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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计算值见图1电气一次接线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tr,Ir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障或单相短路故障（相线对N线短路
4、），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+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）或就地来的电动机起停信号以控制接触器的分合闸
5、。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MCe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，分析MCC馈线接地保护的运行性能。2
6、大功率电动机MI长延时、短延时和瞬时保护整定1）长延时保护动作特性为/2=（1.5r）2r式（1）式（1）中，1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/KRIe1.17Ie=386A,可靠系数KreI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,代入式（1）得tr=88so根据
7、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,1.5Ie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，lsd2=KrelKqIe,可靠系数KreI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。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，可参考原文文献取Kq=6.0（最大值），lsd2=7.2Ie=2383A.t
8、sd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MeC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配电盘的计算电流普遍偏大，使得IB
9、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流，因为MCC的负荷多为参与生产过
10、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1.21B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,sd2=Krddmax+7fl1式（2）式（2）中；可靠系数Krcl取1.2：Zk为除最大粗过电流设备外其余负荷电流之和。对于本例.IdmaX=2250A。根据前面分析，工及取IB/2是合适的，Isd2=3060
11、A,tsd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流测试,测试方案中，PE线、
12、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为保护测量电流的瞬时值,iA、iB、iC为三
13、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ig=iA+iB+iC,这将对
14、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MCC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；低压配电盘另配置接地保护。建议采用
15、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Ml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，推测出现场单相接地电流的
16、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。什么是断路器的过载长延时、短路短延时、短路瞬时保护？想必大部分电气设计人员都非常清楚了。但是如果说到变压器低压总断路器过载长延时、短路短延时、短路瞬时保护的整定计算方法，可能不少电气设计人员都是云里雾里，甚至还
17、有一些电气设计人员是一问三不知的。我们都知道短路瞬时保护就是在被保护线路发生短路故障后能够瞬时断开故障电流。当然瞬时也是有时间，基本在0.03秒以内。过载长延时保护是指对线路一个过载的保护，它一般是反时限的，也就是说过载电流的大小和跳闸时间成反比。而短路短延时保护：通俗的讲就是在探测到短路电流后，断路器经过一段延时时间后再跳闸，这么设置的意义就是尽量减少故障电流影响的范围，在上下两级配电回路中形成选择性的保护，避免越级跳闸。那么断路器过载长延时、短路短延时、短路瞬时保护具体应该如何整定呢？下面本文详细地给大家讲一讲，看完文章希望能给广大电气设计人员一些参考。01过载长延时的整定计算方法首先需计
18、算出变压器所带负荷的总计算电流IC,根据IC来选择变压器容量并计算出变压器额定电流，变压器额定电流Ieb需大于负荷的总计算电流IC,接下来总进线断路器的过载长延时整定电流Izdl如何整定呢？根据全国民用建筑工程设计技术措施-电气2009版第5.4.4条要求：总进线断路器的过载长延时整定电流IZdI=KI*Ieb,其中KI为可靠系数取1.1（考虑整定误差），也就是过载长延时整定电流IZdl为变压器额定电流的1.1倍。措施中推荐整定1.1倍是考虑误差原因，其实1.1倍这个值还比较合适，这意味着变压器可能会在过载10%的情况下运行，对于民用建筑电气设计中，经常采用两台变压器成对配置，两台变压器的低压
19、母线联络，变压器过载的情况最有可能是一路IokV电源或一台变压器故障，另外一台变压器带所有负荷的情况；那么这种过载是临时的,变压器制造标准本身也允许变压器过载10%可以正常运行一段时间，这段时间内可以根据变压器负载率情况，切除一些不重要的负荷以保障变压器的正常运行。另外过载长延时整定电流IZdl如果整定小于变压器额定电流Ieb,则所选变压器容量并不能得到充分利用。总进线断路器的三段保护电流整定简图如下：11.2*(lt+l)Ic1.2*(rt+lc)1.dl(可轨1.阊02短路短延时的整定计算方法短路短延时的脱扣器需躲过最大一台电机的启动时线路出现的最大电流，因此首先要计算出变压器所带的最大一
20、台电机的启动电流IstMl和除启动电流最大的一台电机以外的线路计算电流ICl,那么短路短延时的整定电流Izd2K2(ktMl+ICl),其中K2为低压总进线断路器过电流脱扣器的可靠系数,取1.2o全国民用建筑工程设计技术措施-电气2009版第5.4.4条推荐Izd2取值为变压器额定电流Ieb的35倍，再考虑可靠系数1.3,就为3.96.5倍，那么这个数值得采用吗？下面通过一个例子简单试算一下。举个例子，项目的供电变压器容量为800kVA,项目中最大一台电机90kW,那么电机启动电流IStMI=(90/1.732/0.38/0.8)*7=1196A,线路计算电流ICI近似地按变压器的额定电流计算
21、IC1=Ieb=800/1.732/0.4=1155A,过载长延时整定电流Izdl=Llxl155=1270A,则Izd2NK2*(IstMl+ICl)=L2*(1196+1155)=2821A；那么Izd2Ieb=2821/1155=2.4倍，Izd2Izd1=2821/1270=2.2,可以看出，在所供的电机容量不是很大的情况，就如本例，如果按全国民用建筑工程设计技术措施-电气2009版推荐的Izd2值就会偏大很多，所以还是需根据实际项目情况简单算一下Izd2的整定值更能起到准确的保护。03短路瞬时保护的整定计算方法一般断路器的短路瞬动脱扣的全分断时间在20ms以内，而电机启动电流的非周期
22、分量的衰减时间约为30ms左右，因此短路瞬动保护值的整定就要把电机启动电流的非周期分量也考虑进去，即需考虑电机的全启动电流，这样才能保证最大一台电机启动时，总进线断路器的瞬时保护不至于脱扣。首先要计算出变压器所带的最大一台电机的全启动电流IStMl和除启动电流最大的一台电机以外的线路计算电流ICl,那么短路瞬时保护的整定电流Izd3NK3*(IMM1+IC1),其中K3为低压总进线断路器瞬动脱扣器的可靠系数,取1.2。全国民用建筑工程设计技术措施-电气2009版第5.4.4条推荐Izd3取值为不小于过载长延时IZdl的10倍，那么也通过一个例子简单试算一下。还是上面那个例子，变压器容量为800
23、kVA,项目中最大一台电机90kW,那么电机启动电流IstM1=(90/1.732/0.38/0.8)*7=1196A,电机的全启动电流stM1=2.3xl196=2750A,线路计算电流ICl近似地按变压器的额定电流计算IC1=Ieb=800l.732/0.4=1155A,则Izd3K3*(stMl+ICl)=1.2*(2750+1155)=4687A；过载长延时整定电流IZdI=I.lxll55=1270A,那么Izd3IZdI=4687/1270=3.7倍，可以看出，在所供的电机容量不是很大的情况，断路器的瞬时保护整定电流Izd3并不大，没有达到过载长延时整定的10倍，但是为了尽可能的避
24、免出现越级跳闸的情况，总进线断路器的瞬时保护整定电流可以按技术措施的要求取过载长延时IZdl的10倍，但是要复核低压母线上发生短路时的总断路器瞬时保护的灵敏度。04低压总断路器保护整定总结综上所述，在设计100.4kV变电所系统时，变压器的低压总进线断路器的保护可以按以下整定：1、过载长延时保护整定：可按变压器额定电流的Ll倍整定，以充分利用变压器的容量；2、短路短延时保护整定：需经过简单计算变压器供电的最大一台电机启动电流来确定短路短延时电流整定值，整定范围可能在25倍的过载长延时整定电流之间，需根据不同项目实际计算出的线路电流值而确定；3、短路瞬时保护整定：一般可以按过载长延时整定电流的10倍来整定，但是要复核低压母线上发生短路时的总断路器瞬时保护的灵敏度。如果灵敏度不够，应适当调低其整定倍数。
