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国电南瑞微机保护HNR3911 10kV配电变压器保护配置方式的比较分析

所属频道:  电网              关键词:                 配电变压器 变压器保护 断路器


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   无论是在环网供电单元、箱式变电站或是终端用户的高压室结线方式中,如配电变压器发生短路故障时,保护配置能快速可靠地切除故障,对保护10kV 高压开关设备和变压器都非常重要。在10kV 终端用户配电变压器的保护通常有三种方式:一是利用跌落式熔断器,二是利用负荷开关加高压熔断器所构成的组合电器,三是利用真空断路器。这三种配置方式在技术和经济上各有优缺点,现对这三种方式进行综合比较分析。

1跌落式熔断器保护

跌落式熔断器是10kV 配电变压器最常用的一种短路保护开关,它具有经济、操作方便、适应户外环境性强等特点,被广泛应用于10kV 配电变压器一次侧作为保护和进行设备投、切操作之用。因其有一个明显的断开点,具备了隔离开关的功能,给检修设备创造了一个安全作业环境,增加了检修人员的安全感。安装在配电变压器上,可以作为配电变压器的主保护。所以,在10kV 配电变压器中得到了普及,户外315kVA及以下配电变压器常采用跌落式熔断器(RW 系列)。目前,10kV 户外跌落式熔断器分为三种型号,即50A、100A、200A。

200A跌落式熔断器的遮断能力上限是200MV A, 下限是20MVA。其工作原理是:熔丝管两端的动触头依靠熔丝(熔体)系紧,将上动触头推入“鸭嘴”凸出部分后,磷铜片等制成的上静触头顶着上动触头,故而熔丝管牢固地卡在“鸭嘴”里。当短路电流通过熔丝熔断时,产生电弧,熔丝管内衬的钢纸管在电弧作用下产生大量的气体因熔丝管上端被封死,气体向下端喷出,吹灭电弧。由于熔丝熔断,熔丝管的上下动触头失去熔丝的系紧力,在熔丝管自身重力和上、下静触头弹簧片的作用下,熔丝管迅速跌落,使电路断开,切除故故障设备。

10kV 跌落式熔断器适用于环境空气无导电粉尘、无腐蚀性气体及易燃、易爆等危险性环境,年度温差变比在±40℃以内的户外场所。其选择是按照额定电压和额定电流两项参数 进行,也就是熔断器的额定电压必须与被保护设备(线路)的额定电压相匹配。熔断器具的额定 电流应大于或等于熔体的额定电流。而熔体的额定电流可选为额定负荷电流的1.5~2倍。 此外,应按被保护系统三相短路容量,对所选定的熔断器进行校核。保证被保护系统三相短路 容量小于熔断器额定断开容量的上限,但必须大于额定断开容量的下限。若熔断器的额定断 开容量(一般是指其上限)过大,很可能使被保护系统三相短路容量小于熔断器额定断开容量 的下限,造成在熔体熔断时难以灭弧,最终引起熔管烧毁,爆炸等事故。

2负荷开关加熔断器组合电器作为变压器保护

负荷开关加熔断器组合电器可以开断至31.5kA的短路电流,其基本特征是依赖熔断器熔断触发撞针动作于负荷开关。熔断器是分相熔断,其熔断是因短路电流熔断。在配电网系统 内的短路有单相、二相、三相短路,且单相、二相短路居多,故熔断器也以熔断一相、二相居 多。但任一相熔断后,撞针触发负荷开关的脱扣器,都引起负荷开关三相联动,其顺序总是先熔 断熔丝,后断负荷开关。在单相或二相熔断时,开关未断开前,未熔断相还有电流,负荷开关此时 不仅是切断负载电流,还要切断未熔相的电流。这个电流称作转移电流,其值是个变量,但大于 负荷开关的额定电流。转移电流的大小取决于变压器容量和短路状态。采用负荷开关加熔断 器组合电器作为变压器保护,设计人员一般都不再进行具体的设计和对短路电流和继电保护 整定计算,直接选用设备厂提供的成套设备即可。但这种方式也有其自身应用的局限性,现分述如下。

对于短路故障电流的开断均以损坏熔断器为代价,且动作电流、时间无法人为确定。例如当要求6倍额定电流时0.5s动作、10倍额定电流时0s动作,则负荷开关组合电器是无法满足用户要求的。


负荷开关开断转移电流的能力取决于负荷开关的开断速度,若开断时间短,则开断电流大(产气式960A,压气式1250A,SF6 及真空1750A)。西安高压研究所对不同容量配电变压器的转移电流已进行试验实测,如1250kVA的变压器转移电流最大为1440A,1600kVA 变压器的转移电流最大为1800A,所以SF6及真空负荷开关能安全切断≤1250kVA变压器的转移电流,但不能安全切断≥1600kVA变压器的转移电流。因此当用户选择≥1600kVA大容量变压器时,则应该选择断路器做为变压器保护。

当选用负荷开关加熔断器组合电器做为变压器保护时,如用户10kV 变电所的变压器台数较多时,若采用负荷开关做为进线开关,则无法做为母线短路保护及出线负荷开关-熔断器组合电器的后备保护。由于该类用户一般为大用户或者专线供电,一旦出现母线短路或者熔断器保护不动作时,将会导致上级110kV 变电所中的10kV 出线开关动作,影响供电可靠性。在这种情况下,应选择断路器做为进线保护比较妥善。

3用断路器作为变压器保护

真空断路器是大容量10kV 配电变压器主要一种短路保护开关,因其开断容量大、分断次数多,广泛地应用于变压器保护。断路器具备所有保护功能与操作功能,但价格相对昂贵。当油浸变压器容量等于或大于800kVA、干式变压器容量等于或大于1000kV A, 应采用真空断路器保护。断路器在电力系统中主要用来分断正常负荷电流和故障时的短路电流,为了实现自动分断故障时短路电流的功能,必须配备相应的继电保护系统装置。当被保护的变压器发生故障时,由继电器保护装置迅速准确地给断路器发出跳闸命令,使故障变压器及时从系统中断开,减少对变压器的损坏,降低对系统的影响,保证系统其他部分继续运行。

标准G B14285-1993《继电保护和安全自动装置技术规程》规定,选择配电变压器的保护开关设备时,当容量等于或大于800kV A, 应选用带继电保护装置的断路器。配电变压器容量达到800kVA及以上时,使用油浸变压器时,配备有瓦斯继电器,使用断路器可与瓦斯继电器相配合,从而对变压器进行有效地保护。对于装置油浸容量等于或大于800kVA、干式变压器容量等于或大于1000kVA的用户,因种种原因引起单相接地故障导致零序保护动作,从而使断路器跳闸,分隔故障,不至于引起主变电站的馈线断路器动作,影响其他用户的正常供电。

真空断路器从绝缘角度来讲,有空气绝缘和复合绝缘; 从总体结构上讲有机构一体式和分体式; 从操动机构上讲有电磁机构和弹簧机构。目前国际上,真空断路器的设计、制造领域里形成以德国西门子为代表的空气绝缘和以ABB 公司为代表复合绝缘产品的两大派别。西门子公司的产品有3AF 、3AG 及3AH 等系列产品,其操动机构为弹簧储能式。ABB 公司的代表产品有V D4,它采用复合绝缘,产品结构紧凑,其操动机构为真空断路器保护以前采用常规继电保护,近年微机保护已成为主流,常有电流速断保护、过电流保护及瓦斯保护等。

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