1004kV变压器的低压总进线断路器的保护整定.docx
在民用建筑中，100.4kV变压器的低压总进线断路器的保护需要如何整定，才能准确地保护变压器不过载又能使变压器容量得到充分利用呢？低压总进线断路器通常都带有三段保护功能，即：过载长延时（L）、短路短延时（三）和短路瞬动保护（I）,下面就针对这三段保护，来分析一下如何整定。一、总进线断路器过载长延时（L）的整定首先需计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IZdl=KI*Ieb,其中Kl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：1,2*(I$tii+Ici)1.2*(l,stn+lc)总断路器三段保护电流整定简图二、总进线断路器短路短延时（三）的整定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Izd2>K2*（IstMl+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1.2。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80OkVA,项目中最大一台电机90kW,那么电机启动电流ISIMI=（90/1.732/0.38/0.8）*7=1196A,线路计算电流ICl近似地按变压器的额定电流计算IC1=Ieb=800/1.732/0.4=1155A,过载长延时整定电流Izdl=Llxl155=1270Ao则:Izd2>K2*(IstM1+IC1)=1.2*(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。三、总进线断路器短路瞬时保护(I)的整定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Izd3>K3*(IlstMl+ICl),其中K3为低压总进线断路器瞬动脱扣器的可靠系数，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800kVA,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stMl=2.3xll96=2750A;线路计算电流ICl近似地按变压器的额定电流计算ICl=Ieb=800l.732/0.4=1155Ao贝Ij：Izd3NK3*(I'stMl+ICl)=1.2*(2750+1155)=4687A;过载长延时整定电流IZdI=I.lxll55=1270A,那么Izd3Izd1=4687/1270=3.7fo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。四、总结综上盗，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1.1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。低压总断路器的短路保护需要如何整定，才能避免出现越级跳闸呢？民用建筑中，1004kV变电所的低压总断路器的短路保护需要如何整定，才能避免出现越级跳闸呢？低压总进线断路器通常都带有三段保护功能，即过载长延时(L)、短路短延时(三)和短路瞬时保护(I),那么当下级某个出线回路出现三相短路时，低压总进线断路器的短路瞬时保护(I)会不会出现越级跳闸，即下级出线回路的三相短路电流较大，超过了低压总进线断路器短路瞬时保护(I)的整定值。低压总进线断路器瞬动脱扣器越级动作而使其短路短延时(三)不起作用，这样将导致大面积停电，从而引起较大停电事故。下面就针对一个100.4kV变电所进行分析，看看是否会出现越级跳闸的情况？(1)选用消防泵出线回路进行三相短路电流的计算本次选用某住宅工程100.4kV变电所的消防泵回路在变电所低压柜内和消防泵控制柜进线处发生三相短路的情况进行计算，该变电所变压器容量为630kVA,低压总进线断路器短路瞬时保护(I)整定为9.5kA,其下级消防泵回路断路器短路瞬时保护整定值为4kAoCMMOoL /3300 In=IOOA变电所配电系统简图如下：CWI-2000/3Ph=l600Alr1=950Ak2=4000A=0.4slrJ=9500AIIb-BlTM1修iSGB10-630/10I100.40.23kVlUk=6%ID,yn11变电所配电系统简图(一)1)变压器阻抗：S=630kVA,RT=2.56,XT=16.45;2)低压总断路器至消防泵出线回路的铜排TMY-3(80x8)+(50x5)的阻抗：Ll=5m；R1=0.05x5=0.25m;Xl=0.17x5=0.85m;3)变电所至消防泵控制柜段电缆2(4x120+1x70)的阻抗：1.2=50m;R2=0.5x0.146x50=3.65m;X2=0.5x0.076x50=1.9m;4)消防泵控制柜进线处(Kl处)发生三相短路时短路电流：线路总电阻：RKl=RT+R1+R2=2.56+0.25+3.65=6.46(m)线路总电抗：XKl=XT+X1+X2=16.45+0.85+1.9=19.2(m)线路总阻抗：ZKl=20.26(m)Kl处三相短路电流:Ik3=LO5X380/1.732/20.26=1137(kA)5)变电所低压柜的消防泵出线处(K2处)发生三相短路时短路电流：线路总电阻：RK2=RT+R1=2.56+0.25=2.8l(m)线路总电抗：XK2=XT+X1=16.45+0.85=17.3(m)线路总阻抗：ZK2=17.5(m)K2处三相短路电流:Ik3=LO5X380/1.732/17.5=13.16(kA)6)校验：由以上计算可知，消防泵回路在(Kl或K2处)出线三相短路时，其三相短路电流Kl处(11.37kA)和K2处(13.l6kA)均已超过变电所低压总断路器的整定电流9.5kA,在K2处发生短路的短路电流(13.16kA9.5kA=1.39)已经超过整定电流9.5kA的1.3倍,这都将可能引起低压总进线断路器的越级跳闸。（2）针对低压总进线断路器可能产生越级跳闸而采取以下两种措施来避免1）低压总断路器整定过载长延时（L）、短路短延时（三）,而取消短路瞬动脱扣低压总进线断路器取消短路瞬动保护（D,这种方法虽然可以避免越级跳闸，而只能靠短路短延时（三）脱扣来切断短路电流以保证选择性，但是线路短路持续时间的延长使得为保证线路的热稳定而增大线路截面积，且在K3点发生短路时，如果短路短延时（三）万一因某种原因而拒动，将会产生严重后果，并不太理想。Ib-BITMI SGB10-630/10 100,40.23kVUk=6%D,yn11-2000/3P ln=1600A lrl=950A lr2=4000A t=0.4s 卜5=950QA 瞅 22CV2）采用智能型断路器，利用其ZSI（级间选择性连锁技术）来保证上下级断路器的选择性m>CU3-400L儆0/M400A为2(4xl2D+lx7Q)50m变电所配电系统简图（二）如上图中，低压总进线断路器与其下级断路器采用智能型断路器（带ZSI功能），并在它们之间敷设一信号控制线。当Kl或K2点出现短路时，图中标注的下级断路器检查出短路电流，它同时向低压总进线断路器发出连锁信号，使低压总进线断路器锁定瞬动脱扣，而只剩下0.4s的短路短延时动作，而下级断路器本身未自锁，可以瞬时动作，从而避免了越级跳闸的大面积停电事故。而当K3处发生短路时,低压总断路器并未接到下级断路器发来的连锁信号,它可以立即动作，这样即可以及时地切断短路故障，有效地保护了导体，也可减少导体的截面积，因此低压总进线断路器仍然具备短路短延时（三）和短路瞬动保护（I）这双重保险，应更合理可靠。（3）总结综上所述，在设计100.4kV变电所系统时，其低压总进线断路器的短路保护整定推荐采用以上第三节的第2种方案，即采用智能型断路器，通过其自身带的ZSl功能（或者增配）来实现上下级的选择性跳闸的短路保护，这样做就不需要为保证热稳定而加大回路截面积，就可以保证短路防护的选择性，防止低压总进线断路器出现越级跳闸的风险，使得设计更加合理。
