灘坑水電站廠變高壓開關加裝FUR柜的改造分析

浙江浙能水電管理有限公司 浙江青田 323907

摘要：在發生短路故障時，熔絲能迅速熔斷，開斷短路電流，保護電氣設備的安全。本文針對灘坑水電站廠變高壓開關開斷能力不足，在廠變發生短路故障時易導致事故擴大的現狀，分析了防止電氣短路事故擴大化的方案，提出利用熔絲的這種功能，在廠變高壓開關高壓側加裝熔絲，并在保護監控方面進行相應改造。

關鍵詞：廠變；高壓開關；熔絲；短路電流；改造

Abstract：in the short circuit fault occurs，can quickly fuse fuse，Breaking short circuit current，to protect the safety of electrical equipment.Use this kind of function to fuse，put forward to prevent short circuit accident of electrical expansion plan，Analysis of the necessity of transformer high voltage side voltage switch with fuse in the factory，The reconstruction scheme of adding the fuse，Analysis on the protection and monitoring of changes before and after the transformation，and add to the stable operation of the equipment of great significance.

Keywords：installing fuse；necessity；change analysis

引言

廠用變壓器是水電廠中的重要設備，承擔著全廠的廠用電負荷。在正常運行時，廠用變壓器一般與主變壓器直接或間接相連，一旦廠用變壓器發生內部短路故障時，將產生比額定電流大得多的短路電流，如果不能采取有效的保護措施將事故設備隔離，那么事故將直接向主變壓器傳遞。因此，廠用變壓器能否安全穩定運行，不僅對廠用電負荷有較大影響，也可能直接影響到主變壓器乃至全廠電氣設備的正常運行。

本文以灘坑水電站為例，對廠變高壓開關加裝FUR柜的改造進行了分析。灘坑水電站裝有三臺單機200MW常規水電機組，采用一機一變單元接線形式，發電機出口電壓13.8KV，經封閉母線接至主變壓器低壓側，然后升壓至220KV。每臺機組自帶一臺廠用變壓器，廠用變壓器高壓側經廠變高壓開關直接與主變低壓側封閉母線連接。

1設備概況

灘坑水電站3臺廠變選用的是天威保變生產的干式變壓器，型號為3x（DG10-630/13.8），額定容量是1890kVA，變壓比是13.8kV/10kV，廠變高壓開關采用的是廈門ABB生產的型號為VD4 4012-25M的真空斷路器，額定電流為1250A，額定短路開斷電流為25KA。在變壓器中，最常見的故障就是內部的繞組對地短路、匝間短路、層間短路、以及外部端子引線單相短路和相間短路，這些故障都將產生很大的短路電流。經過嚴密的計算分析，當廠用變壓器發生短路故障時，最大可能的短路電流達到104.61KA，遠遠超過廠變高壓開關的短路開斷能力。因此，廠變高壓開關的額定短路開斷電流過小，不足以安全開斷短路電流，只能作為負荷開關使用，不能作為保護跳閘出口的開關，因此，廠用變壓器沒有速斷保護，一旦廠用變壓器發生短路故障，會直接導致主變壓器后備保護啟動，主變開關跳閘，導致相應的主變壓器和發電機異常停機，引起事故擴大。

2改造方案對比

為限制廠用變壓器事故影響范圍，提高設備運行的穩定性，我們對兩種改造方案進行了分析：一、選用額定短路開斷電流更大的真空斷路器。因為灘坑水電站的短路電流最大可達104.61KA，國內目前應用較廣泛的13.8kV或35kV真空斷路器很難達到這個要求，如果選用其他類型的斷路器，無疑將使整個改造工程量變大，改造成本較大，因需要在設備停電時對原有開關柜基礎進行改動，所以工期較長。二、增設可作為速斷保護的設備，即加裝熔絲，作為速斷保護設備。加裝一個熔絲柜只需要在廠變高壓開關旁邊加裝一個FUR柜，用銅排將FUR柜與現有設備連接起來即可，對設備的改動不大，改造成本較低，在不停電的情況下可以做好前期準備工作，工期也較短。綜合比對兩種方案，加裝熔絲的優勢明顯。

在現有設備下，在廠變高壓開關上端頭加裝高壓FUR柜，在廠用變壓器發生故障時限流熔絲熔斷，迅速切斷故障短路電流，確保能及時將事故影響限制在廠用變壓器范圍內。

3具體改造實施

3.1主回路的改造

電氣主回路部分的改造是在廠變高壓側開關DL與主變低壓側封閉母線之間加裝FUR柜，由原來的直接電氣連接，改造為通過熔絲再連接。FUR柜內設備包括廠變高壓側閘刀GN、廠變高壓限流熔斷器組合保護裝置FUR。如圖1中虛線框內所示。FUR柜安裝在原廠變高壓開關右側，尺寸大小與廠變高壓開關一相相同。廠變高壓熔絲與廠變高壓閘刀操作機構安裝在前部，方便今后日常檢查維護。FUR柜進線母排與主變低壓側封閉母線連接，出線母排與廠變高壓側開關進線端連接；在廠變高壓開關柜B相、C相柜上開孔，安裝穿墻套管，形成完整的電氣連接。另外，與熔絲并聯安裝一非線性電阻，限制操作過電壓。

圖 1 加裝熔絲后的一次簡要圖

3.2保護部分改造

廠變高壓開關經過加裝FUR柜的改造，在保護上也作相應的改動。廠變高壓開關、廠變高壓閘刀和廠變高壓熔絲在保護裝置上進行了以下改動：廠變高壓熔絲熔斷時保護發出報警信號，上位機應發出廠變高壓熔絲熔斷信號，為防止缺相運行應跳開廠變高壓開關；廠變高壓閘刀只有在廠變高壓開關分閘狀態下才可以進行分合閘操作；廠變高壓開關只能在廠變高壓閘刀合閘狀態下才能合閘；廠變高壓閘刀分閘時，上位機應發廠變高壓閘刀分位信號；廠變高壓閘刀合閘時，上位機應發廠變高壓閘刀合位信號。

3.3控系統部分改造

監控系統增加1、2、3號廠變高壓閘刀合位信號、廠變高壓閘刀分位信號、廠變高壓熔絲熔斷信號，“系統運行監視圖”、“系統主接線圖”畫面中分別增加1、2、3號機組廠變高壓閘刀信號。組態程序中1、2、3號廠變高壓開關合閘條件中增加廠變高壓閘刀合閘位置，實現廠變高壓開關只能在廠變高壓閘刀合閘狀態下才能合閘功能。

圖 2 廠變高壓開關改造后 右為FUR柜

4.結語

灘坑水電站廠變高壓開關通過加裝FUR柜，在廠用變壓器和主變壓器低壓側之間有了一道有效的防護措施，彌補了設計上的缺陷。在廠用變壓器短路故障時能迅速切斷兩者之間的聯系，防止廠用變壓器內部短路事故的擴大化，大大降低了全廠一次設備運行風險，提高了機組穩定性，同時也提高了水電廠的經濟效益。

改造完成后，經過一系列的驗收、試驗合格，即投入運行。通過一段時間的運行觀察，設備各方面正常，本次改造取得了良好的預期效果。

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