En foreløbig undersøgelse af beskyttelseskonfigurationen for 10kV distributions-transformator

1. Forbindelsesformer for Ring - Hovedenhed
1.1 Sætning af Ring - Hovedenhed

Ring - Hovedenheden (RMU) er sammensat af kompartimenter. Generelt har den mindst tre kompartimenter, herunder to kompartimenter til ind- og udførsel af ringkabel samt et kompartment til transformerforbindelsen.

1.2 Konfiguration af beskyttelsesmodi for Ring - Hovedenhed

Både ringkablets foderkompartimenter og transformerfoderkompartimenter anvender belastningskontakter, normalt trepositionelle belastningskontakter med funktioner som tænding, slukning og jordforbindelse. Transformerfoderkompartimenter er også udstyret med højkvalificerede reserve-strømbegrænsende sikringselementer til beskyttelse. Praktisk drift har vist, at dette er en enkel, pålidelig og økonomisk fordelingsmetode.

1.3 Karakteristika for beskyttelseskongfiguration for Ring - Hovedenhed

Belastningskontakten bruges til at skifte nominalsbelastningsstrømme. Den har karakteristika som enkel struktur og lav kost, men kan ikke afbryde kortslutningsstrømme. Højkvalificerede reserve-strømbegrænsende sikringer fungerer som beskyttelseselementer og kan afbryde kortslutningsstrømme. At kombinere disse to elementer organisk kan opfylde drifts- og beskyttelseskravene for fordelingssystemet under forskellige normale og fejltilstande. Bestemmelsen af kredsløbsbryderparametre og design og fremstilling af dens struktur foregår i streng overensstemmelse med standarder.

Den har både drifts- og beskyttelsesfunktioner, så dens struktur er kompleks og dets omkostninger er høje, hvilket gør det upraktisk at anvende på stor skala. I ring-hovedenheder anvendes et stort antal kombinationer af belastningskontakter og højkvalificerede reservesikringer. Drifts- og beskyttelsesfunktionerne for elektriske udstyr, som ikke er præcis de samme, realiseres ved hjælp af to simple og billige komponenter. Det vil sige, at belastningskontakten bruges til at udføre et stort antal belastningsskiftsoperationer, mens højkvalificerede reservesikringer anvendes til beskyttelse af udstyr, hvor kortslutninger sjældent forekommer. Dette løser problemet godt, undgår brug af komplekse og dyre kredsløbsbrydere, samtidig med at det opfylder de faktiske driftskrav.

• Kredsløbsbrydere har alle beskyttelses- og driftsfunktioner, men de er dyre.

• Belastningskontakter har næsten samme ydeevne som kredsløbsbrydere, men de kan ikke afbryde kortslutningsstrømme.

• Kombinationen af en belastningskontakt og en højkvalificeret reservesikring kan afbryde kortslutningsstrømme. Nogle sikringers afbrydningsevne er endda højere end kredsløbsbryderes. Derfor er brugen af denne kombination lige så effektiv som brug af en kredsløbsbryder, men omkostningerne kan være meget lavere.

1.4 Fordele ved kombinationen af belastningskontakt og højkvalificeret reservesikring

Kombinationen af en belastningskontakt og en højkvalificeret sikring har følgende fordele:

1.4.1 God ydeevne ved skiftning af tomme transformatorer

De fleste belastninger i ring-hovedenheder er distributionstransformatorer. Generelt er kapaciteten ikke mere end 1250 KVA, og i sjældne tilfælde når den 1600 KVA. Tomstrømmen for en distributionstransformator er generelt omkring 2% af den nominale strøm, og tomstrømmen for en større distributionstransformator er mindre. Når ring-hovedenheden skifter den lille strøm fra en tom transformator, udfører den dette godt uden at producere en høj overspænding.

1.4.2 Effektiv beskyttelse af distributionstransformatorer

Især for olieindholdsede transformatorer er brug af en belastningskontakt med en højkvalificeret reservesikring mere effektiv end brug af en kredsløbsbryder. Nogle gange kan sidstnævnte endda ikke give effektiv beskyttelse. Relevant information viser, at når en olieindholdt transformator har en kortslutningsfejl, stiger trykket, der dannes af bue, og bobler dannet af olieråg fylder pladsen, der oprindeligt tilhørte olien. Olien vil overføre trykket til transformatorens oliereservoir. Med fortsat kortslutning øges trykket yderligere, hvilket fører til, at oliereservoiret deformeres og sprækker.

For at undgå skade på oliereservoiret skal fejlen fjernes inden for 20 ms. Hvis en kredsløbsbryder anvendes, vil den totale åbnings tid på grund af relæbeskyttelse, plus dens egen driftstid og buedempningstid, generelt ikke være mindre end 60 ms, hvilket ikke kan effektivt beskytte transformator. Imidlertid har højkvalificerede reservesikringer en hurtig afbrydelsesfunktion. Sammen med dens strømbegrænsende funktion kan den fjerne fejlen og begrænse kortslutningsstrømmen inden for 10 ms, hvilket effektivt beskytter transformator. Derfor bør højkvalificerede reservesikringer bruges til at beskytte elektriske enheder i stedet for kredsløbsbrydere, så vidt muligt. Selv hvis belastningen er en torrtransformator, handler sikringsbeskyttelsen hurtigt og er bedre end brug af en kredsløbsbryder.

1.4.3 I forhold til koordinering af relæbeskyttelse

I de fleste tilfælde er der ingen behov for at bruge en kredsløbsbryder i ring-hovedenheden. Dette skyldes, at beskyttelsesindstillingerne for kredsløbsbryderen i begyndelsen af ringfordelnettet (dvs. 10KV-foderkredsløbsbryderen i en 110KV eller 220KV-understation) generelt er følgende: tiden for øjeblikkelig beskyttelse er 0s, tiden for overstrøm beskyttelse er 0.5s, og tiden for nul-sekvens beskyttelse er 0.5s. Hvis en kredsløbsbryder anvendes i ring-hovedenheden, selv hvis indstillings tiden er 0s for drift, er det svært at sikre, at kredsløbsbryderen i ring-hovedenheden agerer først, på grund af spredningen af kredsløbsbryderens indbyggede driftstid.

1.4.4 Højkvalificerede reservesikringer kan give beskyttelse for nedstrøms udstyr

Såsom strømtransformatorer, kabler osv. Beskyttelsesområdet for højkvalificerede reservesikringer kan være fra den mindste smeltestrøm (normalt 2-3 gange den nominale strøm for sikringen) til den maksimale afbrydningsevne. Strøm-tidskarakteristikken for strømbegrænsende sikringer er generelt en stejl invers-tidskurve. Efter en kortslutning kan den smelte og fjerne fejlen i en meget kort tid. Hvis en kredsløbsbryder anvendes til beskyttelse, vil det uundgåeligt kræve, at andre elektriske komponenter som kabler, strømtransformatorer og transformatorbushings har højere varme-stabilitetskrav, hvilket øger omkostningerne til elektriske udstyr og projektkost. Her bør det bemærkes, at når kombinationen af en belastningskontakt og en højkvalificeret reservesikring anvendes, bør de to være godt koordineret. Når sikringen ikke smelter i tre faser, bør sikringens slaghammer umiddelbart udløse belastningskontakten for at undgå enfasdrift.

2. Forbindelsesformer for højspændingsrum for slutbrugere

Standarden GB14285 - 1993 "Teknisk kode for relæbeskyttelse og sikkerhed automatik" fastsætter, at når beskyttelseskab til en distributions-transformator vælges, og kapaciteten er lig med eller større end 800 KVA, bør en kredsløbsbryder med relæbeskyttelse vælges. Denne regulering kan forstås ud fra følgende to aspekter af behov:

• Når kapaciteten for distributions-transformatoren når 800 KVA og derover, var de fleste i fortid olieindholdsede transformatorer, der blev udstyret med gasrelæer. Brug af en kredsløbsbryder kan samarbejde med gasrelæet for at effektivt beskytte transformator.

• For brugere med en enhedskapacitet større end 800 KVA, kan en enfas-jordforbindelse på grund af forskellige årsager få nul-sekvensbeskyttelsen til at virke, hvilket får kredsløbsbryderen til at springe og isolere fejlen, således at foderkredsløbsbryderen i hovedunderstationen ikke virker og påvirker den normale strømforsyning til andre brugere. Desuden fastsætter standarden også klart, at selvom en enkelt transformator ikke når denne kapacitet, men hvis den samlede kapacitet af brugerens distributions-transformatorer når 800 KVA, bør dette krav også opfyldes. I øjeblikket er kablingskonceptet for de fleste slutbrugeres højspændingsrum en grundlæggende kablingsmetode, og på basis af dette kan kablingsmetoder som en-hoved-en-reserve-indgang eller dobbelt indgang med busbar-sektion afledes.

3. Konklusion

Beskyttelseskongfigurationer for 10kV-distributions-transformatorer inkluderer primært kredsløbsbrydere, belastningskontakter, eller belastningskontakter med sikringer. Ved at tage tekniske, økonomiske ydeevner og driftsforvaltningsfaktorer i betragtning, kan beskyttelseskongfigurationen af en belastningskontakt kombineret med en højkvalificeret reservesikring, både i en 10kV-ring-hovedenhed eller en højspændingsfordelingsenhed for slutbrugere, ikke kun give nominale belastningsstrømme, men også afbryde kortslutningsstrømme og have ydeevnen til at skifte tomme transformatorer, hvilket effektivt beskytter distributions-transformatorer. Derfor anbefales konfigurationen af en belastningskontakt kombineret med en højkvalificeret reservesikring som beskyttelsesmode for distributions-transformatorbeskyttelse.