Een voorstudie over de beschermingsconfiguratie van de 10KV-verdeeltransformatoren

1. Bedradingsschema's van Ring - Hoofdunit
1.1 Samenstelling van Ring - Hoofdunit

De Ring - Hoofdunit (RMU) bestaat uit compartimenten. Over het algemeen heeft het minstens drie compartimenten, waaronder twee compartimenten voor de ringkabelingang en -uitgang en één compartiment voor het transformatorcircuit.

1.2 Beschermingsconfiguraties voor Ring - Hoofdunit

Zowel de ringkabelvoedingscompartimenten als de transformatorvoedingscompartimenten gebruiken belastingschakelaars, meestal driepositiebelastingschakelaars met functies voor sluiten, openen en aarden. De transformatorvoedingscompartimenten zijn ook uitgerust met hoge-breukkracht back-up stroombeperkende fusen voor bescherming. Praktijkervaring heeft aangetoond dat dit een eenvoudige, betrouwbare en economische elektriciteitsverdelingsmethode is.

1.3 Kenmerken van de beschermingsconfiguratie voor Ring - Hoofdunit

De belastingschakelaar wordt gebruikt om genoteerde belastingsstromen te schakelen. Het heeft kenmerken zoals eenvoudige structuur en lage kosten, maar kan kortsluitstromen niet onderbreken. De hoge-breukkracht back-up stroombeperkende fuse fungeert als beschermelement en kan kortsluitstromen onderbreken. Door deze twee elementen organisch te combineren kunnen de operatie- en beschermingsvereisten van het elektriciteitsverdelingssysteem onder verschillende normale en foutoperatiemodi worden voldaan. De bepaling van circuitbrekerparameters en het ontwerp en de fabricage van de structuur worden strikt volgens standaarden uitgevoerd.

Het heeft zowel operatie- als beschermingsfuncties, dus de structuur is complex en de kosten zijn hoog, waardoor grootschalig gebruik onpraktisch is. In ring-hoofdunits worden een groot aantal combinaties van belastingschakelaar en hoge-breukkracht back-up fusen gebruikt. De operatie- en beschermingsfuncties voor elektrische apparatuur, die niet precies hetzelfde zijn, worden gerealiseerd door twee eenvoudige en goedkope componenten. Dat wil zeggen, de belastingschakelaar wordt gebruikt om een groot aantal belastingswitch-operaties uit te voeren, terwijl de hoge-breukkracht back-up stroombeperkende fuse wordt gebruikt om apparatuur te beschermen waarbij kortsluitingen zelden voorkomen. Dit lost het probleem op, zonder de gebruik van complexe en dure circuitbrekers, en voldoet tegelijkertijd aan de werkelijke operatie-eisen.

• Circuitbrekers hebben alle beschermings- en operatiefuncties, maar ze zijn duur.

• Belastingschakelaars hebben bijna dezelfde prestaties als circuitbrekers, maar ze kunnen geen kortsluitstromen onderbreken.

• De combinatie van een belastingschakelaar en een hoge-breukkracht back-up stroombeperkende fuse kan kortsluitstromen onderbreken. De breukkracht van sommige fusen is zelfs hoger dan die van circuitbrekers. Daarom is het gebruik van deze combinatie niet minder effectief dan het gebruik van een circuitbreker, maar de kosten kunnen aanzienlijk worden verlaagd.

1.4 Voordelen van de Combinatie van Belastingschakelaar en Hoge-Breukkracht Back-Up Fuse

De combinatie van een belastingschakelaar en een hoge-breukkracht fuse heeft de volgende voordelen:

1.4.1 Goede Prestaties bij het Schakelen van Ladingvrije Transformatoren

De meeste belastingen in ring-hoofdunits zijn distributietransformatoren. Over het algemeen is de capaciteit niet meer dan 1250 KVA, en in zeldzame gevallen bereikt het 1600 KVA. De ladingvrije stroom van een distributietransformator is over het algemeen ongeveer 2% van de genoteerde stroom, en de ladingvrije stroom van een grotere distributietransformator is kleiner. Wanneer de ring-hoofdunit de kleine stroom van een ladingvrije transformator schakelt, presteert het goed en veroorzaakt het geen hoge overspanning.

1.4.2 Effectieve Bescherming van Distributietransformatoren

Vooral voor oliegedrenkte transformatoren is het gebruik van een belastingschakelaar met een hoge-breukkracht back-up stroombeperkende fuse effectiever dan het gebruik van een circuitbreker. Soms kan de laatste zelfs geen effectieve bescherming bieden. Relevant informatie toont aan dat wanneer een oliegedrenkte transformator een kortsluitingsfout heeft, de druk die wordt gegenereerd door de boog stijgt, en de bellen die worden gevormd door de verdampte olie zullen de ruimte innemen die oorspronkelijk toebehoorde aan de olie. De olie zal de druk overbrengen naar de transformatorolietank. Naarmate de kortsluiting doorgaat, neemt de druk verder toe, waardoor de olietank vervormt en barst.

Om de olietank te beschermen, moet de fout binnen 20 ms worden geëlimineerd. Als een circuitbreker wordt gebruikt, wegens de aanwezigheid van relaisbescherming, plus de eigen bedrijfstijd en de boogextinctietijd, is de totale openings tijd over het algemeen niet minder dan 60 ms, wat de transformator niet effectief kan beschermen. Echter, de hoge-breukkracht back-up stroombeperkende fuse heeft een snelle onderbrekingsfunctie. Gezamenlijk met de stroombeperkende functie kan het de fout binnen 10 ms elimineren en de kortsluitstroom beperken, wat de transformator effectief beschermt. Daarom moeten hoge-breukkracht back-up stroombeperkende fusen zo veel mogelijk worden gebruikt om elektrische apparatuur te beschermen in plaats van circuitbrekers. Zelfs als de belasting een droogtransformatortype is, werkt de fuseschakeling snel en is het beter dan het gebruik van een circuitbreker.

1.4.3 Wat Betreft de Coördinatie van Relaisbescherming

In de meeste gevallen is er geen behoefte aan een circuitbreker in de ring-hoofdunit. Dit komt omdat de beschermingsinstellingen van de circuitbreker aan de hoofdkant van het ringverdelingsnetwerk (d.w.z. de 10KV voedingscircuitbreker in een 110KV of 220KV substation) over het algemeen als volgt zijn: de tijd voor instantane bescherming is 0s, de tijd voor overstromingbescherming is 0.5s, en de tijd voor nulsequentiebescherming is 0.5s. Als een circuitbreker in de ring-hoofdunit wordt gebruikt, zelfs als de ingestelde tijd 0s is voor de werking, is het moeilijk om ervoor te zorgen dat de circuitbreker in de ring-hoofdunit eerder werkt dan de bovenliggende circuitbreker, wegens de spreiding van de inherente werkingstijd van de circuitbreker.

1.4.4 Hoge-Breukkracht Back-Up Stroombeperkende Fuse Kan Bescherming Bieden voor Downstream Apparatuur

Zoals stroomtransformatoren, kabels, enz. Het beschermingsbereik van de hoge-breukkracht back-up stroombeperkende fuse kan variëren van de minimale smeltstroom (over het algemeen 2-3 keer de genoteerde stroom van de fuse) tot de maximale breukkracht. Het stroom-tijdkenmerk van de stroombeperkende fuse is over het algemeen een steile inverse-tijdcurve. Na het optreden van een kortsluiting kan het in een zeer korte tijd smelten en de fout elimineren. Als een circuitbreker wordt gebruikt voor bescherming, zal dit onvermijdelijk de thermische stabiliteitsvereisten van andere elektrische componenten zoals kabels, stroomtransformatoren en transformatorbuisjes aanzienlijk verhogen, waardoor de kosten van elektrische apparatuur en projectkosten toenemen. Hier moet worden opgemerkt dat bij het gebruik van de combinatie van een belastingschakelaar en een hoge-breukkracht back-up fuse, de twee goed moeten worden afgestemd. Wanneer de fuse niet in drie fasen smelt, moet de slagker van de fuse onmiddellijk de belastingschakelaar uitschakelen om single-phase operation te voorkomen.

2. Bedradingsschema's van Hoogspanningskamers voor Eindgebruikers

De norm GB14285-1993 "Technische Code voor Relaisbescherming en Veiligheidsautomatische Apparatuur" stelt dat bij het selecteren van de beschermende schakelapparatuur voor een distributietransformator, wanneer de capaciteit gelijk is aan of groter is dan 800 KVA, een circuitbreker met een relaisbeschermingsapparaat moet worden geselecteerd. Deze regel kan worden begrepen op basis van de volgende twee aspecten van behoeften:

• Wanneer de capaciteit van de distributietransformator 800 KVA of meer bereikt, waren in het verleden de meeste oliegedrenkte transformatoren en werden uitgerust met gasrelais. Het gebruik van een circuitbreker kan samenwerken met het gasrelais om de transformator effectief te beschermen.

• Voor gebruikers met een apparaatcapaciteit groter dan 800 KVA, kan een single-phase grounding fault om verschillende redenen leiden tot het activeren van de nulsequentiebescherming, waardoor de circuitbreker tript en de fout isoleert, zodat de voedingscircuitbreker van het hoofdsubstation niet actief wordt en de normale energievoorziening van andere gebruikers niet wordt beïnvloed. Bovendien stelt de norm ook duidelijk vast dat zelfs als een enkele transformator deze capaciteit niet bereikt, maar als de totale capaciteit van de distributietransformatoren van de gebruiker 800 KVA bereikt, moet deze eis ook worden voldaan. Momenteel is het bedradingsschema van de meeste hoogspanningsschakelkamers van gebruikers een basisbedradingsschema, en hierop gebaseerd kunnen bedradingsschema's zoals één hoofd-één reserve-inkomend lijn of dubbele inkomende lijnen met bussectie worden afgeleid.

3. Conclusie

De beschermingsconfiguraties voor 10kV distributietransformatoren omvatten voornamelijk circuitbrekers, belastingschakelaars, of belastingschakelaars met fusen. Met inachtneming van technische, economische prestaties en operationele beheerfactoren, of het nu gaat om een 10kV ring-hoofdunit of een hoogspanningsenergieverdelingsunit voor eindgebruikers, kan de beschermingsconfiguratie van een belastingschakelaar gecombineerd met een hoge-breukkracht back-up stroombeperkende fuse niet alleen de genoteerde belastingsstroom leveren, maar ook kortsluitstromen onderbreken en de prestaties van het schakelen van ladingvrije transformatoren hebben, wat de distributietransformatoren effectief kan beschermen. Daarom wordt de configuratie van een belastingschakelaar gecombineerd met een hoge-breukkracht back-up stroombeperkende fuse aanbevolen als de beschermingsmodus voor de bescherming van distributietransformatoren.