淺析高壓負荷開關—熔斷器組合電器在終端變電站的應用

司思

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

關鍵詞： 負荷開關；熔斷器；變壓器保護；終端變電站

一、引言

近年來，隨著電網建設的快速發展，配電網的發展則相對滯后，一些老舊小區供電系統依舊是幾十年建立的，存在諸多安全隱患。以老舊小區的變電所為例，存在高低壓設備嚴重老化的情況，長時間運行將導致絕緣損壞，引發事故。在此類小區變電所改造的工程中，本文對變壓器的保護設計進行了研究分析。

二、組合電器與斷路器

老舊小區變電所的變壓器以油浸變壓器居多。如果油浸變壓器內部發生短路故障，在20ms內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，主要靠開關動作來保護變壓器。當選用斷路器保護時，斷路器切斷故障電流時間由三部分組成：繼電保護動作時間、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，熔斷器在10ms～20ms內切斷故障電流，同時熔斷器的撞擊器動作使高壓負荷開關開斷三相電路，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。

對于居民小區而言，供電負荷均為三類負荷。當變壓器發生故障時，保護動作切斷故障變壓器，此時并不需要重合閘或者閉合母聯來立刻恢復供電。所以在這種條件下由負荷開關—熔斷器組成的環網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，由于以前高壓開關柜均是靠墻安裝，在現有空間的基礎上改造，只有環網柜可以勝任。

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

組合電器構成的環網柜與斷路器柜相比，其價格是斷路器柜的30%～50%，其體積僅為斷路器柜的60%～70%。環網柜可以靠墻安裝，對高壓配電室的面積要求很低?？偟膩碚f此類改造項目中，環網柜在經濟性與實用性上均優于斷路器柜。

三、高壓負荷開關—熔斷器組合電器介紹

高壓負荷開關滅弧能力不強，僅能夠開斷和關合額定負荷電流以及過載電流。當線路發生短路時，負荷開關可以在規定時間內承受短路電流，但是無法開斷短路電流。

高壓負荷開關與高壓熔斷器串聯在一起組成了負荷開關—熔斷器組合電器。開斷和關合負荷電流都是頻繁發生的，但是線路發生短路故障是很少的。組合電器就是將控制與保護這兩個功能分開，負荷開關負責經常發生的投切負荷，很少發生的短路故障電流，由熔斷器來開斷。

四、負荷開關與熔斷器的配合

負荷開關與熔斷器之間的聯動，一般是通過熔斷器上裝設撞擊器實現的。必須設置聯動裝置的原因有兩點：

第一，變壓器無論發生哪一種短路故障，任意一相上的熔斷器動作，撞擊器都會觸發負荷開關的機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行。

第二，當變壓器過負荷運行時，如果此時的過負荷電流小于熔斷器最小開斷電流，將導致熔斷器無法完全熄弧，但是熔件會熔斷，觸發撞擊器擊出，使負荷開關來開斷此電流。熔斷器最小開斷電流一般小于負荷開關額定開斷電流，所以負荷開關是有能力開斷過負荷電流的。

當變壓器發生三相故障時，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，觸發撞擊器，然后撞擊器使負荷開關斷開另外兩相電路。第二種，在第一個熔斷器熔斷之后，負荷開關動作之前，由另外兩相熔斷器切斷故障電流。在這里需要引出一個轉移電流的概念。轉移電流是在熔斷器與負荷開關轉換開斷職能時的三相對稱電流值稱為組合電器的額定轉移電流。額定轉移電流是負荷開關的一個重要技術參數，小于額定轉移電流的故障電流由負荷開關來開斷，大于額定轉移電流的故障電流由熔斷器來開斷。如果負荷開關與熔斷器搭配不當，就有可能導致負荷開關來開斷本應由熔斷器開斷的故障電流，引發事故。

決定轉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，負荷開關的完全分閘時間。

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

（1）范圍一，額定負荷電流。在此范圍內電路的開斷由負荷開關完成。

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

（3）范圍三，額定轉移電流。當故障電流小于額定轉移電流時，熔斷器其中一個首先開斷一相電路，觸發撞擊器使負荷開關分斷兩相相電路。

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

在這四種電流范圍內，熔斷器，撞擊器以及負荷開關動作的情況詳見表1.

五、結束語

對于此類老舊居民區終端變電站的變壓器保護，高壓負荷開關—熔斷器組合電器是完全可以勝任的。以環網柜代替斷路器柜，不僅可以節省設備投入的費用，還可以省去后期維護的支出。不管是工程的建設方還是使用方都將節省一部分資金。組合電器應用十分廣泛，包括箱式變壓器、終端配電站、環網供電系統等。隨著開關元器件的開發發展，組合電器的前景還是十分美好的?！?/p>

參考文獻

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