Eine Vorstudie zur Schutzauslegung für 10kV-Verteilungstransformatoren

1. Verkabelungsformen von Ring-Hauptgeräten
1.1 Aufbau des Ring-Hauptgeräts

Das Ring-Hauptgerät (RMU) besteht aus Abteilungen. Es hat in der Regel mindestens drei Abteilungen, darunter zwei für den Eingang und den Ausgang des Ringkabels und eine für den Transformatorschaltkreis.

1.2 Schutzkonfigurationen für Ring-Hauptgeräte

Sowohl die Abteilungen für den Eingang und den Ausgang des Ringkabels als auch die Abteilungen für den Transformatorschaltkreis verwenden Lastschalter, normalerweise Drei-Position-Lastschalter mit den Funktionen zum Schließen, Öffnen und Erdung. Die Abteilungen für den Transformatorschaltkreis sind außerdem mit Hochleistungssicherungen zur Begrenzung des Kurzschlussstroms ausgestattet. Die praktische Anwendung hat gezeigt, dass dies eine einfache, zuverlässige und wirtschaftliche Verteilungsmethode ist.

1.3 Merkmale der Schutzkonfiguration für Ring-Hauptgeräte

Der Lastschalter wird verwendet, um Nennlastströme zu schalten. Er hat Merkmale wie einfache Struktur und geringe Kosten, kann aber keinen Kurzschlussstrom unterbrechen. Die Hochleistungssicherung dient als Schutzelement und kann Kurzschlussströme unterbrechen. Die Kombination dieser beiden Elemente erfüllt die Betriebs- und Schutzanforderungen des Verteilungssystems bei verschiedenen normalen und fehlerhaften Betriebsmodi. Die Bestimmung der Schaltersparameter und das Design und die Herstellung seiner Struktur erfolgen streng nach Standards.

Er hat sowohl Betriebs- als auch Schutzfunktionen, daher ist seine Struktur komplex und seine Kosten hoch, was eine großflächige Nutzung unpraktisch macht. In Ring-Hauptgeräten werden eine große Anzahl von Kombinationsvorrichtungen aus Lastschaltern und Hochleistungssicherungen verwendet. Die Betriebs- und Schutzfunktionen für elektrische Ausrüstung, die nicht exakt identisch sind, werden durch zwei einfache und kostengünstige Komponenten realisiert. Das heißt, der Lastschalter wird verwendet, um eine große Anzahl von Lastumschaltvorgängen durchzuführen, während die Hochleistungssicherung zur Schutz von Ausrüstung eingesetzt wird, bei der Kurzschlüsse selten vorkommen. Dies löst das Problem effektiv, indem der Einsatz komplexer und teurer Schalters vermieden wird, während die tatsächlichen Betriebsanforderungen erfüllt werden.

• Schalters haben alle Schutz- und Betriebsfunktionen, sind aber teuer.

• Lastschalter haben im Grunde die gleiche Leistung wie Schalters, können aber keinen Kurzschlussstrom unterbrechen.

• Die Kombination aus Lastschalter und Hochleistungssicherung kann Kurzschlussströme unterbrechen. Die Unterbrechungskapazität einiger Sicherungen ist sogar höher als die von Schalters. Daher ist die Verwendung dieser Kombination genauso wirksam wie die Verwendung eines Schalters, reduziert aber die Kosten erheblich.

1.4 Vorteile der Kombination aus Lastschalter und Hochleistungssicherung

Die Kombination aus Lastschalter und Hochleistungssicherung hat die folgenden Vorteile:

1.4.1 Gute Leistung beim Umschalten leerlaufender Transformatoren

Die meisten Lasten in Ring-Hauptgeräten sind Verteilungstransformatoren. Im Allgemeinen beträgt die Kapazität nicht mehr als 1250 KVA, und in seltenen Fällen erreicht sie 1600 KVA. Der Leerlaufstrom eines Verteilungstransformators beträgt in der Regel etwa 2% des Nennstroms, und der Leerlaufstrom eines größeren Verteilungstransformators ist kleiner. Wenn das Ring-Hauptgerät den kleinen Strom eines leerlaufenden Transformators umschaltet, leistet es eine gute Leistung und erzeugt kein hohes Überspannungsniveau.

1.4.2 Effektiver Schutz von Verteilungstransformatoren

Insbesondere für ölgefüllte Transformatoren ist die Verwendung eines Lastschalters mit einer Hochleistungssicherung effektiver als die Verwendung eines Schalters. Manchmal kann letzterer nicht einmal einen effektiven Schutz bieten. Relevante Informationen zeigen, dass bei einem Kurzschlussfehler in einem ölgefüllten Transformator der durch den Bogen entstehende Druck steigt und die durch Verdampfung gebildeten Blasen den Raum einnehmen, der ursprünglich dem Öl gehörte. Das Öl überträgt den Druck auf den Transformatorölbehälter. Mit fortschreitendem Kurzschluss nimmt der Druck weiter zu, was zu einer Verformung und Rissbildung des Ölbehälters führt.

Um den Ölbehälter vor Beschädigung zu schützen, muss der Fehler innerhalb von 20 ms beseitigt werden. Wird ein Schalter verwendet, so dauert die Gesamtöffnungszeit aufgrund der vorhandenen Relaisschutzvorrichtung, plus eigene Betriebs- und Bogenlöschzeit, in der Regel mindestens 60 ms, was keinen effektiven Schutz des Transformators bietet. Die Hochleistungssicherung verfügt jedoch über eine schnelle Unterbrechungsfunktion. Zusammen mit ihrer Strombegrenzungsfunktion kann sie den Fehler innerhalb von 10 ms beseitigen und den Kurzschlussstrom begrenzen, was den Transformator effektiv schützt. Daher sollten Hochleistungssicherungen soweit wie möglich zur Schutz von elektrischer Ausrüstung anstelle von Schalters verwendet werden. Selbst wenn die Last ein Trockentransformator ist, reagiert die Sicherungsschutz schneller und ist besser als die Verwendung eines Schalters.

1.4.3 Hinsichtlich der Koordination des Relais-Schutzes

In den meisten Fällen ist es nicht erforderlich, einen Schalter im Ring-Hauptgerät zu verwenden. Dies liegt daran, dass die Schutzeinstellungen des Schalters am Kopfende des Ringverteilsystems (d. h. der 10-kV-Ausgangsschalter in einem 110-kV- oder 220-kV-Umspannwerk) in der Regel wie folgt sind: die Zeit für den Blitzschutz beträgt 0s, die Zeit für den Überstromschutz beträgt 0,5s, und die Zeit für den Nullfolgeschutz beträgt 0,5s. Wird ein Schalter im Ring-Hauptgerät verwendet, so ist es, selbst wenn die Einstellzeit 0s für den Betrieb ist, aufgrund der Streuung der inhärenten Betriebszeit des Schalters schwierig, sicherzustellen, dass der Schalter im Ring-Hauptgerät und nicht der übergeordnete Schalter zuerst einsetzt.

1.4.4 Hochleistungssicherungen können Schutz für nachgeschaltete Geräte bieten

Wie z. B. Stromwandler, Kabel usw. Der Schutzbereich der Hochleistungssicherung reicht vom minimalen Schilderungsstrom (normalerweise 2-3 Mal der Nennstrom der Sicherung) bis zur maximalen Unterbrechungskapazität. Die Strom-Zeit-Kennlinie der Strombegrenzungssicherung ist in der Regel eine steile inverse Zeitkurve. Nach Auftreten eines Kurzschlusses kann sie den Fehler in sehr kurzer Zeit durch Schildern beseitigen. Wird ein Schalter für den Schutz verwendet, wird dies unweigerlich die thermischen Stabilitätserfordernisse anderer elektrischer Bauteile wie Kabel, Stromwandler und Transformatorbushings erheblich erhöhen, was die Kosten für elektrische Ausrüstung und Projektkosten erhöht. Hier sollte darauf hingewiesen werden, dass bei der Verwendung der Kombination aus Lastschalter und Hochleistungssicherung diese beiden gut koordiniert sein müssen. Wenn die Sicherung in allen drei Phasen nicht schmilzt, sollte der Schlagbolzen der Sicherung sofort den Lastschalter ausschalten, um den Einphasenbetrieb zu verhindern.

2. Verkabelungsformen für Hochspannungskammern von Endnutzern

Die Norm GB14285-1993 "Technischer Code für Relais-Schutz und Sicherheitsautomatik" legt fest, dass bei der Auswahl des Schutzschalters für einen Verteilungstransformator, wenn die Kapazität gleich oder größer als 800 KVA ist, ein Schalter mit Relais-Schutzvorrichtung gewählt werden soll. Diese Vorschrift kann basierend auf den folgenden zwei Aspekten der Anforderungen verstanden werden:

• Wenn die Kapazität des Verteilungstransformators 800 KVA oder mehr erreicht, waren in der Vergangenheit die meisten davon ölgefüllte Transformatoren und waren mit Gasrelais ausgestattet. Durch die Verwendung eines Schalters kann man mit dem Gasrelais zusammenarbeiten, um den Transformator effektiv zu schützen.

• Für Nutzer mit einer Gerätekapazität von mehr als 800 KVA kann aufgrund verschiedener Gründe ein Einphasen-Erdschlussfehler dazu führen, dass der Nullfolgenschutz einsetzt, der Schalter ausfällt und den Fehler isoliert, sodass der Ausgangsschalter des Hauptumspannwerks nicht einsetzt und den normalen Stromversorgung anderer Nutzer nicht beeinträchtigt. Darüber hinaus legt die Norm auch klar fest, dass selbst wenn ein einzelner Transformator diese Kapazität nicht erreicht, aber die Gesamtkapazität der Verteilungstransformatoren des Nutzers 800 KVA erreicht, diese Anforderung ebenfalls erfüllt werden muss. Derzeit ist die Verkabelungsschema der meisten Nutzerhochspannungsschaltgeräte eine grundlegende Verkabelungsmethode, und darauf aufbauend können Verkabelungsmethoden wie ein Haupt- und ein Reservespeisung oder Doppelspeisung mit Busbar-Abschnitten abgeleitet werden.

3. Schlussfolgerung

Die Schutzkonfigurationen für 10-kV-Verteilungstransformatoren umfassen hauptsächlich Schalter, Lastschalter oder Lastschalter mit Sicherungen. Unter Berücksichtigung technischer, wirtschaftlicher Leistung und betrieblicher Faktoren kann, ob in einem 10-kV-Ring-Hauptgerät oder in einer Hochspannungs-Verteilungseinheit für Endnutzer, die Schutzkonfiguration eines Lastschalters in Kombination mit einer Hochleistungssicherung nicht nur den Nennlaststrom bereitstellen, sondern auch Kurzschlussströme unterbrechen und die Leistung des Umschaltens leerlaufender Transformatoren haben, was Verteilungstransformatoren effektiv schützt. Daher wird die Konfiguration eines Lastschalters in Kombination mit einer Hochleistungssicherung als Schutzmodus für den Schutz von Verteilungstransformatoren empfohlen.