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1、1变压器出口短路保护黄石供电公司 110kV 王家坳变 10kV 出口速限开关 SXK1 保护解决方案思源电气股份有限公司2011 年月21、工作概述抗短路能力不足已成为电力变压器损坏的主要原因之一，严重影响电网安全运行。如何有效降低系统短路电流、快速隔离大电流故障保护变压器成为当务之急。经过大量调研和考察，我们在王家坳变电站主变低压侧出口加装思源电气的 SXK1 短路电流限制成套装置，在 5ms 内快速切断故障电流，将短路电流控制在预期电流 20%50%范围内，大大降低短路电流对变压器的冲击，有效保护主变压器。2、系统电路图2.1、一次系统图根据现场的电气一次系统图绘出系统一次接线改造示意图
2、见图 1,图中虚框内为拟增加的 SXK1 短路电流限制器,主要由专用限流熔断器、隔离器和控制系统组成。10kV体体体10kV31.5MVA图 1 系统电路图SXK1 短路电流限制器和原有出口断路器共同保护主变压器。SXK1 短路电流限制器可以自由设定动作电流值，正常负荷电流和小短路电流由断路器动作；预期短路电流超过设定值，SXK1 迅速动作，避免变压器发生短路损毁。32.2、系统参数1#主变: 额定容量 31.5(MVA)，额定电压 110/10.5(kV)，10kV 侧额定电流 1730(A)。正常运行时，1#主变 10kV 侧按 31.5 MVA 考虑，则额定电流为 1730A；配套断路器
3、的额定电流 2000A,根据变压器短路阻抗确定最大运行方式下短路电流为。3、SXK1 产品原理3.1、产品原理SXK1 系列短路电流限制器是由快速隔离器、专用限流熔断器、电流传感器、电子控制器、信号控制箱、隔离变压器、底座等部件组成。ABC9 876543211 底座 2 隔离变压器 3 电子控制器 4 电流传感器 5 专用限流熔断器 6 隔离器 7 导电排 8 支柱绝缘子 9 低压信号控制箱图 2 产品原理结构图 隔离器和专用限流熔断器在电气上是并联的，正常运行情况下母线电流几乎全部流过隔离器。当系统发生短路时，电流传感器将母线中的短路电流信号传递给高压侧电子控制器，由其进行信号的分析和处理
4、。若短路电流信号超过整定值，电子控制器将输出触发脉冲信号，使隔离器中的执行元件动作，将隔离器导电回路在瞬间断开；在隔离器导电回路断开的过程中，故障电流转移到专用限流熔断器中，由其最后开断短路电流，切除故障。由于故障在 1ms 内即被截流, 3ms 之内衰减到 0,整个开断过程小于 5ms,所以短路电流瞬时值永远不会达到短路电流冲击值。SXK1 开断短路电流的动作时序如图 3 所示：4图 3 SXK1 动作时序示意图t=0 短路故障发生。t=t1 电子控制器探测到故障并建立点火信号，一般大于 600s。t=t2 快速隔离器断口打开，电流转移到限流熔断器中， （t 2-t1）约为 200s。t=t
5、3 熔断器开始起弧， （t 3-t2）为熔断器的弧前时间，一般为 1ms 左右，图中的 Ic 即为限流峰值。t=t4 熔断器内电弧熄灭，故障电流被彻底开断，(t 4-t3)为熔断器的燃弧时间，一般小于3ms。当发生短路故障时，如果采用普通的断路器进行开断，断路器的开断时间约为60200ms 而且开断过程中不限流，虽可切除短路故障，但变压器因经受不住短路电流热效应和电动力的冲击，仍有可能频频损坏。我们的方案是在断路器和隔离开关间串联短路电流限制器 SXK1 如图 1 中虚线框部分所示，短路电流限制器（设置具体整定值）作为短路后备保护，一般短路电流由短路器开断。SXK1 在短路故障发生后几毫秒内完
6、成限流开断，可在预期短路电流尚未发展到峰值之前将其高速限流开断，实际通过电力设备的短路电流的峰值在第一个大半波被限制到预期短路电流峰值的 15%50%，短路电流的持续时间小于 5ms，大大降低了故障电流的总能量（约为普通断路器的 0.5%） ，从而更有效地保护了电力主设备免受损坏，使系统的dti2动稳定和热稳定裕度大大提高。3.2、产品特点开断速度快：在 5ms 内开断短路电流，远远快于断路器，保护主变。限流能力强：限制系统短路电流在预期电流的 15%50%，大大降低峰值电流对主变的冲击损坏概率。5运行安全高：采用短路电流瞬时值 i 和短路电流陡度瞬时值 di/dt 双判据触发，提高了抗干扰能
7、力，保证产品可靠动作。信号传输：具有联动和动作信号远传功能，可用于断路器的联动跳闸以防止非全相运行，也可用于闭锁、遥信、报警等。安装灵活：既可分相安装，也可安装在高压开关柜内与隔离开关、断路器等设备一起构成大容量快速开断限流装置，供用户选择使用；可以安装在户内，也可以用于户外。4、技术参数4.1、使用条件 环境温度 -25C +40C； 海拔 不超过 2000m； 日照强度 不大于 1000w/m2； 最大月平均相对湿度 90%； 最大日平均相对湿度 95%； 最大地震裂度 8 级； 覆冰厚度 不大于 10mm； 污秽等级 级； 安装环境 户内或户外，无火灾、无爆炸危险、无化学腐蚀等。4.2、
8、技术参数表 1 SXK1 系列产品的技术参数序号 项 目 单位 技术参数1 额定电流 A 20002 额定电压 kV 123 额定频率 Hz 50 4 额定预期短路开断电流 kA 6312kV kV 42/755额定绝缘水平（工频/雷电） 40.5 kV kV 95/1856 截止电流/预期短路电流峰值 % 15507 主回路直流电阻 408 动作电流整定范围 kA 56069 专用限流熔断器额定开断电流 kA 1004.3、二次参数工作电压： AC220V，允许偏差 -10%+10%（也可采用 DC220V 供电，这时需配置专用逆变器，订货时需说明） ；接点容量： 交流 3A 240V；直流
9、：3A 28V；电子控制器尺寸：97mm(H)111mm(W)197mm(D)；信号控制箱尺寸：500mm(H)480mm(W)200mm(D)。4.4、整定值参数确定SXK1 系列速限开关采用电流值 i 和电流变化率 di/dt 双重判据作为启动条件。设系统电压 ，电路参数 R、L， ， ；sin()muUtLarctgRaT短路电流为 ；其中，/00sin()sin()tsc mmiIIIe为短路前正常电流幅值和功率因数角； 为短路电流周期分量幅值，远远大于0mI，化简得 ；/sin()si()atTscmmiItIe；/o/nats adt一般取 s（ ） ， 时，冲击系数达到 1.8
10、以上，峰值短路电0.5aT86.3o0o流最大；由上式得，电流变化率最大值 。max(/)-2)scmditI(例如，我们设定 kA/ms=4.4kA/ms, kA；则出现一个max(/)10it52dzi大于或等于 10kA 短路电流（峰值 10*1.414=14.14kA）时，满足启动判据 di/dt；当电流从0 上升到 5kA 的峰值 7.07kA 时，SXK1 速限开关动作，快速限制短路电流。根据我们速限开关的保护范围内短路电流大小，以及主变所能承受的最大短路电流确定我们设定值；建议旧变压器按照新变压器短路电流承受能力乘以系数 0.6 确定。5、安装方案5.1 改造方案开关柜为 KYN
11、 柜体，宽为 800mm,检修通道距墙宽 1500mm。根据现场情况，需将 SXK1短路电流限制器与变压器出口断路器串联，即仅需在开关柜背后加装一个背包，宽度为7454mm，则检修通道距墙宽为 1050mm，此距离满足 10kV 及以下变电所设计规范 GB 5005394 高压配电室内各种通道最小宽度 800mm 要求。表 4.2.7 高压配电室内各种通道最小宽度（GB 50053-94）柜前操作通道开关柜布置方式 柜后维护通道固定式 手车式单排布置 800 1500 单车长度+1200双排面对面布置 800 2000 双车长度+900双排背对背布置 1000 1500 单车长度+1200注：
12、1、固定式开关柜为靠墙布置时，柜后与墙净距应大于 50mm，侧面与墙净距应大于200mm；2、通道宽度在建筑物的墙面遇有柱类局部凸出时，凸出部位的通道宽度可减少200mm。加装方案如图 4，原进线开关柜采用下进线上出线方式；只需要在开关后增补背包，由开关柜下进线，经过速限开关 SXK1，再经过断路器回到上出线母排，安装方便。8454体 体 体 体体 体 体 体图 4 柜体改造示意图5.2 信号控制箱安装在开关柜内低压室安装信号控制箱。给信号控制板内引入 220V/1A 交流电源（或220V/1A 直流） ，向外引出三根低压电缆给 SXK1 提供工作电源，另外引出联动及动作信号远传接点。信号控制
13、箱为成套装置提供工作电源，并指示隔离器工作状态，同时提供触点信号。信号控制箱上内部主要器件如图 5 所示：91 5632 87491电源变压器 2信号继电器 3信号控制板 3电源变压器 4逆变电源（选配）5计数器 6电源滤波器 7交流单联空开 8直流双联空开 9端子排图 5 信号控制箱内部结构图信号箱内各继电器的动作原理如图 6 所示，其中 J1、J2、J3 为 A、B、C 三相对应的动作检查继电器，Ja、Jb、Jc 为 A、B、C 三相对应的动作指示继电器。低压信号控制箱正常运行情况下，红色指示灯点亮。故障电流出现时，故障相动作，信号感应继电器控制对应相信号继电器及信号综合继电器动作并自保持
14、，对应相的绿色指示灯点亮（红灯熄灭） 。信号综合继电器也将输出接点变位信号。10JaJb3 4 AC12V体 体 体 体J1Ja A体 体 体 体 体 体 体 体B体 体 体 体 体 体 体 体J2JcB体 体 体 体 体 体 体JcJbJ3 C体 体 体 体 体 体 体 体HDaLDaHDbLDbHDcLDcJaJbJc C体 体 体 体 体 体 体A体 体 体 体 体 体 体JzJ2J1SXK1体 体 体 体 体 体 体体 体 体 体 体 体 体 体 体J3Jz体 体 体 体 体 体 体图 6 继电器动作原理信号控制箱端子排采用菲尼克斯接线端子。低压信号控制箱可为用户提供多组常开/常闭继电
15、器接点,接点容量为 AC240V/5A。可用于动作信号的远传以及与断路器的联动或闭锁。端子排标志见图 5：图 7 端子排标志端子排符号说明如下：111）POWER1、2 为电源输入端子，PA、PB、PC 为 A、B、C 三相电子控制器的电源，连接至对应相的隔离变压器原边，PG 为公共端；2）AG1、AG2 为 A 相继电器的输出接点公共端，AO1、AO2 为常开接点，AC1、AC2 为常闭接点；3）BG1、BG2 为 B 相继电器的输出接点公共端，BO1、BO2 为常开接点，BC1、BC2 为常闭接点；4）CG1、CG2 为 C 相继电器的输出接点公共端，CO1、CO2 为常开接点，CC1、CC2 为常闭接点；5）ZG1、ZG2、ZG3 为综合信号继电器的输出接点公共端，ZO1、ZO2、ZO3 为常开接点，ZC1、ZC2、ZC3 为常闭接点。6、工作分工6.1 思源电气工作内容1、产品运输到现场，协助设计安装平台基本要求；2、负责信号控制箱接线和调试；3、负责和开关柜供应商进行改造；4、协助进行耐压试验；5、协助全套装置进行现场测试；6、协助速限开关投运。6.2 供电公司负责项目1、安装平台的设计和施工，准备好安装条件；2、提供低压控制电源；3、协助安排开关柜供
