淺析高壓負(fù)荷開關(guān)—熔斷器組合電器在終端變電站的應(yīng)用

司思

摘 要： 本文分析了高壓負(fù)荷開關(guān)—熔斷器組合電器在老舊小區(qū)變電所改造工程中的優(yōu)勢。主要講解了組合電器中負(fù)荷開關(guān)與熔斷器配合時遇到的問題。

關(guān)鍵詞： 負(fù)荷開關(guān)；熔斷器；變壓器保護(hù)；終端變電站

一、引言

近年來，隨著電網(wǎng)建設(shè)的快速發(fā)展，配電網(wǎng)的發(fā)展則相對滯后，一些老舊小區(qū)供電系統(tǒng)依舊是幾十年建立的，存在諸多安全隱患。以老舊小區(qū)的變電所為例，存在高低壓設(shè)備嚴(yán)重老化的情況，長時間運(yùn)行將導(dǎo)致絕緣損壞，引發(fā)事故。在此類小區(qū)變電所改造的工程中，本文對變壓器的保護(hù)設(shè)計進(jìn)行了研究分析。

二、組合電器與斷路器

老舊小區(qū)變電所的變壓器以油浸變壓器居多。如果油浸變壓器內(nèi)部發(fā)生短路故障，在20ms內(nèi)切除故障可以避免變壓器不受損傷，否則變壓器油箱就有可能發(fā)生開裂爆炸的危險。終端變電站中的變壓器通常為1600KVA及以下，此類小型變壓器承受短路能力較差，主要靠開關(guān)動作來保護(hù)變壓器。當(dāng)選用斷路器保護(hù)時，斷路器切斷故障電流時間由三部分組成：繼電保護(hù)動作時間、斷路器固有分閘時間、燃弧時間。以VS1-12高壓真空斷路器為例，其固有分閘時間為50ms，燃弧時間為15ms，再加上繼電保護(hù)動作時間，斷路器切斷故障電流大概需要100ms左右。如果使用組合電器作為保護(hù)，熔斷器在10ms～20ms內(nèi)切斷故障電流，同時熔斷器的撞擊器動作使高壓負(fù)荷開關(guān)開斷三相電路，故障電流越大熔斷器則開斷電流時間越短。用斷路器保護(hù)變壓器對比組合電器，變壓器需要承受短路電流的時間更久，否則變壓器油箱就有開裂爆炸的可能。

對于居民小區(qū)而言，供電負(fù)荷均為三類負(fù)荷。當(dāng)變壓器發(fā)生故障時，保護(hù)動作切斷故障變壓器，此時并不需要重合閘或者閉合母聯(lián)來立刻恢復(fù)供電。所以在這種條件下由負(fù)荷開關(guān)—熔斷器組成的環(huán)網(wǎng)柜完全可以取代斷路器柜。在改造工程中，工程本身具有局限性，由于以前高壓開關(guān)柜均是靠墻安裝，在現(xiàn)有空間的基礎(chǔ)上改造，只有環(huán)網(wǎng)柜可以勝任。

但是在變壓器容量較大且需要頻繁操作的配電系統(tǒng)中，由于真空斷路器既可以控制，又有保護(hù)功能，組合電器仍然無法取代它。

組合電器構(gòu)成的環(huán)網(wǎng)柜與斷路器柜相比，其價格是斷路器柜的30%～50%，其體積僅為斷路器柜的60%～70%。環(huán)網(wǎng)柜可以靠墻安裝，對高壓配電室的面積要求很低。總的來說此類改造項目中，環(huán)網(wǎng)柜在經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性上均優(yōu)于斷路器柜。

三、高壓負(fù)荷開關(guān)—熔斷器組合電器介紹

高壓負(fù)荷開關(guān)滅弧能力不強(qiáng)，僅能夠開斷和關(guān)合額定負(fù)荷電流以及過載電流。當(dāng)線路發(fā)生短路時，負(fù)荷開關(guān)可以在規(guī)定時間內(nèi)承受短路電流，但是無法開斷短路電流。

高壓負(fù)荷開關(guān)與高壓熔斷器串聯(lián)在一起組成了負(fù)荷開關(guān)—熔斷器組合電器。開斷和關(guān)合負(fù)荷電流都是頻繁發(fā)生的，但是線路發(fā)生短路故障是很少的。組合電器就是將控制與保護(hù)這兩個功能分開，負(fù)荷開關(guān)負(fù)責(zé)經(jīng)常發(fā)生的投切負(fù)荷，很少發(fā)生的短路故障電流，由熔斷器來開斷。

四、負(fù)荷開關(guān)與熔斷器的配合

負(fù)荷開關(guān)與熔斷器之間的聯(lián)動，一般是通過熔斷器上裝設(shè)撞擊器實(shí)現(xiàn)的。必須設(shè)置聯(lián)動裝置的原因有兩點(diǎn)：

第一，變壓器無論發(fā)生哪一種短路故障，任意一相上的熔斷器動作，撞擊器都會觸發(fā)負(fù)荷開關(guān)的機(jī)械式脫扣器來開斷三相電路，從而避免造成變壓器長時間的缺相運(yùn)行。

第二，當(dāng)變壓器過負(fù)荷運(yùn)行時，如果此時的過負(fù)荷電流小于熔斷器最小開斷電流，將導(dǎo)致熔斷器無法完全熄弧，但是熔件會熔斷，觸發(fā)撞擊器擊出，使負(fù)荷開關(guān)來開斷此電流。熔斷器最小開斷電流一般小于負(fù)荷開關(guān)額定開斷電流，所以負(fù)荷開關(guān)是有能力開斷過負(fù)荷電流的。

當(dāng)變壓器發(fā)生三相故障時，組合電器在開斷三相電路時有兩種可能。第一種，三相熔斷器，其中一個首先斷開，觸發(fā)撞擊器，然后撞擊器使負(fù)荷開關(guān)斷開另外兩相電路。第二種，在第一個熔斷器熔斷之后，負(fù)荷開關(guān)動作之前，由另外兩相熔斷器切斷故障電流。在這里需要引出一個轉(zhuǎn)移電流的概念。轉(zhuǎn)移電流是在熔斷器與負(fù)荷開關(guān)轉(zhuǎn)換開斷職能時的三相對稱電流值稱為組合電器的額定轉(zhuǎn)移電流。額定轉(zhuǎn)移電流是負(fù)荷開關(guān)的一個重要技術(shù)參數(shù)，小于額定轉(zhuǎn)移電流的故障電流由負(fù)荷開關(guān)來開斷，大于額定轉(zhuǎn)移電流的故障電流由熔斷器來開斷。如果負(fù)荷開關(guān)與熔斷器搭配不當(dāng)，就有可能導(dǎo)致負(fù)荷開關(guān)來開斷本應(yīng)由熔斷器開斷的故障電流，引發(fā)事故。

決定轉(zhuǎn)移電流大小的因素有很多，其中包括熔斷器的電流——時間特性曲線，撞擊器的動作時間，負(fù)荷開關(guān)的完全分閘時間。

綜上所述，電路中電流的大小決定了電路最終是由負(fù)荷開關(guān)開斷還是由熔斷器開斷。根據(jù)電流的大小，分成以下四個范圍：

（1）范圍一，額定負(fù)荷電流。在此范圍內(nèi)電路的開斷由負(fù)荷開關(guān)完成。

（2）范圍二，過負(fù)荷電流。由于過負(fù)荷電流的值在熔斷器最小開斷電流附近，導(dǎo)致熔斷器動作沒有那么靈敏，在此電流范圍內(nèi)，熔斷器無法熄弧，但是熔斷器承受過電流會導(dǎo)致熔件動作觸發(fā)撞擊器，最終由負(fù)荷開關(guān)完成電路的開斷。

（3）范圍三，額定轉(zhuǎn)移電流。當(dāng)故障電流小于額定轉(zhuǎn)移電流時，熔斷器其中一個首先開斷一相電路，觸發(fā)撞擊器使負(fù)荷開關(guān)分?jǐn)鄡上嘞嚯娐贰?/p>

（4）范圍四，限制電流。對于故障電流大于轉(zhuǎn)移額定電流的情況，熔斷器其中一個首先開斷一相電路，觸發(fā)撞擊器。在撞針彈出觸發(fā)負(fù)荷開關(guān)機(jī)械脫扣裝置之前，或者已經(jīng)觸發(fā)了機(jī)械脫扣裝置負(fù)荷開關(guān)還未分閘之前，另外兩相熔斷器已經(jīng)率先動作，切斷了兩相故障電流。

在這四種電流范圍內(nèi)，熔斷器，撞擊器以及負(fù)荷開關(guān)動作的情況詳見表1.

五、結(jié)束語

對于此類老舊居民區(qū)終端變電站的變壓器保護(hù)，高壓負(fù)荷開關(guān)—熔斷器組合電器是完全可以勝任的。以環(huán)網(wǎng)柜代替斷路器柜，不僅可以節(jié)省設(shè)備投入的費(fèi)用，還可以省去后期維護(hù)的支出。不管是工程的建設(shè)方還是使用方都將節(jié)省一部分資金。組合電器應(yīng)用十分廣泛，包括箱式變壓器、終端配電站、環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)等。隨著開關(guān)元器件的開發(fā)發(fā)展，組合電器的前景還是十分美好的。■

參考文獻(xiàn)

[1]中國航空規(guī)劃設(shè)計研究總院有限公司 組編. 工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊. 第三版. 北京：中國電力出版社，2016.12

[2]馮臣. 論負(fù)荷開關(guān)—熔斷器組合電器在變壓器保護(hù)環(huán)節(jié)的應(yīng)用[J]. 智能建筑電氣技術(shù)，2009，（4）.

[3]謝煒，蘇立康，閆冰. 中壓終端用戶配電方式及相關(guān)電氣的選用. 建筑電氣，2009（9）.

[4]馬建芬，陳才俊. 高壓負(fù)荷開關(guān)—熔斷器組合電氣的轉(zhuǎn)移電流. 電氣開關(guān)，2009（5）