进一步导致电网出现很高的过电压，然后当非故障相绝缘薄弱点击穿的情况下，引发两相短路问题。特别是对于电缆线路来说，在受到电弧发热诱因的影响之下，未能及时散发，进一步引发爆炸的危险事故。针对部分中性点不接地系统来说，基于单相漏电事故发生的情况下，由
21、于无泄露回路，或者由于回路电阻偏高，但设备依旧处在正常的运行状态，但是由于接地电流偏低，这样所存在的问题便很难及时发现，但是如果出现漏电电流和接地优良的金属发生接触，便会有火花放电等现象的出现，进一步导致系统引发危险事件3。由此可见，针对小电流接地系统来说，在引发单相漏电的情况下，需避免过长时间的运行，需对漏电位置进行检查，进一步实施有针对性的保护措施。2相关改进措施探究在上述分析过程中，认识到了智能框架断路器接地保护功能动作引发的一些问题，因此有必要采取及时有效的改进措施，从而确保接地保护的可靠性及安全性。总结起来，具体改进措施如下：(I)中性点接地改进措施。基于中性点接地的供电系统，如果有
22、单相接地故障出现，那么在接地点和供电设备接地点两者中，便存在回路，接地电流高，便称之为大电流接地系统；当2个接地点阻值偏小的情况下，接地电流便偏大。因此，基于中性点接地系统当中，需对中性点直接接地运行模式加以规范，需实现：1)针对用电设备，基于正常条件下不会带电的金属部分，需实施保护接零接地措施，或者采取保护接地措施。2)基于低压配电系统(三相四线制)当中，不可混合应用保护接零与保护接地，也就是部分选择保护接零，另一部分则选择保护接地方式;为了确保设备的安全可靠，可同时选择保护接零与保护接地措施。3)需确保中性线实现重复接地方式。(2)智能框架断路器应用分析。基于低压供电系统当中，如果采取智能
23、框架短路器，则其能够发挥接地保护的作用；但是，倘若临时外接部分检修电源出现单相接地的问题，那么会进一步致使低压供电系统断路器出现问题，比如在接地保护动作的情况下，引发跳闸的问题。考虑到能够防范这种现象的出现，就需要对智能框架断路器内部接线采取改进措施，从而使上述提到的断路器的接地保护功能受到屏蔽。在改进过程中，一方面需确保智能框架断路器处在分压状态当中；另一方面，针对下级非重要馈电回路，可以进行电流继电器RCD的加装设置，以此使漏电故障及单相接地故障能够有效排除，进一步保证供电的可靠性及安全性。3结语通过本课题的探究，认识到接地保护是一个值得深入研究的问题，为了确保低压供配电系统安全、可靠及稳定运行，便需对其保护功能动作加强分析，并采取有针对性的改进措施。比如针对智能框架断路器接地保护功能动作存在的问题，采取有效改进措施，便能确保系统运行的可靠性及安全性。参考文献：Ul毛伟强，杨志，智慧，尤艳忠，徐大鹏.MTO8H1型智能框架断路器频繁误动原因分析及处理J.内蒙古电力技术,2017,35(05)：49-52.2史利强，徐瑶，陈昌红，王超.1OkV典型客户变电站智能仿真实训系统的实现J.电器工业，2016(12)：72-73+76.3王志成.低压开关智能保护器在框架式断路器中的应用J.机电信息，2015(30)：49-50.
