关于钢铁企业10_kV供电...中母线低残压保护的应用实践_李维.pdf

项目LXQIV-3 型LXQIV-6 型LXQIV-10 型LXQIV-20 型LXQIV-35 型通过 10 mA 交流电流时电压/V2403004806008001 0001 4001 7002 1002 625电阻/k244880140210通过 1 mA 时交流电流电压/V851051702102803505106308401 050电阻/k851051702102803505106308401 050通过 200 mA 交流电流 2 h 后1.无任何损坏（不含塑料铭牌）；2.冷状态下，10 mA 的电阻在合格范围内。注：电流、电压为峰值/2，而非有效值。准确测量需用峰值表，若用其他仪表测量，有约 15的误差。表 1一次消谐器主要参数关于钢铁企业 10 kV 供电系统中母线低残压保护的应用实践李维（陕钢集团汉中钢铁有限责任公司，陕西汉中724000）摘要：在中性点不接地系统中，系统发生单相接地时，故障相电压降低，非故障相的电压升高到线电压，将造成系统电压缺相。同时，电网中的操作过电压或受到雷击，也会使系统电压突然上升，电压互感器产生很大的铁磁谐振，导致电压互感器烧毁。运用低残压装置，可有效提高母线过电压的抑制能力，降低母线绝缘部分发生绝缘闪络导致故障的机率，提高供电系统运行的稳定性。关键词：中性点不接地系统；电压闪变；过电压；抑制中图分类号：T77文献标识码：A文章编号：1672-1152（2023）05-0185-030引言在汉钢公司供配电系统中均采用双回路供电方式，每段母线设置 1 台 PT 避雷器柜，一般采用电磁式电压互感器（简称 PT）用于计量、监测及二次保护，配套使用普通避雷器或过电压保护器作为母线过电压保护。汉钢公司供电系统在近年来发生因母线或出线支路接地故障导致电压互感器绝缘击穿或本体爆裂电气事故 3 起，对生产系统造成较长时间的停电，针对这一问题，结合电气相关理论及运行经验，总结分析并制定了母线低残压保护的改造方案，对系统内供电薄弱环节进行母线低残压保护装置改造后，再无电压互感器爆裂或保险熔断导致供电中断的事故发生。110 kV 电压互感器故障原因分析PT 即电压互感器，是将高电压转换为低电压的电气设备，其主要作用是对供电系统进行电能计量、电压测量和电压保护1。PT 柜是 10 kV 及以上电网系统的绝缘薄弱点之一，PT 故障即母线故障，多数会引起母线进线柜跳闸，导致大面积停电，影响较大。主要表现在以下几个方面：1）磁饱和点过低：普通的 PT 饱和点一般为系统电压的 1.61.8 倍，在操作过电压或谐振过电压的作用下，使 PT 内铁芯严重磁饱和，激磁电流迅速增加，导致严重发热或爆裂。2）铁磁谐振导致 PT 烧毁或熔丝熔断：铁磁谐振会使励磁电流增大，易造成熔丝熔断，严重时会导致PT 烧毁，甚至爆炸。3）系统谐波含量超标：轧钢供电系统中 5/7/11 次谐波电流引起电压畸变，导致电流震荡，熔丝发热，长期运行，造成电压互感器一次保险熔丝熔断。2电压互感器的绝缘结构电磁式电压互感器按结构可分为全绝缘全封闭、全绝缘半封闭、半绝缘全封闭和半绝缘半封闭等结构。PT 全绝缘与半绝缘区别在高压一次侧中性点耐压水平不同，全绝缘中性点可承受额定电压，半绝缘中性点不能承受额定电压，运行时需要长期接地。二次微机消谐装置对于全绝缘和半绝缘电压互感器二次保护没有区别，均可使用。一次消谐方案对全绝缘 PT 影响小，对半绝缘 PT 影响大。半绝缘 PT使用一次消谐时需考虑公共端不能承受过电压，单相接地故障时，消谐器阻抗大，中性点电压为相电压，半绝缘 PT 无法承受。3电压互感器一次消谐的作用及优缺点一次消谐采用碳化硅（SiC）材料制成。当消谐器10 mA 的电阻值与压变额定励磁电抗之比0.06 时，若要求消谐器在其他电流值时亦满足0.06 的条件，则消谐器的非线系数必须在一定范围内。碳化硅具备非线性特性，与电压互感器伏安特性类似，主要作用是对铁磁谐振治理和低频涌流进行限制。而对半绝缘 PT 则要进行特殊设计，常规设计无法满足半绝缘 PT 耐压需求，不仅难以达到保护 PT 目的，而且会对 PT 造成累加损害，引起绝缘故障。收稿日期：2022-12-15作者简介：李维（1984），男，陕西汉中人，大专，毕业于西安电力高等专科学校，工程师，主要从事高压电气运维管理工作。总第 208 期2023 年第 5 期山西冶金Shanxi MetallurgyTotal 208No.5，2023DOI:10.16525/14-1167/tf.2023.05.070生产实践山西冶金E-mail:第 46 卷4低残压保护装置的作用低残压保护单元可在 PT 柜内取代电站型避雷器，通过母线 PT 装置承担母线过电压保护作用，对连接在母线上所有设备（电机、变压器）提供更好的过电压保护。通过电压监测控制器可不间断检测 PT 提供的电压数据，系统一旦发生 PT 断线、过电压、低电压、失压和谐振等异常故障，微机控制器可根据 PT 提供的电压信号，快速准确地对电压波形进行实时采集，准确判析系统的故障类别，输出相应的开关量接点信号，用于报警，实现母线 PT 装置的预警、保护和过压消谐2。5现场改造方案汉钢公司供配电系统在前期设备运维中，多次发生因 10 kV 系统出线电缆单相接地导致系统内母线电压互感器发生故障，电压互感器一次本体爆裂、电压互感器一次保险熔断等电气设备事故。2022 年 10月 5 日，在钢轧 10 kV 系统一段母线发生 PT 爆裂事故，A 相 PT 本体在运行中发生绝缘击穿，如图 1 所示，导致电压互感器无法正常运行。事故发生时，供配电系统运行正常，后台报文报出 A 相断线故障，A 相电压为 0，B/C 相电压均正常指示。随即现场检查，PT 手车开关柜伴随浓烟冒出，并有刺鼻焦糊味，将 PT 手车摇出后，告警信号消失。对故障部分进行排查分析，该电压互感器为半绝缘结构，该段母线支路负荷为轧钢生产负荷，供电系统中存在谐波分量，随着系统连续运行和谐波分量累加，最终导致电压互感器在运行中绝缘薄弱部分被击穿，导致电压互感器故障。改造具体方案：保留原有 PT 柜壳体，将原柜内的二次消谐器、电压互感器拆除，安装低残压母线过电压保护装置的专用微机控制器、低残压保护单元、专用抗饱和电压互感器和智能开关等核心元器件，如图 2 所示。选用伏安特性好的抗饱和电压互感器，在 PT 开口三角并接一组可控硅装置，在 PT 的中性点与大地之间串入智能开关（PTK）和一次消谐器（SiC）。正常运行时智能开关闭合，系统发生单相接地故障、中性点电压震荡或感应雷击时，微机控制器根据 PT 提供的电压电流信号，将智能开关打开，投入一次消谐器。待接地故障消失且电压完全恢复平衡时，智能开关再次闭合，有效解决对地电容电流通过 PT 造成的涌流冲击问题。在谐振过电压抑制方面，该装置采用一次、二次综合消谐方式。电压互感器发生铁磁谐振时，控制器二次消谐保护打开时间为 1 s。若控制器检测到系统谐振问题未解决，控制器打开 PTK 开关，投入一次消谐装置。在二次消谐保护能够解决谐振问题的情况下，尽可能不投入一次消谐器，避免一次消谐器长期投入造成损坏或中性点偏移。两种工作方式互为补充，有效避免设备单一性保护，造成二次事故的发生。弧光过电压抑制方面。当发生系统单相接地时，对于中性点经消弧线圈接地系统，工频或稳态过电压低于 3.2 倍额定相电压，而高频可高达 47 倍额定相电压，消弧线圈无法解决高频部分，需与过电压防护装置配合，达到防护弧光过电压的目的。母线低残压保护装置中，低残压单元可以弥补消弧线圈不足，对高频产生的过电压进行抑制，有效限制高频过电压的产生。低残压保护单元残压可比常规避雷器降低30，即过电压保护能力提升了 30。可以防止开关柜内发生绝缘闪络事故，有效延长固体绝缘设备或交联聚乙烯电缆的使用寿命。母线残压保护装置还具备金属接地报警、弧光接地报警、谐振过电压报警和 PT 断线报警等功能，对于系统中出现的电压异常进行在线测量与记录，包括操作、弧光、谐振、电压畸变和绝缘闪络等电压波形，可记录完整波形。通过改造，提高了电压互感器的安全性，避免因电压互感器柜故障造成母线停电，导致大面积停电事故发生。设备绝缘防护能力大大提高，降低了母线过电压残压，在标准基础上过压阈值降低 30。6结语随着钢铁企业的装备升级，电网系统的电容电流迅速增加，PT 故障率也呈不断增加的趋势。PT 柜中，用于绝缘监测的电磁式电压互感器（PT）其一次绕组为星形连接，中性点接地。当进行某些操作时（例如非图 1电压互感器组 A 相绝缘击穿图 2一次系统原理图GLYTKYHRDDB30LXQLH1862023 年第 5 期加，更有利于轧后冷却时钢中贝氏体组织的形成。同时，较高的开轧温度，会导致钢坯的原始奥氏体晶体长大，奥氏体晶粒越大，形核越少，越难向铁素体、珠光体转变，更多还未来得及转变的奥氏体将进入到贝氏体转变区域，形成贝氏体组织。因此，既要保证钢坯奥氏体晶粒不长大，又要减少 B 元素对奥氏体向铁素体转变的影响，将钢筋的开轧温度设定为 1 030 左右。3.4控制进精轧温度及上冷床温度钢筋在精轧过程中由于轧件变形及组织的转变，会产生相应的升温，在精轧机组或精轧机架前面设立冷却装置，并在精轧后设立水冷段，精确控制进精轧温度、终轧温度及上冷床温度，从而控制轧后的奥氏体晶粒长大，减少了贝氏体的形成。因此，将钢筋的进精轧温度设定为 900 左右、轧后水冷温降控制在50 范围内、上冷床温度设定为 900 左右。4结论通过明确化学成分中 B 元素的要求，并通过对轧制过程中的加热温度、开轧温度、进精轧温度及上冷床温度等关键工序控制点的进行控制，有效解决了HRB500E 钢筋性能不合格的问题。参考文献1赵小金，苏祯祺，徐旋旋，等.SWRH82B 钢盘条拉伸试样断口形貌分析J.现代冶金，2018，46（4）：42-45.2龚园军，孙洋，吴关良，等.不同电化学参数的双向电迁移作用下钢筋断口形貌特征J.科技创新与应用，2020（11）：72-74.3李丽.解决 20MnS 钢筋冷弯脆断和无屈服点的途径J.金属制品，2004，30（6）：36-38.4何维，钱学海，庞锐.铸坯质量对切分轧制钢筋性能稳定性的影响分析J.轧钢，2020，37（6）：105-109.5齐俊杰，黄运华，张跃.微合金化钢M.北京：冶金业出版社，2006.（编辑：郭萍茹）Reason Analysis and Improvement Measures for Unqualified Performance of HRB500EChen Yongjun,Wei Sheng,Shi Haifeng（Quality Management Department of Liuzhou Iron and Steel Co.,Ltd.,Liuzhou Guangxi 545002）Abstract:In the conventional production process of HRB500E of Liuzhou steel,there have been multiple consecutive batches ofperformance failures.Through the analysis of the chemical composition,tensile test curve,sample fracture and metallographic structure of thereinforcement,it is determined that the abnormal increase of boron content in the steel leads to the high content of bainite in themetallographic structure of the reinforcement,which is the reason for the