F U R組合保護裝置在配電網(wǎng)中的應用

楊思斯

（湖南水利水電職業(yè)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(wǎng)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(fā)生短路時在預期短路電流峰值到來之前熔斷，實現(xiàn)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(chǎn)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(fā)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(yōu)越性，目前，在水利及中小型火力發(fā)電廠中,發(fā)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(shù)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(wǎng)中使用意義

目前，隨著電力系統(tǒng)和工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，單機容量不斷增大，低阻抗大容量變壓器在現(xiàn)代低壓配電系統(tǒng)中的應用也不斷增長，以及配電網(wǎng)絡的不斷發(fā)展，使電力系統(tǒng)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(guī)做法是在電網(wǎng)中串入限流電抗器，但在電網(wǎng)正常運行時，由于在其上有電壓降落以及損耗，對電網(wǎng)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(fā)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(nèi)才能開斷短路電流，短路電路的峰值已經(jīng)多次通過短路網(wǎng)絡，對系統(tǒng)網(wǎng)絡造成累積性破壞。有時候發(fā)生短路，短路電流要經(jīng)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(chǎn)生很大的電動力和熱效應作用，在開關電氣觸頭上產(chǎn)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(fā)生短路時，為使油箱不爆炸，必須20ms內(nèi)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(chǎn)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(nèi)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(fā)電廠的廠用變壓器、勵磁變壓器以外，大容量配電網(wǎng)中的降壓變壓器，F(xiàn)UR裝置也可同樣推廣。

3 FUR組合保護裝置的技術參數(shù)選擇

將FUR裝置應用與配電網(wǎng)主要要解決的問題就是熔斷器及氧化鋅電阻參數(shù)的選擇。

熔斷器FU參數(shù)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(jù)IEC規(guī)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(guī)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(xù)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(xù)0.1秒并連續(xù)沖擊100次無老化現(xiàn)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(chǎn)生的操作過電壓限制在2.5倍相電壓以內(nèi),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(tǒng)中的磁場能量,并保證一定的能量裕度[2]。

具體技術參數(shù)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(jù)資料表明，當合上配電變T高壓側開關帶電運行時，所產(chǎn)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(xù)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(fā)生短路時，F(xiàn)U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(fā)生三相短路和當在配電變T高壓側（電源側）發(fā)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(jù)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(nèi)，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，F(xiàn)UR組合保護裝置能夠有效的保護配電網(wǎng)的電氣設備，并且具有開斷能力強、截流小、速度快,使系統(tǒng)免受較大沖擊的優(yōu)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(jié)省了投資。但是在實際運用中需要注意FU、FR技術參數(shù)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(wǎng)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(tǒng)中應用探討[J].水電站機電技術，2012，35（1）：23-25.