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(shí)；負(fù)荷開關(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)荷開關(guān)不能開斷短路電流的缺點(diǎn)，又可滿足實(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10 kV環(huán)網(wǎng)供電單元和終端用戶10 kV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(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)行管理部門參考。
關(guān)鍵詞：10 kV配電變壓器；斷路器；負(fù)荷開關(guān)；熔斷器；保護(hù)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(shí)，保護(hù)配置能快速可靠地切除故障，對保護(hù)10 kV高壓開關(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(hù)。實(shí)際運(yùn)行證明，這是一種簡單、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)荷開關(guān)用于分合額定負(fù)荷電流, 具有結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜等特點(diǎn), 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(hù)元件, 可開斷短路電流，如將兩者有機(jī)地結(jié)合起來,可滿足配電系統(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(hù)功能分別由兩種簡單、便宜的元件來實(shí)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(hù)作用，很好地解決問題，既可避免使用操作復(fù)雜、價(jià)格昂貴的斷路器，又可滿足實(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(fèi)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(diǎn)
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(diǎn)：
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)柜開合空載變壓器小電流時(shí)，性能良好，不會產(chǎn)生較高過電壓。
b) 有效保護(hù)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(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(jìn)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)再加上自身動作時(shí)間和熄弧時(shí)間，其全開斷時(shí)間一般不會少于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保護(hù)電器，即便負(fù)荷為干式變壓器，因熔斷器保護(hù)動作快，也比用斷路器好。
c) 從繼電保護(hù)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?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動作，由于斷路器固有動作時(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(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，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)荷開關(guān)立即聯(lián)跳，防止缺相運(yùn)行。
2終端用戶高壓室接線形式
標(biāo)準(zhǔn)GB 14285—1993《繼電保護(hù)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(hù)開關(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(jìn)行有效地保護(hù)。
b) 對于裝置容量大于800 kVA的用戶，因種種原因引起單相接地故障導(dǎo)致零序保護(hù)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800 kVA時(shí)，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如圖2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(jìn)線或雙進(jìn)線加母線分段等方式。


從圖2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(hù)的配置情況，可以用A或B達(dá)到GB 14285—1993《繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》的兩個(gè)要求，在其中1臺變壓器需要退出運(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的接線方式時(shí)，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GB 14285—1993《繼電保護(hù)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(hù)，且利用負(fù)荷開關(guān)又可進(jìn)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(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(jìn)行對應(yīng)變壓器零序保護(hù)的可能性。
3結(jié)束語
10 kV配電變壓器的保護(hù)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(jì)性能和運(yùn)行管理因素，無論在10 kV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(hù)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(hù)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(hù)的保護(hù)方式。