10 kV配電變壓器保護(hù)配置方式的合理選擇

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 摘  要：10 kV配電變壓器的保護(hù)配置主要有斷路器、負(fù)荷開(kāi)關(guān)或負(fù)荷開(kāi)關(guān)加熔斷器等。負(fù)荷開(kāi)關(guān)投資省，但不能開(kāi)斷短路電流，很少采用；斷路器技術(shù)性能好，但設(shè)備投資較高，使用復(fù)雜，廣泛應(yīng)用不現(xiàn)實(shí)；負(fù)荷開(kāi)關(guān)加熔斷器組合的保護(hù)配置方式，既可避免采用操作復(fù)雜、價(jià)格昂貴的斷路器，彌補(bǔ)負(fù)荷開(kāi)關(guān)不能開(kāi)斷短路電流的缺點(diǎn)，又可滿(mǎn)足實(shí)際運(yùn)行的需要，該配置可作為配電變壓器的保護(hù)方式，值得大力推廣，為此，對(duì)10 kV環(huán)網(wǎng)供電單元和終端用戶(hù)10 kV配電變壓器采用斷路器、負(fù)荷開(kāi)關(guān)加熔斷器組合的保護(hù)配置方式進(jìn)行技術(shù)-經(jīng)濟(jì)比較，供配電網(wǎng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理部門(mén)參考。
    關(guān)鍵詞：10 kV配電變壓器；斷路器；負(fù)荷開(kāi)關(guān)；熔斷器；保護(hù)配置?
    無(wú)論是在環(huán)網(wǎng)供電單元、箱式變電站或是終端用戶(hù)的高壓室結(jié)線(xiàn)方式中, 如配電變壓器發(fā)生短路故障時(shí)，保護(hù)配置能快速可靠地切除故障，對(duì)保護(hù)10 kV高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和變壓器都非常重要。保護(hù)方式的配置一般有兩種：一種利用斷路器；另一種則利用負(fù)荷開(kāi)關(guān)加高遮斷容量的后備式限流熔斷器組合。這兩種配置方式在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上各有優(yōu)缺點(diǎn)，以下對(duì)這兩種方式進(jìn)行綜合比較分析。??

1環(huán)網(wǎng)供電單元接線(xiàn)形式?
1.1環(huán)網(wǎng)供電單元的組成
    環(huán)網(wǎng)供電單元(RMU)由間隔組成, 一般至少有3個(gè)間隔，包括2個(gè)環(huán)纜進(jìn)出間隔和1個(gè)變壓器回路間隔, 參見(jiàn)圖1所示。?1.2環(huán)網(wǎng)供電單元保護(hù)方式的配置
    環(huán)纜饋線(xiàn)與變壓器饋線(xiàn)間隔均采用負(fù)荷開(kāi)關(guān), 通常為具有接通、隔斷和接地功能的三工位負(fù)荷開(kāi)關(guān)。變壓器饋線(xiàn)間隔還增加高遮斷容量后備式限流熔斷器來(lái)提供保護(hù)。實(shí)際運(yùn)行證明，這是一種簡(jiǎn)單、可靠而又經(jīng)濟(jì)的配電方式。?
1.3環(huán)網(wǎng)供電單元保護(hù)配置的特點(diǎn)
    負(fù)荷開(kāi)關(guān)用于分合額定負(fù)荷電流, 具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜等特點(diǎn), 但不能開(kāi)斷短路電流，高遮斷容量后備式限流熔斷器為保護(hù)元件, 可開(kāi)斷短路電流，如將兩者有機(jī)地結(jié)合起來(lái),可滿(mǎn)足配電系統(tǒng)各種正常和故障運(yùn)行方式下操作保護(hù)的要求。斷路器參數(shù)的確定和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)制造均嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行，兼具操作和保護(hù)兩種功能，所以其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)昂貴，大量使用不現(xiàn)實(shí)。環(huán)網(wǎng)柜中大量使用負(fù)荷開(kāi)關(guān)加高遮斷容量后備式熔斷器組合裝置，把對(duì)電器不盡相同的操作與保護(hù)功能分別由兩種簡(jiǎn)單、便宜的元件來(lái)實(shí)現(xiàn)，即用負(fù)荷開(kāi)關(guān)來(lái)完成大量發(fā)生的負(fù)荷合分操作，而采用高遮斷容量后備式限流熔斷器對(duì)極少發(fā)生短路的設(shè)備起保護(hù)作用，很好地解決問(wèn)題，既可避免使用操作復(fù)雜、價(jià)格昂貴的斷路器，又可滿(mǎn)足實(shí)際運(yùn)行的需要。表1列出3種保護(hù)配置方式的技術(shù)-經(jīng)濟(jì)比較。
      10 kV配電變壓器保護(hù)配置方式的合理選擇從表1可以看出：
    a) 斷路器具備所有保護(hù)功能與操作功能，但價(jià)格昂貴；
    b) 負(fù)荷開(kāi)關(guān)與斷路器性能基本相同，但它不能開(kāi)斷短路電流；
    c) 負(fù)荷開(kāi)關(guān)加高遮斷容量后備式限流熔斷器組合，可斷開(kāi)短路電流，部分熔斷器的分?jǐn)嗳萘勘葦嗦菲鬟€高，因此，使用負(fù)荷開(kāi)關(guān)加高遮斷容量后備式限流熔斷器組合不比斷路器效果差，可費(fèi)用卻可以大大降低。??
1.4負(fù)荷開(kāi)關(guān)加高遮斷容量后備式熔斷器組合的優(yōu)點(diǎn)
    采用負(fù)荷開(kāi)關(guān)加高遮容量熔斷器組合，具有如下優(yōu)點(diǎn)：
    a) 開(kāi)合空載變壓器的性能好。環(huán)網(wǎng)柜的負(fù)荷種類(lèi)，絕大部分為配電變壓器，一般容量不大于1 250 kVA，極少情況達(dá)1 600 kVA，配電變壓器空載電流一般為額定電流的2%左右，較大的配電變壓器空載電流較小。環(huán)網(wǎng)柜開(kāi)合空載變壓器小電流時(shí)，性能良好，不會(huì)產(chǎn)生較高過(guò)電壓。
    b) 有效保護(hù)配電變壓器，特別是對(duì)于油浸變壓器，采用負(fù)荷開(kāi)關(guān)加高遮斷容量后備式限流熔斷器比采用斷路器更為有效，有時(shí)后者甚至并不能起到有效的保護(hù)作用。有關(guān)資料表明，當(dāng)油浸變壓器發(fā)生短路故障時(shí)，電弧產(chǎn)生的壓力升高和油氣化形成的氣泡會(huì)占據(jù)原屬于油的空間，油會(huì)將壓力傳給變壓器油箱體，隨短路狀態(tài)的繼續(xù)，壓力進(jìn)一步上升，致使油箱體變形和開(kāi)裂。為了不破壞油箱體，必須在20 ms內(nèi)切除故障。如采用斷路器，因有繼電保護(hù)再加上自身動(dòng)作時(shí)間和熄弧時(shí)間，其全開(kāi)斷時(shí)間一般不會(huì)少于60 ms，這就不能有效地保護(hù)變壓器。而高遮斷容量后備式限流熔斷器具有速斷功能，加上其具有限流作用，可在10 ms之內(nèi)切除故障并限制短路電流，能夠有效地保護(hù)變壓器。因此，應(yīng)采用高遮斷容量后備式限流熔斷器而盡量不用斷路器來(lái)保護(hù)電器，即便負(fù)荷為干式變壓器，因熔斷器保護(hù)動(dòng)作快，也比用斷路器好。
    c) 從繼電保護(hù)的配合來(lái)講，在大多數(shù)情況下，也沒(méi)有必要在環(huán)網(wǎng)柜中采用斷路器，這是因?yàn)榄h(huán)網(wǎng)配電網(wǎng)絡(luò)的首端斷路器(即110 kV或220 kV變電站的10 kV饋出線(xiàn)斷路器)的保護(hù)設(shè)置一般為：速斷保護(hù)的時(shí)間為0 s，過(guò)流保護(hù)的時(shí)間為0.5 s，零序保護(hù)的時(shí)間為0.5 s。若環(huán)網(wǎng)柜中采用斷路器，即使整定時(shí)間為0 s動(dòng)作，由于斷路器固有動(dòng)作時(shí)間分散，也很難保證環(huán)網(wǎng)柜中的斷路器而不是上一級(jí)斷路器首先動(dòng)作。
    d) 高遮斷容量后備式限流熔斷器可對(duì)其后所接設(shè)備，如電流互感器、電纜等都可提供保護(hù)。高遮斷容量后備式限流熔斷器的保護(hù)范圍可在最小熔化電流(通常為熔斷器額定電流的2～3倍)到最大開(kāi)斷容量之間。限流熔斷器的電流-時(shí)間特性，一般為陡峭的反時(shí)限曲線(xiàn)，短路發(fā)生后，可在很短的時(shí)間內(nèi)熔斷，切除故障。如果采用斷路器作保護(hù)。必定使其它電器如電纜、電流互感器、變壓器套管等元件的熱穩(wěn)定要求大幅度提高，加大了電器設(shè)備的造價(jià)，增大工程費(fèi)用。
    在這里，有必要指出在采用負(fù)荷開(kāi)關(guān)加高遮斷容量后備式熔斷器組合時(shí)，兩者之間要很好地配合，當(dāng)熔斷器非三相熔斷時(shí)，熔斷器的撞針要使負(fù)荷開(kāi)關(guān)立即聯(lián)跳，防止缺相運(yùn)行。
2終端用戶(hù)高壓室接線(xiàn)形式
    標(biāo)準(zhǔn)GB 14285—1993《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，選擇配電變壓器的保護(hù)開(kāi)關(guān)設(shè)備時(shí)，當(dāng)容量等于或大于800 kVA，應(yīng)選用帶繼電保護(hù)裝置的斷路器。對(duì)于這個(gè)規(guī)定，可以理解為基于以下兩方面的需要：
    a) 配電變壓器容量達(dá)到800 kVA及以上時(shí)，過(guò)去多數(shù)使用油浸變壓器，并配備有瓦斯繼電器，使用斷路器可與瓦斯繼電器相配合，從而對(duì)變壓器進(jìn)行有效地保護(hù)。
    b) 對(duì)于裝置容量大于800 kVA的用戶(hù)，因種種原因引起單相接地故障導(dǎo)致零序保護(hù)動(dòng)作，從而使斷路器跳閘，分隔故障，不至于引起主變電站的饋線(xiàn)斷路器動(dòng)作，影響其他用戶(hù)的正常供電。
    此外，標(biāo)準(zhǔn)還明確規(guī)定，即使單臺(tái)變壓器未達(dá)到此容量，但如果用戶(hù)的配電變壓器的總?cè)萘窟_(dá)到800 kVA時(shí)，亦要符合此要求。
    目前，多數(shù)用戶(hù)的高壓配電室的接線(xiàn)方案如圖2所示，這是基本的結(jié)線(xiàn)方式，在此基礎(chǔ)上可以派生出一主一備進(jìn)線(xiàn)或雙進(jìn)線(xiàn)加母線(xiàn)分段等方式。
    從圖2可知，一般在A(yíng)處裝設(shè)斷路器，在B處也裝設(shè)斷路器，這樣，視繼電保護(hù)的配置情況，可以用A或B達(dá)到GB 14285—1993《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》的兩個(gè)要求，在其中1臺(tái)變壓器需要退出運(yùn)行時(shí)，操作B處的斷路器即可實(shí)現(xiàn)。
    根據(jù)有關(guān)的理論及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，在B處裝設(shè)熔斷器作為保護(hù)裝置更為合理、有效。筆者認(rèn)為，在采用圖2的接線(xiàn)方式時(shí)，在B處應(yīng)當(dāng)裝設(shè)負(fù)荷開(kāi)關(guān)加高遮斷容量后備式熔斷器的組合，在A(yíng)處裝設(shè)斷路器，既達(dá)到GB 14285—1993《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》的要求，而在B處裝設(shè)熔斷器作為每臺(tái)變壓器的相間短路保護(hù)，且利用負(fù)荷開(kāi)關(guān)又可進(jìn)行每臺(tái)變壓器的投切操作，這樣，在B處裝設(shè)的就不是常用的開(kāi)關(guān)柜而是環(huán)網(wǎng)負(fù)荷開(kāi)關(guān)柜，其造價(jià)較低，體積較小，能夠有效節(jié)省配電投資。此外，如果處理好負(fù)荷開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)移電流以及與熔斷器交接電流的選擇，也不排除在B處用每臺(tái)負(fù)荷開(kāi)關(guān)進(jìn)行對(duì)應(yīng)變壓器零序保護(hù)的可能性。?
3結(jié)束語(yǔ)
    10 kV配電變壓器的保護(hù)配置主要有斷路器、負(fù)荷開(kāi)關(guān)或負(fù)荷開(kāi)關(guān)加熔斷器，綜合技術(shù)-經(jīng)濟(jì)性能和運(yùn)行管理因素，無(wú)論在10 kV環(huán)網(wǎng)供電單元還是在終端用戶(hù)高壓配電單元中，采用負(fù)荷開(kāi)關(guān)加高遮斷容量后備式限流熔斷器組合的保護(hù)配置，既可提供額定負(fù)荷電流，又可斷開(kāi)短路電流，并具備開(kāi)合空載變壓器的性能，能有效保護(hù)配電變壓器，為此，推薦采用負(fù)荷開(kāi)關(guān)加高遮斷容量后備式限流熔斷器組合的配置作為配電變壓器保護(hù)的保護(hù)方式。?
參考文獻(xiàn)
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