摘要：当前在电网建设中常见的几种保护装置包括断路器、负荷开关以及负荷开关、熔断器的组合系统。这几类保护装置均存在使用上的优缺点，为了优化当前输电网络建设，使得技术人员更为合理的选择保护装置，对常见的几种保护装置进行了介绍和对比。
关键词：10kV配电变压器；保护配置方式；对比
选择无论是在环网供电单元、箱式变电站或是终端用户的高压室结线方式中,如配电变压器发生短路故障时，保护配置能快速可靠地切除故障，对保护10kV高压开关设备和变压器都非常重要。保护方式的配置一般有两种：一种利用断路器；另一种则利用负荷开关加高遮断容量的后备式限流熔断器组合。这两种配置方式在技术和经济上各有优缺点，以下对这两种方式进行综合比较分析。
1环网供电单元接线形式
在当前的输电网络建设之中，负荷开关与熔断器组合构成的变压器保护配置装置是使用较多的一种保护与装置，其使用具备如下几方面的优势：第一，这一保护装置在使用中避免了断路器的使用，由于环网配电网络的特殊设置，其在结构中含有首端断路器，会对网络在运行过程中的过电流进行保护。假如使用额外的断路器就会导致网络之中两个断路器工作混乱，降低运行的安全性。
第二，在负荷开关与熔断器组合式保护装置之中一般会使用性能较高的开合空载变压器，当前的环网供电网络在运行中会受到多种因素的影响，配电变压器对其会造成较大的负荷，因此，在实际保护装置的使用过程中，设备中应当使用合适的开合空载变压器，避免电压的瞬时升高影响输电网络的正常工作。
第三，组合式的电路保护设备可以提升配电变压器的运行安全性，在当前在输电网络中使用较多的油浸式变压器的保护系统设置的过程中，组合式保护装置可以起到更好的保护效果，断路器在出现一些异常情况时无法起到中断故障线路的作用。第四，负荷开关和高遮容量的熔断器组合形成的保护装置可以对输电网络中的多种元件比如变压器、电缆以及电流互感器等多种设备起到高质量的保护作用，熔断器的感应较为灵敏，可以在出现故障电流时及时进行中断，避免了断路器建设中造成的成本增加问题，提升了电力供应系统的安全性。
2终端用户高压室接线形式
标准GB14285-1993《继电保护和安全自动装置技术规程》规定，选择配电变压器的保护开关设备时，当容量等于或大于800kVA，应选用带继电保护装置的断路器。对于这个规定，可以理解为基于以下两方面的需要：a.配电变压器容量达到800kVA及以上时，过去多数使用油浸变压器，并配备有瓦斯继电器，使用断路器可与瓦斯继电器相配合，从而对变压器进行有效地保护。b.对于装置容量大于800kVA的用户，因种种原因引起单相接地故障导致零序保护动作，从而使断路器跳闸，分隔故障，不至于引起主变电站的馈线断路器动作，影响其他用户的正常供电。此外，标准还明确规定，即使单台变压器未达到此容量，但如果用户的配电变压器的总容量达到800kVA时，亦要符合此要求。目前，多数用户的高压配电室的接线方案采用装设负荷开关加高遮断容量后备式熔断器的组合，不是常用的开关柜而是环网负荷开关柜，其造价较低，体积较小，运行更加可靠，能够有效节省配电投资。
3环网供电元单元接线形式
3.1环网供电单的组成环网
供电单元(RMU)由间隔组成,一般至少有3个间隔，包括2个环缆进出间隔和1个变压器回路间隔。
3.2环网供电单元保护方式的配置
环缆馈线与变压器馈线间隔均采用负荷开关,通常为具有接通、隔断和接地功能的三工位负荷开关。变压器馈线间隔还增加高遮断容量后备式限流熔断器来提供保护。实际运行证明，这是一种简单、可靠而又经济的配电方式。
3.3环网供电单元保护配置的特点
负荷开关用于分合额定负荷电流,具有结构简单、价格便宜等特点,但不能开断短路电流，高遮断容量后备式限流熔断器为保护元件,可开断短路电流，如将两者有机地结合起来,可满足配电系统各种正常和故障运行方式下操作保护的要求。断路器参数的确定和结构的设计制造均严格按标准要求进行，兼具操作和保护两种功能，所以其结构复杂，造价昂贵，大量使用不现实。环网柜中大量使用负荷开关加高遮断容量后备式熔断器组合装置，把对电器不尽相同的操作与保护功能分别由两种简单、便宜的元件来实现，即用负荷开关来完成大量发生的负荷合分操作，而采用高遮断容量后备式限流熔断器对极少发生短路的设备起保护作用，很好地解决问题，既可避免使用操作复杂、价格昂贵的断路器，又可满足实际运行的需要。10kV配电变压器保护配置方式的合理选择a.断路器具备所有保护功能与操作功能，但价格昂贵；b.负荷开关与断路器性能基本相同，但它不能开断短路电流；c.负荷开关加高遮断容量后备式限流熔断器组合，可断开短路电流，部分熔断器的分断容量比断路器还高，因此，使用负荷开关加高遮断容量后备式限流熔断器组合不比断路器效果差，可费用却可以大大降低。
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3.4负荷开关加高遮断容量后备式熔断器组合的优点
采用负荷开关加高遮容量熔断器组合，具有如下优点：
a.开合空载变压器的性能好环网柜的负荷种类，绝大部分为配电变压器，一般容量不大于1250kVA，极少情况达1600kVA，配电变压器空载电流一般为额定电流的2%左右，较大的配电变压器空载电流较小。环网柜开合空载变压器小电流时，性能良好，不会产生较高过电压。
b.有效保护配电变压器，特别是对于油浸变压器，采用负荷开关加高遮断容量后备式限流熔断器比采用断路器更为有效，有时后者甚至并不能起到有效的保护作用。有关资料表明，当油浸变压器发生短路故障时，电弧产生的压力升高和油气化形成的气泡会占据原属于油的空间，油会将压力传给变压器油箱体，随短路状态的继续，压力进一步上升，致使油箱体变形和开裂。为了不破坏油箱体，必须在20ms内切除故障。如采用断路器，因有继电保护再加上自身动作时间和熄弧时间，其全开断时间一般不会少于60ms，这就不能有效地保护变压器。而高遮断容量后备式限流熔断器具有速断功能，加上其具有限流作用，可在10ms之内切除故障并限制短路电流，能够有效地保护变压器。因此，应采用高遮断容量后备式限流熔断器而尽量不用断路器来保护电器，即便负荷为干式变压器，因熔断器保护动作快，也比用断路器好。
c.从继电保护的配合来讲，在大多数情况下，也没有必要在环网柜中采用断路器，这是因为环网配电网络的首端断路器(即110kV或220kV变电站的10kV馈出线断路器)的保护设置一般为：速断保护的时间为0s，过流保护的时间为0.5s，零序保护的时间为0.5s。若环网柜中采用断路器，即使整定时间为0s动作，由于断路器固有动作时间分散，也很难保证环网柜中的断路器而不是上一级断路器首先动作。
d.高遮断容量后备式限流熔断器可对其后所接设备，如电流互感器、电缆等都可提供保护。高遮断容量后备式限流熔断器的保护范围可在最小熔化电流(通常为熔断器额定电流的2～3倍)到最大开断容量之间。限流熔断器的电流-时间特性，一般为陡峭的反时限曲线，短路发生后，可在很短的时间内熔断，切除故障。如果采用断路器作保护。必定使其它电器如电缆、电流互感器、变压器套管等元件的热稳定要求大幅度提高，加大了电器设备的造价，增大工程费用。在这里，有必要指出在采用负荷开关加高遮断容量后备式熔断器组合时，两者之间要很好地配合，当熔断器非三相熔断时，熔断器的撞针要使负荷开关立即联跳，防止缺相运行。
410kV配电变压器保护中的配置及应用
相对于其它断路器，高压断路器功能强大、开断容量较大，通常作为10kV配电变压器的保护装置，但在应用中也存在价格、占地程度、配置和维修复杂等问题。在进行配电变压器保护开关设备选择时，应严格按照相关规定确保选择的断路器符合配电变压器保护要求。
4.1负荷开关加高压熔断器所构成的组合
电器保护负荷开关加高压熔断器所构成的组合电器保护具有占地面积小、经济成本低、操作过程简单等优点，因此成为10kV配电变压器保护装置的一部分。相对于断路器，负荷开关加高压熔断器所构成的组合电器保护的功能更完善，可分断正常电流和短路电流。在熔断器分断短路电流后，继电保护装置动作就会变得简单，而且熔断器可快速切断故障电流，为维修人员提供更加充足的维修时间。
4.2跌落式熔断器跌落式
熔断器是变电站常用的短路保护开关，其工作原理是通过熔体熔断产生的隔离口实现保护配电变压器的目的，具有价格低、实用性较好、对户外环境适应性强、操作过程简单、可对设备投／切操作进行保护的优点，通常适用于单台容量不大于315ｋＶＡ的配电变压器。另外，跌落式熔断器还有非常清晰的断开点，因此具备隔离开关功能，可有效缩减停电时间和范围，为维修创造良好的安全作业环境。通常，熔断器的额定电流应是熔体额定电流的1.5～2.0倍，其额定电压必须与其它设备的额定电压相匹配。
结束语
综上所述，10kV配电变压器目前采用的保护形式有负荷开关加高压熔断器构成组合型电器、断路器保护和跌落式熔断器。在电网运行过程中，鉴于10kV配电变压器的重要性，必须要保证其运行的安全性和稳定性，因此应加强对10kV配电变压器保护装置的研究。10kV配电变压器的保护配置主要有断路器、负荷开关或负荷开关加熔断器，综合技术-经济性能和运行管理因素，无论在10kV环网供电单元还是在终端用户高压配电单元中，采用负荷开关加高遮断容量后备式限流熔断器组合的保护配置，既可提供额定负荷电流，又可断开短路电流，并具备开合空载变压器的性能，能有效保护配电变压器，为此，推荐采用负荷开关加高遮断容量后备式限流熔断器组合的配置作为配电变压器保护的保护方式。
参考文献
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[3] 马桧明.10kV配电变压器损耗试验中无功补偿问题探究[J].通讯世界，2015（2）：30.
论文作者:金强德
论文发表刊物:《电力设备》2018年第17期
论文发表时间:2018/11/11
标签：熔断器论文; 变压器论文; 断路器论文; 负荷论文; 组合论文; 容量论文; 电流论文; 《电力设备》2018年第17期论文;