Предварительное исследование конфигурации защиты трансформатора распределения 10 кВ

1. Схемы подключения кольцевых главных устройств
1.1 Состав кольцевого главного устройства

Кольцевое главное устройство (RMU) состоит из отсеков. Обычно оно имеет как минимум три отсека, включая два отсека для входа и выхода кабелей кольца и один отсек для трансформаторной цепи.

1.2 Конфигурация режимов защиты кольцевого главного устройства

Оба отсека питания кабелями кольца и отсеки питания трансформаторами используют нагрузочные выключатели, обычно трехпозиционные нагрузочные выключатели с функциями включения, отключения и заземления. Отсеки питания трансформаторами также оснащены высокомощными запасными предохранителями-ограничителями тока для защиты. Практическая эксплуатация показала, что это простой, надежный и экономичный метод распределения электроэнергии.

1.3 Характеристики конфигурации защиты кольцевого главного устройства

Нагрузочный выключатель используется для переключения номинальных нагрузочных токов. Он имеет такие характеристики, как простая конструкция и низкая стоимость, но не может прерывать короткозамкнутые токи. Высокомощный запасной предохранитель-ограничитель тока служит защитным элементом и может прерывать короткозамкнутые токи. Комбинация этих двух элементов органично удовлетворяет требованиям эксплуатации и защиты системы распределения электроэнергии при различных нормальных и аварийных режимах работы. Определение параметров выключателей и проектирование и изготовление их конструкции проводятся в строгом соответствии со стандартами.

Он обладает как операционными, так и защитными функциями, поэтому его конструкция сложная, а стоимость высокая, что делает массовое использование непрактичным. В кольцевых главных устройствах широко используются комбинированные устройства, состоящие из нагрузочных выключателей и высокомощных запасных предохранителей. Функции управления и защиты электрического оборудования, которые не совсем одинаковы, реализуются с помощью двух простых и недорогих компонентов. То есть, нагрузочный выключатель используется для выполнения большого количества операций по переключению нагрузки, в то время как высокомощный запасной предохранитель-ограничитель тока используется для защиты оборудования, где короткие замыкания случаются редко. Это хорошо решает проблему, избегая использования сложных и дорогих выключателей, при этом удовлетворяя фактическим требованиям эксплуатации.

• Выключатели имеют все функции защиты и управления, но они дорогие.

• Нагрузочные выключатели имеют практически такие же характеристики, как и выключатели, но они не могут прерывать короткозамкнутые токи.

• Комбинация нагрузочного выключателя и высокомощного запасного предохранителя-ограничителя тока может прерывать короткозамкнутые токи. Прерывная способность некоторых предохранителей даже выше, чем у выключателей. Поэтому использование такой комбинации не менее эффективно, чем использование выключателя, но затраты можно значительно снизить.

1.4 Преимущества комбинации нагрузочного выключателя и высокомощного запасного предохранителя

Комбинация нагрузочного выключателя и высокомощного предохранителя имеет следующие преимущества:

1.4.1 Хорошая производительность при переключении пустых трансформаторов

Большинство нагрузок в кольцевых главных устройствах составляют распределительные трансформаторы. Обычно их мощность не превышает 1250 КВА, а в редких случаях достигает 1600 КВА. Пустой ток распределительного трансформатора обычно составляет около 2% от номинального тока, а пустой ток более крупного распределительного трансформатора меньше. Когда кольцевое главное устройство переключает малый ток пустого трансформатора, оно работает хорошо и не создает высокого перенапряжения.

1.4.2 Эффективная защита распределительных трансформаторов

Особенно для масляных трансформаторов, использование нагрузочного выключателя с высокомощным запасным предохранителем-ограничителем тока более эффективно, чем использование выключателя. Иногда последний может даже не обеспечивать эффективную защиту. Согласно имеющимся данным, когда у масляного трансформатора возникает короткое замыкание, давление, создаваемое дугой, возрастает, и пузырьки, образованные парообразованием масла, занимают пространство, которое изначально принадлежало маслу. Масло передает давление на бак трансформатора. По мере продолжения короткого замыкания давление увеличивается, вызывая деформацию и разрушение бака.

Чтобы избежать повреждения бака, необходимо устранить неисправность в течение 20 мс. Если используется выключатель, из-за наличия реле защиты, а также времени его собственного действия и времени гашения дуги, общее время открытия обычно не менее 60 мс, что не позволяет эффективно защищать трансформатор. Однако высокомощный запасной предохранитель-ограничитель тока обладает функцией быстрого отключения. В сочетании с его функцией ограничения тока он может устранить неисправность и ограничить короткозамкнутый ток в течение 10 мс, эффективно защищая трансформатор. Поэтому для защиты электрического оборудования следует использовать высокомощные запасные предохранители-ограничители тока вместо выключателей. Даже если нагрузка представляет собой сухой трансформатор, защита предохранителем действует быстро и лучше, чем использование выключателя.

1.4.3 В отношении согласования релейной защиты

В большинстве случаев нет необходимости использовать выключатель в кольцевом главном устройстве. Это связано с тем, что настройки защиты выключателя на головном конце кольцевой сети распределения (то есть 10-киловольтового выключателя питания в 110- или 220-киловольтовой подстанции) обычно следующие: время действия мгновенной защиты 0 секунд, время действия защиты от перегрузки 0,5 секунды, время действия нулевой последовательности 0,5 секунды. Если в кольцевом главном устройстве используется выключатель, даже если время настройки установлено на 0 секунд, из-за рассеивания времени собственного действия выключателя сложно гарантировать, что выключатель в кольцевом главном устройстве, а не выключатель верхнего уровня, сработает первым.

1.4.4 Высокомощный запасной предохранитель-ограничитель тока может обеспечивать защиту нижестоящего оборудования

Такого как трансформаторы тока, кабели и т.д. Диапазон защиты высокомощного запасного предохранителя-ограничителя тока может быть от минимального тока плавления (обычно 2-3 раза номинальный ток предохранителя) до максимальной прерывной способности. Токово-временная характеристика предохранителя-ограничителя тока обычно является крутой обратно-пропорциональной кривой. После возникновения короткого замыкания он может плавиться и устранять неисправность в очень короткое время. Если для защиты используется выключатель, это неизбежно существенно увеличит теплостойкость требований к другим электрическим компонентам, таким как кабели, трансформаторы тока и изоляторы трансформаторов, что увеличит стоимость электрического оборудования и стоимость проекта. Здесь следует отметить, что при использовании комбинации нагрузочного выключателя и высокомощного запасного предохранителя, эти два компонента должны быть хорошо согласованы. Когда предохранитель не плавится в трех фазах, ударник предохранителя должен немедленно отключить нагрузочный выключатель, чтобы предотвратить одиночное действие.

2. Схемы подключения высоковольтных камер для конечных пользователей

Стандарт GB14285-1993 "Технический кодекс для релейной защиты и автоматических устройств безопасности" предписывает, что при выборе защитного коммутационного оборудования для распределительного трансформатора, когда мощность равна или превышает 800 КВА, следует выбирать выключатель с релейной защитой. Это регулирование можно понять на основе следующих двух аспектов потребностей:

• Когда мощность распределительного трансформатора достигает 800 КВА и выше, в прошлом большинство из них были масляными трансформаторами и оснащались газовыми реле. Использование выключателя может сочетаться с газовым реле, чтобы эффективно защищать трансформатор.

• Для пользователей с мощностью оборудования свыше 800 КВА, по различным причинам, однофазное замыкание на землю может вызвать срабатывание защиты нулевой последовательности, что приведет к отключению выключателя и изоляции неисправности, чтобы не вызвать срабатывание выключателя питания главной подстанции и не повлиять на нормальное энергоснабжение других пользователей. Кроме того, стандарт также четко предписывает, что даже если один трансформатор не достигает этой мощности, но если общая мощность распределительных трансформаторов пользователя достигает 800 КВА, это требование также должно быть выполнено. В настоящее время схема подключения большинства высоковольтных щитовых комнат пользователей является базовой, и на ее основе могут быть выведены схемы подключения, такие как одна основная и одна резервная линия питания или две линии питания с разделением шины.

3. Заключение

Конфигурации защиты для распределительных трансформаторов 10 кВ в основном включают выключатели, нагрузочные выключатели или нагрузочные выключатели с предохранителями. Учитывая технические, экономические характеристики и факторы управления, как в кольцевом главном устройстве 10 кВ, так и в высоковольтном распределительном устройстве для конечных пользователей, конфигурация защиты, состоящая из нагрузочного выключателя, объединенного с высокомощным запасным предохранителем-ограничителем тока, может не только обеспечивать номинальный нагрузочный ток, но и прерывать короткозамкнутые токи, а также обладает характеристиками переключения пустых трансформаторов, что эффективно защищает распределительные трансформаторы. Поэтому рекомендуется использовать конфигурацию нагрузочного выключателя, объединенного с высокомощным запасным предохранителем-ограничителем тока, как режим защиты для распределительных трансформаторов.