配電變壓器保護分析論文

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摘要：10kV配電變壓器的保護配置主要有斷路器、負(fù)荷開關(guān)或負(fù)荷開關(guān)加熔斷器等。負(fù)荷開關(guān)投資省，但不能開斷短路電流，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；負(fù)荷開關(guān)加熔斷器組合的保護配置方式，既可避免采用操作復(fù)雜、價格昂貴的斷路器，彌補負(fù)荷開關(guān)不能開斷短路電流的缺點，又可滿足實際運行的需要，該配置可作為配電變壓器的保護方式，值得大力推廣，為此，對10kV環(huán)網(wǎng)供電單元和終端用戶10kV配電變壓器采用斷路器、負(fù)荷開關(guān)加熔斷器組合的保護配置方式進行技術(shù)-經(jīng)濟比較，供配電網(wǎng)的設(shè)計和運行管理部門參考。

關(guān)鍵詞：10kV配電變壓器斷路器負(fù)荷開關(guān)熔斷器保護配置

無論是在環(huán)網(wǎng)供電單元、箱式變電站或是終端用戶的高壓室結(jié)線方式中,如配電變壓器發(fā)生短路故障時，保護配置能快速可靠地切除故障，對保護10kV高壓開關(guān)設(shè)備和變壓器都非常重要。保護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)濟上各有優(yōu)缺點，以下對這兩種方式進行綜合比較分析。

1環(huán)網(wǎng)供電單元接線形式

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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個間隔，包括2個環(huán)纜進出間隔和1個變壓器回路間隔。

1.2環(huán)網(wǎng)供電單元保護方式的配置

環(huán)纜饋線與變壓器饋線間隔均采用負(fù)荷開關(guān),通常為具有接通、隔斷和接地功能的三工位負(fù)荷開關(guān)。變壓器饋線間隔還增加高遮斷容量后備式限流熔斷器來提供保護。實際運行證明，這是一種簡單、可靠而又經(jīng)濟的配電方式。

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1.3環(huán)網(wǎng)供電單元保護配置的特點

負(fù)荷開關(guān)用于分合額定負(fù)荷電流,具有結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜等特點,但不能開斷短路電流，高遮斷容量后備式限流熔斷器為保護元件,可開斷短路電流，如將兩者有機地結(jié)合起來,可滿足配電系統(tǒng)各種正常和故障運行方式下操作保護的要求。斷路器參數(shù)的確定和結(jié)構(gòu)的設(shè)計制造均嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)要求進行，兼具操作和保護兩種功能，所以其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價昂貴，大量使用不現(xiàn)實。環(huán)網(wǎng)柜中大量使用負(fù)荷開關(guān)加高遮斷容量后備式熔斷器組合裝置，把對電器不盡相同的操作與保護功能分別由兩種簡單、便宜的元件來實現(xiàn)，即用負(fù)荷開關(guān)來完成大量發(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極少發(fā)生短路的設(shè)備起保護作用，很好地解決問題，既可避免使用操作復(fù)雜、價格昂貴的斷路器，又可滿足實際運行的需要。表1列出3種保護配置方式的技術(shù)-經(jīng)濟比較。

10kV配電變壓器保護配置方式的合理選擇從此可以看出：

a)斷路器具備所有保護功能與操作功能，但價格昂貴；

b)負(fù)荷開關(guān)與斷路器性能基本相同，但它不能開斷短路電流；

c)負(fù)荷開關(guān)加高遮斷容量后備式限流熔斷器組合，可斷開短路電流，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，可費用卻可以大大降低。

1.4負(fù)荷開關(guān)加高遮斷容量后備式熔斷器組合的優(yōu)點

采用負(fù)荷開關(guān)加高遮容量熔斷器組合，具有如下優(yōu)點：

a)開合空載變壓器的性能好。環(huán)網(wǎng)柜的負(fù)荷種類，絕大部分為配電變壓器，一般容量不大于1250kVA，極少情況達(dá)1600kVA，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)柜開合空載變壓器小電流時，性能良好，不會產(chǎn)生較高過電壓。

b)有效保護配電變壓器，特別是對于油浸變壓器，采用負(fù)荷開關(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，有時后者甚至并不能起到有效的保護作用。有關(guān)資料表明，當(dāng)油浸變壓器發(fā)生短路故障時，電弧產(chǎn)生的壓力升高和油氣化形成的氣泡會占據(jù)原屬于油的空間，油會將壓力傳給變壓器油箱體，隨短路狀態(tài)的繼續(xù)，壓力進一步上升，致使油箱體變形和開裂。為了不破壞油箱體，必須在20ms內(nèi)切除故障。如采用斷路器，因有繼電保護再加上自身動作時間和熄弧時間，其全開斷時間一般不會少于60ms，這就不能有效地保護變壓器。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10ms之內(nèi)切除故障并限制短路電流，能夠有效地保護變壓器。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保護電器，即便負(fù)荷為干式變壓器，因熔斷器保護動作快，也比用斷路器好。

c)從繼電保護的配合來講，在大多數(shù)情況下，也沒有必要在環(huán)網(wǎng)柜中采用斷路器，這是因為環(huán)網(wǎng)配電網(wǎng)絡(luò)的首端斷路器(即110kV或220kV變電站的10kV饋出線斷路器)的保護設(shè)置一般為：速斷保護的時間為0s，過流保護的時間為0.5s，零序保護的時間為0.5s。若環(huán)網(wǎng)柜中采用斷路器，即使整定時間為0s動作，由于斷路器固有動作時間分散，也很難保證環(huán)網(wǎng)柜中的斷路器而不是上一級斷路器首先動作。

d)高遮斷容量后備式限流熔斷器可對其后所接設(shè)備，如電流互感器、電纜等都可提供保護。高遮斷容量后備式限流熔斷器的保護范圍可在最小熔化電流(通常為熔斷器額定電流的2～3倍)到最大開斷容量之間。限流熔斷器的電流-時間特性，一般為陡峭的反時限曲線，短路發(fā)生后，可在很短的時間內(nèi)熔斷，切除故障。如果采用斷路器作保護。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，增大工程費用。

在這里，有必要指出在采用負(fù)荷開關(guān)加高遮斷容量后備式熔斷器組合時，兩者之間要很好地配合，當(dāng)熔斷器非三相熔斷時，熔斷器的撞針要使負(fù)荷開關(guān)立即聯(lián)跳，防止缺相運行。

2終端用戶高壓室接線形式

標(biāo)準(zhǔn)GB14285—1993《繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，選擇配電變壓器的保護開關(guān)設(shè)備時，當(dāng)容量等于或大于800kVA，應(yīng)選用帶繼電保護裝置的斷路器。對于這個規(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800kVA及以上時，過去多數(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，從而對變壓器進行有效地保護。

b)對于裝置容量大于800kVA的用戶，因種種原因引起單相接地故障導(dǎo)致零序保護動作，從而使斷路器跳閘，分隔故障，不至于引起主變電站的饋線斷路器動作，影響其他用戶的正常供電。

此外，標(biāo)準(zhǔn)還明確規(guī)定，即使單臺變壓器未達(dá)到此容量，但如果用戶的配電變壓器的總?cè)萘窟_(dá)到800kVA時，亦要符合此要求。

目前，多數(shù)用戶的高壓配電室的接線方案此所示，這是基本的結(jié)線方式，在此基礎(chǔ)上可以派生出一主一備進線或雙進線加母線分段等方式。

從此可知，一般在A處裝設(shè)斷路器，在B處也裝設(shè)斷路器，這樣，視繼電保護的配置情況，可以用A或B達(dá)到GB14285—1993《繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》的兩個要求，在其中1臺變壓器需要退出運行時，操作B處的斷路器即可實現(xiàn)。

根據(jù)有關(guān)的理論及現(xiàn)場試驗，在B處裝設(shè)熔斷器作為保護裝置更為合理、有效。筆者認(rèn)為，在采用此的接線方式時，在B處應(yīng)當(dāng)裝設(shè)負(fù)荷開關(guān)加高遮斷容量后備式熔斷器的組合，在A處裝設(shè)斷路器，既達(dá)到GB14285—1993《繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》的要求，而在B處裝設(shè)熔斷器作為每臺變壓器的相間短路保護，且利用負(fù)荷開關(guān)又可進行每臺變壓器的投切操作，這樣，在B處裝設(shè)的就不是常用的開關(guān)柜而是環(huán)網(wǎng)負(fù)荷開關(guān)柜，其造價較低，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處用每臺負(fù)荷開關(guān)進行對應(yīng)變壓器零序保護的可能性。

3結(jié)束語

10kV配電變壓器的保護配置主要有斷路器、負(fù)荷開關(guān)或負(fù)荷開關(guān)加熔斷器，綜合技術(shù)-經(jīng)濟性能和運行管理因素，無論在10kV環(huán)網(wǎng)供電單元還是在終端用戶高壓配電單元中，采用負(fù)荷開關(guān)加高遮斷容量后備式限流熔斷器組合的保護配置，既可提供額定負(fù)荷電流，又可斷開短路電流，并具備開合空載變壓器的性能，能有效保護配電變壓器，為此，推薦采用負(fù)荷開關(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的保護方式。

參考文獻(xiàn)

［1］賀家禮，宋從矩.電力系統(tǒng)繼電保護原理［M］.北京：水利電力出版社，1991.

［2］夏道之，于永源，楊綺雯.電力系統(tǒng)分析［M］.北京：水利電力出版社，1995.

［3］GB14285—1993，繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程［S］.