F U R組合保護裝置在配電網中的應用

楊思斯

（湖南水利水電職業技術學院，湖南 長沙 410007）

0 前言

FUR組合保護裝置是由FU(高壓限流熔斷器)和FR(高能氧化鋅過電壓保護器)的組合,簡稱FUR。FUR組合保護裝置就是利用高壓限流熔斷器的快速限流性、可選性和高能氧化鋅過電壓保護器的降壓移能性,把兩者結合來使用,以達到有選擇性地迅速切斷短路電流同時快速使短路網絡中的能量釋放的目的[1]。

限流熔斷器FU，正常時流過工作電流，發生短路時在預期短路電流峰值到來之前熔斷，實現截流，限制短路電流峰值。非線性電阻FR，將熔斷器中的電弧電流轉移到自身中，吸收磁場能量并快速將電流衰減至零，使電源提供能量最小，同時限制熔斷器產生的過電壓，保護設備絕緣，提高熔斷器吸收安全裕量。因此,由FU與FR組合而成的FUR保護裝置在發生短路時,FUR可以在預期短路電流峰值到來之前熔斷并熄滅電弧。

鑒于上面所說的FUR裝置的優越性，目前，在水利及中小型火力發電廠中,發電機出口廠用分支處、勵磁變壓器的回路,普遍裝設FUR裝置作為保護裝置。也就是說FUR保護參數的對象大多是廠用變壓器、勵磁變壓器，那其它電氣設備是否也適用？

2 FUR裝置在配電網中使用意義

目前，隨著電力系統和工業現代化的發展，單機容量不斷增大，低阻抗大容量變壓器在現代低壓配電系統中的應用也不斷增長，以及配電網絡的不斷發展，使電力系統的短路容量日益增加。為滿足短路電流提高所帶來的苛刻的要求，常規做法是在電網中串入限流電抗器，但在電網正常運行時，由于在其上有電壓降落以及損耗，對電網的輸電質量有一定影響。同時，由于該限流電抗不能太大，所以在故障發生時不能顯著地降低短路電流。同時電抗器只能改變電流的峰值而不能改變短路電流過零點的時間，斷路器要在幾個周波內才能開斷短路電流，短路電路的峰值已經多次通過短路網絡，對系統網絡造成累積性破壞。有時候發生短路，短路電流要經過長達20ms～150ms的時間才能過零點，使斷路器開斷困難，開斷時間很長，短路電流的峰值多次沖擊電氣設備，對變壓器和電纜等電氣設備產生很大的電動力和熱效應作用，在開關電氣觸頭上產生很大的排斥電動力，使觸頭燒損或熔焊。短路試驗證明，當油浸變壓器發生短路時，為使油箱不爆炸，必須20ms內切除故障，而斷路器的全開斷時間由三部分組成，繼電保護動作時間+斷路器固有動作時間+燃弧時間，一般需要三周波（60ms），因而不能有效地保護變壓器。

而FUR裝置中，限流熔斷器FU具有限流作用,當短路電流上升到0.2倍預期短路電流峰值之前,熔斷器FU熔斷器并截流,同時熔斷器產生弧壓將電流迫入氧化鋅電阻FR中,FR的作用是限制過電壓并且將熔斷器熔斷后的回路電流轉移到自身中,吸收磁場能量。這樣熔斷器殼體內電弧能量大為降低,熔斷器電弧迅速熄滅,同時FR中電流也快速衰減到零,從而切除短路電流。

可見，除了在發電廠的廠用變壓器、勵磁變壓器以外，大容量配電網中的降壓變壓器，FUR裝置也可同樣推廣。

3 FUR組合保護裝置的技術參數選擇

將FUR裝置應用與配電網主要要解決的問題就是熔斷器及氧化鋅電阻參數的選擇。

熔斷器FU參數選擇的原則是，除短路故障以外任何情況下不得動作，在短路故障時盡快地限制并切除短路電流。根據IEC規范要求而推薦使用的組合曲線，熔斷器額定電流In大于變壓器IN的百分之四十，即In≥1.4IN，這樣就可以保證變壓器在短時允許過載的情況下熔斷器不誤動作。另外國家標準規定變壓器突然合閘是勵磁電流為滿截電流的10-12倍，允許持續時間為0.1秒，因此必須保證熔斷器通過12倍變壓器滿截電流持續0.1秒并連續沖擊100次無老化現象。

高能氧化鋅非線性電阻FR的選擇原則是:其殘壓值應當將熔斷器開斷時產生的操作過電壓限制在2.5倍相電壓以內,并保證正常工作時氧化鋅電阻不會誤擊穿,同時必須有足夠的能力吸收對應截止電流衰減到零時系統中的磁場能量,并保證一定的能量裕度[2]。

具體技術參數選擇可按下列幾條進行。

3.1 按配電變壓器T高壓側額定電流選擇FU的額定電流Ie

FU的額定電流Ie不小于配電變T高壓側額定電流IN。同時，還應考慮變壓器5%的容差，允許過載1.3倍2h而不動作，并留有10%的裕度，即：Ie≥In×1.05×1.3×1.1 即，正常運行時 FU 不會誤動作。

3.2 按配電變T勵磁涌流選擇FU的額定電流

據資料表明，當合上配電變T高壓側開關帶電運行時，所產生的勵磁涌流最大值是變壓器滿負荷時高壓側額定電流的10～12倍，即IC=12×InA，持續時間為0.1s。為此，結合FU熔絲熔斷時的分散性考慮，應留有20%以上的裕度，保證FU在0.1s時通過電流12×In×1.2A時熔絲不會熔斷。然后查FU電流-時間關系曲線，在0.1s時的熔斷電流能否夠躲過配電變T勵磁涌流。

3.3 按保護動作性要求進行校驗

當配電廠變T低壓側發生短路時，FU熔斷必須后于配電變T低壓側空斷路器的分閘動作時間，以保證FUR動作的選擇性。因此，可以用配電變T低壓側（負荷側）發生三相短路和當在配電變T高壓側（電源側）發生三相短路時的最大短路電流配合FU電流-時間關系曲線，查出熔斷器熔斷時間。校驗FUR是否滿足動作選擇性要求。

3.4 按FU限流特性和FR殘壓值進行校驗

根據FU的預期電流有效值-截斷電流峰值曲線圖，得到截斷電流峰值和熔斷時間對進行FUR校驗。并且，由于FR的非線性特性和快速導通特性，將電氣回路的操作過電壓限制在2.5倍相電壓之內，對相關設備起到了較好的過壓保護作用。必須配置FR以限制操作過電壓，對FR殘壓值進行校驗，形成FUR組合保護方式[3]。

4 結語

由此可見，FUR組合保護裝置能夠有效的保護配電網的電氣設備，并且具有開斷能力強、截流小、速度快,使系統免受較大沖擊的優點。并且在實際工程中，與FUR配合可以選擇輕型的斷路器或負荷開關，節省了投資。但是在實際運用中需要注意FU、FR技術參數的選擇，確保電氣設備和FUR裝置的安全運行。這是FUR保護裝置在配電網中廣泛應用的重要前提。

［1］劉仁桂.FUR 組合保護裝置的特性及應用[J].甘肅水利水電技術，2009，44（2）：124-126.

［2］雷通武.高壓限流熔斷器組合保護裝置的應用[J].廣西水利水電，2009(3)：46-48.

［3］方軍旗，向敏鑫.FUR組合保護裝置在13.8kV系統中應用探討[J].水電站機電技術，2012，35（1）：23-25.