| 負荷開關-熔斷器組合電器在變壓器保護中的應用 |
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摘要：通過對10kV配電變壓器'>變壓器保護配置方案的綜合比較分析，以及對負荷開關'>開關-熔斷器'>熔斷器組合電器在正確選用時一些相關事項的先容，論述了負荷開關'>開關-熔斷器'>熔斷器組合電器在終端用戶中應用的公道性和發展遠景關鍵詞：負荷開關；熔斷器；組合電器；應用發展遠景中圖分類號：TM564.2文獻標志碼：B文章編號:1003-0867(2006)07-0023-03近年來，福建省莆田經濟一直在持續穩步地增長，投資環境的日益改善吸引了越來越多的企業在莆田落戶。而電氣工程的造價與變壓器'>變壓器的保護配置方案、電氣設備的選型是息息相關的，本文通過對10kV配電變壓器保護配置方案的綜合比較分析，以及對負荷開關-熔斷器組合電器在正確選用時一些相關事項的先容，論述了負荷開關-熔斷器組合電器在終端用戶中應用的公道性和發展遠景，目的是一方面做到有效保護10kV配電變壓器，保證電力系統的安全運行水平；另一方面可以降低工程的整體造價，減少用戶的投資本錢，進步用戶的滿足度水平。
110kV配電變壓器的保護配置方案福建省電力有限公司要求永久性用電的用戶計量柜的設計選型是：凡容量在100～315kVA（不含315kVA）且供電方案確定為低壓計量的用戶應采用低壓計量柜方式計量，容量在315kVA及以上的用戶應采用高壓計量柜方式計量。電氣設計職員就依據該原則考慮是否配置高壓柜對變壓器進行保護，一般大部分設立專用變壓器的用戶，高壓供電系統為10kV系統，10kV配電變壓器的保護配置方案通常有以下幾種：用戶容量小于315kVA的，考慮采用跌落式熔斷器進行保護，變壓器的位置根據現場提供的條件選擇放置在桿上變臺或落地的方式。用戶容量在315kVA及以上時，由于要求使用高壓計量柜，就涉及到高壓配電柜的選型題目。此時變壓器保護配置方案一般有兩種：一種是利用斷路器；另一種則利用負荷開關-熔斷器組合電器。這兩種配置方式在技術和經濟上各有優缺點，目前的情況是并存選用。本文著重對這兩種方式進行綜合比較分析。2負荷開關-熔斷器組合電器與斷路器保護的比較2.1兩種配置各自的特點高壓負荷開關-熔斷器組合電器是由高壓負荷開關來承擔過載電流（此過載電流對高壓負荷開關來說，仍在高壓負荷開關額定開斷電流的范圍內）和正常工作電流的關合和開斷，并且還要求承擔“轉移電流”的開斷。而變壓器高壓側的短路保護和過載保護由熔斷器來承擔。這是一組負荷開關及三個帶觸發器的熔斷器，只要任何一個觸發器動作，其聯動機構會使負荷開關三相同時自動分閘。兩者的有機結合可滿足配電變壓器各種正常和故障運行方式下操縱保護的要求。因此其最大的特點是結構簡單、制造輕易、價格便宜。如能公道選配熔斷器、負荷開關與變壓器的參數，也能達到可靠保護的要求。對于斷路器而言，斷路用具備所有保護功能與操縱功能，斷路器參數的確定和結構的設計制造均嚴格按標準進行，因而其結構復雜、選材嚴格、造價昂貴，在終端用戶中大量使用不現實。
2.2兩種保護對配電變壓器性能比較對保護配電變壓器，采用負荷開關-熔斷器組合電器比斷路器更為經濟實用。有時后者甚至并不能起到有效的保護作用。試驗表明，當油浸變壓器發生短路時，為使油箱體不變形和開裂，必須在20ms內切除故障。假如采用斷路器保護，斷路器最快全開斷時間（繼電保護動作時間加斷路器固有動作時間加燃弧時間），一般需要 3個周波（60ms）左右，而限流熔斷器則可在10ms內切除故障并限制短路電流，能夠有效地保護變壓器。即使是干式變壓器，因熔斷器的保護動作快，也比采用斷路器好。
2.3繼電保護性能比較在配電網絡的上一級斷路器(變電所10kV饋出線斷路器)的保護一般設置為速斷 0s，過流0.5s（或以內），零序0.5s。若環網柜中采用斷路器，即使整定時間為0s動作，由于斷路器固有動作時間的分散性，也很難保證不是上一級斷路器首先動作。而限流熔斷器不受短路引起的壓降的影響，在極短的時間內切除故障，不會造成越級跳閘。
2.4開合空載變壓器的性能比較配電變壓器一般容量不大于1250kVA，極少情況達1600kVA，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。若采用斷路器時，因其滅弧能力按開斷大短路電流設計，在開斷空載變壓器小電流時，輕易發生強制滅弧，產生截流過電壓。就此點來講，并不希看使用具有強滅弧能力的斷路器。而負荷開關開合空載變壓器小電流時，性能良好，不會產生較高過電壓。從以上各點可以看出，使用負荷開關-熔斷器組合電器不比斷路器效果差，在某些方面還具有獨特的上風，可用度卻可以大大降低。因此在用戶工程中應該推廣使用,條件條件是要做到正確選用組合電器。斷路器與組合電器在性能上的比較如表1所示。表1 斷路器與組合電器性能比較3負荷開關-熔斷器組合電器選用時留意事項3.110kV負荷開關的選用類型負荷開關通常分為一般型和頻繁型兩種，以空氣為盡緣介質的產氣式和壓氣式負荷開關為一般型，真空和SF6負荷開關為頻繁型。頻繁型負荷開關的機械壽命、電壽命和其它一些性能指標要強于一般型負荷開關。我國在發展的初始階段以產氣式和壓氣式負荷開關為主，隨著科學技術的發展，頻繁型負荷開關產量不斷提升，各地電力系統已較多采用頻繁型負荷開關，尤其是真空負荷開關，而產氣式負荷開關由于滅弧能力差，已極少采用。據統計，目前在我國市場上對負荷開關的應用中，真空負荷開關占了約50，壓氣式負荷開關、SF6負荷開關各占了約25。SF6斷路器在戶外10kV特別在35kV級很有競爭力，但其發展遠景不樂觀。因此，從發展的觀點看，真空負荷開關在我國事最有發展前途的一種負荷開關，在性能上與SF6負荷開關基本相同，而在價格上比SF6負荷開關更便宜。目前，真空負荷開關和SF6負荷開關在莆田并存使用，運行情況良好，而壓氣式負荷開關應用較少。3.2開斷轉移電流對負荷開關的要求由于三相熔斷器熔體熔化具有時間差，當其中某相的熔斷器先于其他兩相熔斷器熔斷時，其撞擊器開始使高壓負荷開關分閘，同時其余兩相的過載電流將減少至87，并轉移到高壓負荷開關，由它來開斷。因此轉移電流是指熔斷器與負荷開關轉換職能時的三相對稱電流。低于該值時，首開相電流由熔斷器開斷，其他兩相電流由負荷開關開斷。大于該值時，三相電流僅由熔斷器開斷。轉移電流是在選用組合電器時應留意的一個重要指標，假如選用不當，負荷開關所能承受的轉移電流不足，將無力承擔開斷兩相短路電流的任務而引起開關的爆炸。值得留意的是，對于多臺配電變壓器并列運行的系統，在選用組合電器時要特別留意轉移電流的校驗題目，假如是兩臺同型號、同容量的配電變壓器并列運行，當出現變壓器低壓側短路時，此時變壓器阻抗將只有單臺配電變壓器的一半，從而使高壓側最大三相短路電流增加一倍，相應可能出現的轉移電流也隨之增加了一倍。因此對于多臺配電變壓器并列運行的系統，在選用組合電器時更應進行轉移電流的驗算。3.3在要求裝有過電流脫扣裝置的組合電器中，須留意交接電流指標的選配在裝有過電流脫扣裝置的組合電器中，當過電流較小時，由負荷開關的過流脫扣裝置動作來推動負荷開關開斷此電流；當過電流較大時，由熔斷器直接動作來開斷此電流。這兩個過電流互相延伸相交點的電流稱作交接電流。當故障電流小于交接電流時，開斷電流的任務由脫扣器觸發的負荷開關來承擔；當故障電流高于交接電流時，開斷電流的任務由熔斷器來承擔。為此選配交接電流參數較高的負荷開關，特別是頻繁型負荷開關，可有效地減少熔斷器的動作次數，從而大大減少了更換熔斷件的數目，這具有一定的技術經濟意義。若用戶和設計職員根據產生負荷電流的實際情況，以為裝設過電流脫扣裝置沒有多大的經濟意義，則使用高壓全范圍熔斷器來實現開斷所有的小過載電流，就可不要求取“交接電流”，并省往安裝為小過載電活動作的過流脫扣裝置。
3.4保護變壓器用熔斷器的選配采用負荷開關-熔斷器作為方案，設計職員一般都不再進行繁瑣的設計，以及對短路電流和繼電保護的整定計算，選用制造廠提供的成套設備即可。選用熔斷器時，熔斷器的額定電流要與變壓器的容量相匹配，制造廠也會提供這方面的數據。如按變壓器容量選擇熔斷器額定電流，熔斷器保護10kV變壓器，一般按表2進行選擇。表2 熔斷器選擇4終端用戶高壓配電系統接線方式的舉例用戶報裝容量為2臺630kVA變壓器，只要求單電源進線。根據福建電網城市中低壓配電網建設改造技術導則的相關規定：開閉所、配電站內單臺變壓器容量在 1000kVA以上，10kV設備應采用斷路器；1000kVA及以下，10kV設備可采用負荷開關-熔斷器組合保護。按照這個指導思想，該用戶高壓配電系統的元件配置方案可按圖1方案1設計。
圖1 用戶內部高壓配電系統元件配置該方案是在進線柜1裝設斷路器，達到福建電網城市中低壓配電網建設改造技術導則的要求，而在出線柜4和柜5分別裝設負荷開關-熔斷器組合電器，其中熔斷器作為對應變壓器的相間短路保護，負荷開關實現每臺變壓器的投切操縱。筆者以為，該方案可實現對變壓器的可靠保護，造價較低，體積較小，能夠有效節省配電投資。而方案2是進線柜和兩面出線柜內均使用斷路器對變壓器進行保護，也是設計職員經常使用的一種方案，造價較高，體積較大。從上述第3點可以得知，方案1在保護配電變壓器的性能上比方案2更有上風，價格卻比方案2便宜。對照本案例，兩種方案在經濟上的比較如表3所示。對照表3可以看出，在方案1的出線柜中選擇任意一種負荷開關后，設備總價格均要比方案2便宜。表3 兩種方案在經濟上的比較 |
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