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上傳時間:2014-03-28
烏魯木齊石化總廠曾于2011年6月4日在35KV段發(fā)生單相接地事故,造成消弧線圈著火,支持瓷瓶爆裂。2012年1月11日,在6KV段發(fā)生短路事故。這些事故,幾乎無一例外是由單相弧光接地迅速發(fā)展為相間短路的。企業(yè)內(nèi)部電網(wǎng)事故的發(fā)生輕者會造成電氣設(shè)備的損壞,嚴(yán)重的會影響企業(yè)內(nèi)部電網(wǎng)供電的質(zhì)量和可靠性,進而造成停車事故影響企業(yè)的正常生產(chǎn),帶來巨大的經(jīng)濟損失。過電壓引起的絕緣事故、電壓波動帶來的晃電問題、電抗器正常運行時的電能損耗和漏磁場干擾問題、以及供電系統(tǒng)聯(lián)系不緊密供電可靠性不高等問題,已成為影響中石油系統(tǒng)企業(yè)內(nèi)部電網(wǎng)安全運行的主要原因。
本文將對烏魯木齊石化總廠6KV及35KV電網(wǎng)存在的主要問題加以分析,并提出解決方案。
(一) 中性點非直接接地系統(tǒng)弧光接地過電壓的危害及限制措施
1、 弧光接地過電壓的危害
當(dāng)中性點非直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相間歇性弧光接地故障時,非故障相的過電壓幅值可達3.15-3.5倍相電壓。在這樣高的過電壓作用下,由于電纜等固體絕緣擊穿的積累效應(yīng),造成電氣設(shè)備絕緣的積累性損傷,在非故障相的絕緣薄弱環(huán)節(jié)處形成對地?fù)舸,進而發(fā)展成相間短路事故。
弧光接地過電壓使電壓互感器飽和,容易引起鐵磁諧振,導(dǎo)致過電壓或電壓互感器爆炸事故。
弧光接地過電壓的能量由電源提供,持續(xù)時間較長,當(dāng)過電壓超過避雷器所能承受的400A 2ms的能量時,就會造成避雷器的爆炸事故。
2、 限制弧光接地過電壓的措施
一直以來,人們認(rèn)為消弧線圈能夠限制弧光接地過電壓。其實不然,消弧線圈不但不能限制弧光接地過電壓,有時反而會加大過電壓的幅值。不僅如此,消弧線圈在正常運行中會與系統(tǒng)對地電容串聯(lián)諧振,產(chǎn)生虛幻接地或串聯(lián)諧振過電壓;與系統(tǒng)對地電容并聯(lián)諧振,產(chǎn)生傳遞過電壓;導(dǎo)致選線靈敏度降低甚至無法選線。
消弧及過電壓保護裝置已在冶金、煤炭、石化及供電企業(yè)得到推廣和應(yīng)用。該裝置對于限制弧光接地過電壓,開斷過電壓及大氣過電壓都有良好的抑制效果。并且,由于母線過電壓被限制在較低的水平,鐵磁諧振過電壓被引發(fā)的可能性大為降低。該裝置限制過電壓的機理與電網(wǎng)對地電容電流的大小無關(guān),因而其保護性能不隨電網(wǎng)運行方式的改變而改變。該裝置還具有結(jié)構(gòu)簡單,造價低廉,安裝調(diào)試方便等優(yōu)點。
運行實踐表明該裝置在提高供電電網(wǎng)和企業(yè)內(nèi)部電網(wǎng)的供電可靠性方面收到了良好的效果,得到了用戶的好評。
為此,我們建議使用合肥潛龍電力科技有限公司生產(chǎn)的QHLXH智能型消弧消諧裝置。這套裝置的設(shè)計思想是,系統(tǒng)發(fā)生單相金屬性接地時,過電壓只有
3、推薦方案
對于烏魯木齊石化總廠企業(yè)內(nèi)部電網(wǎng),為有效避免弧光接地過電壓對系統(tǒng)的潛在威脅,提高內(nèi)部電網(wǎng)供電的可靠性,應(yīng)考慮在35kV的I段、II段母線,6kV各主母線段分別加裝QHLXH智能型消弧消諧裝置。
根據(jù)設(shè)備布置方式和現(xiàn)場調(diào)查情況,我們推薦35kVQHLXH智能型消弧消諧裝置采用散件形式,組裝在現(xiàn)有35kV配電裝置的空閑隔位。
對于6kV系統(tǒng)的QHLXH智能型消弧消諧裝置,可采用整柜結(jié)構(gòu)。該裝置的具體參數(shù)、原理及結(jié)構(gòu)圖紙詳見《QHLXH智能型消弧消諧裝置初步設(shè)計方案》。
(二) 系統(tǒng)中因限制短路電流而帶來的問題及改進措施
1、線路中串聯(lián)限流電抗器對于系統(tǒng)的影響
原系統(tǒng)在6KV段串聯(lián)限流電抗器,其目的是為了降低通過斷路器的短路電流,以確保6KV系統(tǒng)發(fā)生短路時,斷路器能可靠切斷故障。由于電抗器串聯(lián)在主回路中,所以該系統(tǒng)在正常運行時將存在以下問題:
電抗器的有功功耗大。在正常運行時,一臺電抗器在年通電時間8000小時下,年耗電造成的經(jīng)濟損失將高達數(shù)萬元。而系統(tǒng)中的所有電抗器每年耗電將達到數(shù)十萬元,耗資巨大。
正常運行時,電抗器上的壓降使得母線上電壓降低,尤其是在重負(fù)荷啟停時,將使電壓波動加劇,帶來晃電問題,降低了供電的可靠性。
樓板或基礎(chǔ)混凝土中的鋼筋在空心電抗器強大的漏磁場作用下,產(chǎn)生附加損耗,而且在長期的震動下,將使混凝土松軟,影響混凝土基礎(chǔ)和廠房的壽命。強大的漏磁場將使通訊系統(tǒng)及計算機監(jiān)控系統(tǒng)受到嚴(yán)重干擾,甚至無法正常工作。
2、供電電源不能并列的問題
石化系統(tǒng)一般采取兩套供電電源的供電方式,但兩套供電電源通常并不采用并列運行的方式。這是因為,在兩套供電電源并列的情況下發(fā)生三相短路時,短路電流可能會很大,無法選取適合的斷路器來開斷短路電流。
因為企業(yè)內(nèi)部電網(wǎng)與大電網(wǎng)的聯(lián)系薄弱,一旦大電網(wǎng)供電線路跳閘,整個企業(yè)內(nèi)部電網(wǎng)會與大電網(wǎng)失去聯(lián)系。在供電電源不并列運行的方式下,企業(yè)的自備發(fā)電機組將處于單網(wǎng)運行狀態(tài),會給企業(yè)帶來供電質(zhì)量不能保證,供電電壓及頻率不穩(wěn)定的問題,進而影響企業(yè)的正常生產(chǎn)。尤其是在發(fā)生晃電時,如果電壓波動較大,引起線路的低電壓繼電器和接觸器保護跳閘導(dǎo)致生產(chǎn)設(shè)備的停車,會給企業(yè)造成極大的經(jīng)濟損失
3、改進建議
為解決線路中串聯(lián)限流電抗器給系統(tǒng)帶來的種種問題,建議在系統(tǒng)中6KV系統(tǒng)的主要限流電抗器上并聯(lián)安裝合肥潛龍電力科技有限公司的大容量高速開關(guān)裝置(HQLFSR)。該裝置的具體參數(shù)、原理及結(jié)構(gòu)圖紙詳見《大容量高速開關(guān)裝置(HQLFSR)初步設(shè)計方案》。
由于大容量高速開關(guān)裝置(HQLFSR)的限流性和快速性,原系統(tǒng)采用了HQLFSR后將具有如下的優(yōu)點。
正常運行時電抗器被HQLFSR短接,電流基本上全部從HQLFSR中流過,從根本上避免了正常運行時電抗器帶來的電壓波動、電能損耗和漏磁場等問題。僅避免電能損耗一項,每年就可取得直接經(jīng)濟效益數(shù)十萬元。
由于HQLFSR裝置的限流性,設(shè)備不再遭受大短路電流的沖擊,有效地避免了主變壓器因穿越性故障而損壞的事故。延長了發(fā)電機等設(shè)備的使用壽命,大大提高了系統(tǒng)設(shè)備在動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定方面的安全裕度。
由于HQLFSR裝置的快速性,使大短路電流故障切除時間大大縮短,更能有效地保護主變壓器,大量的研究結(jié)果表明,只有在20ms之內(nèi)切除故障,才能避免變壓器的損壞事故。
HQLFSR裝置中的氧化鋅過電壓保護裝置(FR)限制了過電壓,使操作過電壓小于2.5倍相電壓。
為使供電電源能夠并列運行,提高企業(yè)內(nèi)部供電的質(zhì)量和可靠性,我們推薦在兩套供電電源的母聯(lián)斷路器處裝設(shè)HQLFSR。這樣,在短路時,HQLFSR能可靠快速地開斷大短路電流。在正常運行時,兩套供電電源并列運行,將會大大提高供電的質(zhì)量和可靠性,為企業(yè)的正常生產(chǎn)提供可靠的保障。
(三)真空斷路器操作過電壓的危害與限制措施
1、真空斷路器操作過電壓的危害
以電動機為例,真空斷路器在開斷高壓電動機時產(chǎn)生的操作過電壓主要發(fā)生在相間。按照過電壓產(chǎn)生的原因,可分為截流過電壓、三相同時開斷過電壓和多次重燃過電壓。
真空斷路器開斷高壓電動機時產(chǎn)生的操作過電壓的特點為,在通常的情況下開關(guān)截流和多次重燃時,相間過電壓為對地過電壓的1.5倍。而開關(guān)三相同步截流時,相間過電壓為對地過電壓的2倍。因此,真空斷路器開斷高壓電動機時產(chǎn)生的相間操作過電壓在通常情況下是相地操作過電壓的1.5—2倍。真空斷路器開斷高壓電動機時,特別是在開斷啟動過程中的電動機時,相間操作過電壓可能會超過4倍的額定電壓,嚴(yán)重危及電動機的絕緣。
2、限制真空斷路器操作過電壓的措施
按照上述分析,在選擇過電壓保護器時應(yīng)遵循的原則是,一是保護器相間保護性能應(yīng)與相地保護性能相同,二是保護器的保護值應(yīng)低與被保護設(shè)備的絕緣水平。
HQLB由四個帶串聯(lián)間隙的氧化鋅閥片單元構(gòu)成,采用組合式結(jié)構(gòu)并以四星型方式聯(lián)結(jié)。采用這種特殊的結(jié)構(gòu)和接線方式使得HQLB擁有比常規(guī)三星形接法氧化鋅避雷器更優(yōu)越的特性。
在HQLB中采用間隙,使氧化鋅和間隙互為保護。間隙使氧化鋅荷電率為零,不存在老化問題。氧化鋅良好的伏安特性又使間隙放電后無截波,無續(xù)流,間隙不再承擔(dān)滅弧任務(wù),提高了壽命。
HQLB通過改善間隙的結(jié)構(gòu)以及選擇間隙之間瓷環(huán)材料的介電系數(shù),使得其沖擊系數(shù)接近于1。也就是上升前沿為1.2μs的沖擊電壓放電值和上升前沿為5ms的工頻電壓放電值一致。這樣,在操作沖擊電壓波形范圍內(nèi)(20μs-50ms)的任意波形電壓,放電電壓值均相等。
HQLB采用四星形接線方式,相間保護性能與相地保護性能相同,可大大降低相間過電壓,與常規(guī)三星形接法氧化鋅避雷器相比,相間過電壓下降了60%-70%,保護的可靠性大為提高。另外,可將操作過電壓和大氣過電壓可靠限制在被保護設(shè)備的絕緣允許范圍內(nèi),保護電壓值低,大大減少了因電壓互感器飽和而激發(fā)鐵磁諧振的可能性。
在各分支斷路器的負(fù)荷側(cè)使用合肥潛龍電力科技有限公司生產(chǎn)的HQLB系列大容量防爆過電壓保護器,可根據(jù)不同的負(fù)荷選擇不同型號的HQLB,詳見產(chǎn)品說明書《HQLB系列大容量防爆過電壓保護器》。