配電變壓器保護探討

童平勝

摘 要：電力在我國的能源構成中占有十分重要的比例，對于整個國民經濟的發展發揮著是否重要的作用，是整個國民經濟以及人們日常生活中必不可少的資源。這就需要確保供電的穩定。在配電系統中變壓器的應用必不可少，是整個配電系統的重要組成部分。本文就配電變壓器保護優化裝置進行探討，提出了合理的保護方案，以此來提高配電變壓器保護動作的可靠性。

關鍵詞：配電變壓器；故障；解決措施

變壓器是配電網的主要設備，應用面廣量大，其安全運行直接影響整個系統的可靠性。目前，配電變壓器保護配置方面還存在許多問題，其中配電變壓器與保護不匹配或存在動作死區，造成越級跳閘、拒動導致的事故相當多，因此，加強配電變壓器保護優化配置，合理選擇保護方案，可以提高配電變壓器保護動作可靠性。

1.在環網供電單元時的情況

1.1環網供電單元的接線形式

環網供電單元由間隔組成，一般至少有3個間隔，包括2個環纜進出間隔和1個變壓器回路間隔。

1.2環網供電單元保護方式的配置

環纜饋線與變壓器饋線間隔均采用負荷開關，通常為具有接通、隔斷和接地功能的三工位負荷開關。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。實際運行證明，這是一種簡單、可靠而又經濟的配電方式。

1.2環網供電單元保護配置的比較

負荷開關用于分合額定負荷電流，具有結構簡單、價格便宜等特點，但不能開斷短路電流，增加高遮斷容量后備式限流熔斷器為保護元件，可開斷短路電流，將兩者結合起來，可滿足配電系統各種正常和故障運行方式下操作保護的要求。斷路器兼具操作和保護兩種功能，但其結構復雜，造價昂貴，大量使用不現實。環網柜中大量使用負荷開關加熔斷器組合裝置，把操作與保護功能分別由兩種簡單、便宜的元件來實現，即用負荷開關來完成大量發生的負荷合分操作，而采用高遮斷容量后備式限流熔斷器對極少發生短路的設備起保護作用，既可避免使用操作復雜、價格昂貴的斷路器，又可滿足實際運行的需要。

綜上所述可以看出：斷路器具備所有保護功能與操作功能，但價格昂貴。負荷開關與斷路器性能基本相同，但它不能開斷短路電流。負荷開關加高遮斷容量后備式限流熔斷器組合，可斷開短路電流，部分熔斷器的分斷容量比斷路器還高，因此，使用負荷開關加高遮斷容量后備式限流熔斷器組合不比斷路器效果差，可費用卻可以大大降低。

2.負荷開關加高遮斷容量后備式熔斷器組合的優點

2.1開合空載變壓器的性能好

環網柜的負荷種類，絕大部分為配電變壓器，一般容量不大于1250kVA，極少情況達1600kVA，配電變壓器空載電流一般為額定電流的2%左右，環網柜開合空載變壓器小電流時，性能良好，不會產生較高過電壓。

2.2有效保護配電變壓器

特別是對于油浸變壓器，采用負荷開關加高遮斷容量后備式限流熔斷器比采用斷路器更為有效，有時后者甚至并不能起到有效的保護作用。當油浸變壓器發生短路故障時，電弧產生的壓力升高和油氣化形成的氣泡會占據油箱的空間，將壓力傳給變壓器油箱體，隨短路狀態的繼續，壓力進一步上升，致使油箱體變形和開裂。為了不破壞油箱體，必須在20ms內切除故障。如采用斷路器，因有繼電保護再加上自身動作時間和熄弧時間，其全開斷時間一般不會少于60ms，不能有效地保護變壓器。而高遮斷容量后備式限流熔斷器具有速斷功能，且具有限流作用，可在10ms之內切除故障并限制短路電流，能夠有效地保護變壓器。

2.3沒有必要在環網柜中采用斷路器

因為環網配電網絡的首端斷路器（即110kV或220kV變電站的10kV饋出線斷路器）的保護設置速斷保護的時間為0s，若環網柜中采用斷路器，即使整定時間0s，由于斷路器固有動作時間分散，也很難保證是環網柜中的斷路器而不是上一級斷路器首先動作。

2.4高遮斷容量后備式限流熔斷器可對其后所接設備

熔斷器的保護范圍在最小熔化電流（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-時間特性一般為陡峭的反時限曲線，短路發生后，可在很短的時間內熔斷，切除故障。如果采用斷路器作保護，將使其它電器如電纜、電流互感器、變壓器套管等元件的熱穩定要求大幅度提高，加大了電器設備的造價，增大工程費用。

在這里，有必要指出在采用負荷開關加高遮斷容量后備式熔斷器組合時，兩者之間要很好地配合，當熔斷器非三相熔斷時，熔斷器的撞針要使負荷開關立即聯跳，防止缺相運行。

3.終端用戶高壓室時的情況

GB14285-1993《繼電保護和安全自動裝置技術規程》中規定：選擇配電變壓器的保護開關設備時，當容量等于或大于800kVA，應選用帶繼電保護裝置的斷路器。對于這個規定，可以理解為基于以下兩方面的需要：一方面配電變壓器容量達到800kVA及以上時，過去多數使用油浸變壓器配備有瓦斯繼電器，使用斷路器可與瓦斯繼電器相配合，從而對變壓器進行有效地保護；另一方面對于裝置容量大于800kVA的用戶，因種種原因引起單相接地故障導致零序保護動作，從而使斷路器跳閘、分隔，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，標準還明確規定，即使單臺變壓器未達到此容量，但如果用戶的配電變壓器的總容量達到800kVA時，亦要符合此要求。標準GB 14285—1993《繼電保護和安全自動裝置技術規程》規定，選擇配電變壓器的保護開關設備時，當容量等于或大于800 kVA，應選用帶繼電保護裝置的斷路器。對于這個規定，可以理解為基于以下兩方面的需要：①配電變壓器容量達到800kVA及以上時，過去多數使用油浸變壓器，并配備有瓦斯繼電器，使用斷路器可與瓦斯繼電器相配合，從而對變壓器進行有效地保護。②對于裝置容量大于800kVA的用戶，因種種原因引起單相接地故障導致零序保護動作，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，標準還明確規定，即使單臺變壓器未達到此容量，但如果用戶的配電變壓器的總容量達到800kVA時，亦要符合此要求。

4.結束語

10 kV配電變壓器的保護配置主要有斷路器、負荷開關或負荷開關加熔斷器，綜合技術-經濟性能和運行管理因素，無論在10 kV環網供電單元還是在終端用戶高壓配電單元中，采用負荷開關加高遮斷容量后備式限流熔斷器組合的保護配置，既可提供額定負荷電流，又可斷開短路電流，并具備開合空載變壓器的性能，能有效保護配電變壓器，為此，推薦采用負荷開關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的保護方式。

參考文獻：

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[2]夏道之，于永源，楊綺雯. 電力系統分析[M]. 北京：水利電力出版社，1995.

[3]GB 14285—1993，繼電保護和安全自動裝置技術規程[S].