Первинне дослідження конфігурації захисту трансформатора розподілу 10 кВ

1. Схеми з'єднання кільцево-головного агрегату
1.1 Склад кільцево-головного агрегату

Кільцево-головний агрегат (RMU) складається з секцій. Зазвичай він має принаймні три секції, включаючи дві секції для входу та виходу кільцевого кабелю та одну секцію для контуру трансформатора.

1.2 Конфігурація режимів захисту кільцево-головного агрегату

Обидві секції підведення кільцевого кабелю та секції підведення трансформатора використовують вантажні вимикачі, зазвичай трьохпозиційні вантажні вимикачі з функціями увімкнення, вимкнення та заземлення. Секції підведення трансформатора також оснащені резервними дуже потужними струмозмежувальними предохранителями для захисту. Практика показала, що це простий, надійний та економічний спосіб розподілу електроенергії.

1.3 Характеристики конфігурації захисту кільцево-головного агрегату

Вантажний вимикач використовується для переключення номінальних струмів завантаження. Він має такі характеристики, як проста конструкція та невисока вартість, але не може переривати короткозамкненні струми. Резервний дуже потужний струмозмежувальний предохранитель виконує роль захисного елемента і може переривати короткозамкненні струми. Комбінування цих двох елементів органічно може задовольняти вимоги до операційного управління та захисту системи розподілу електроенергії при різних нормальних та аварійних режимах роботи. Визначення параметрів вимикача та проектування та виробництво його конструкції проводяться в строгому відповідності зі стандартами.

Він має функції операційного управління та захисту, тому його конструкція складна, а вартість висока, що робить масове використання неможливим. У кільцевих головних агрегатах широко використовуються комбіновані пристрої з вантажним вимикачем та резервним дуже потужним струмозмежувальним предохранителем. Функції операційного управління та захисту електричного обладнання, які не зовсім однакові, реалізуються за допомогою двох простих та недорогих компонентів. Тобто, вантажний вимикач використовується для виконання великої кількості операцій переключення завантаження, а резервний дуже потужний струмозмежувальний предохранитель використовується для захисту обладнання, де короткозамкнення відбуваються рідко. Це добре вирішує проблему, уникнення використання складних та дорогих вимикачів, одночасно задовольняючи фактичні вимоги до операційного управління.

• Вимикачі мають всі функції захисту та операційного управління, але вони дорогі.

• Вантажні вимикачі мають практично таку ж продуктивність, як вимикачі, але не можуть переривати короткозамкненні струми.

• Комбінація вантажного вимикача та резервного дуже потужного струмозмежувального предохранителя може переривати короткозамкненні струми. Пропускна здатність деяких предохранителів навіть більша, ніж у вимикачів. Тому використання цієї комбінації не менш ефективне, ніж використання вимикача, але вартість можна значно знизити.

1.4 Переваги комбінації вантажного вимикача та резервного дуже потужного предохранителя

Комбінація вантажного вимикача та резервного дуже потужного предохранителя має наступні переваги:

1.4.1 Добре виконання переключення безнавантажених трансформаторів

Більшість навантажень в кільцевих головних агрегатах становлять розподільні трансформатори. Зазвичай їхня потужність не перевищує 1250 КВА, а в рідких випадках досягає 1600 КВА. Безнавантажений струм розподільного трансформатора зазвичай становить близько 2% від номінального струму, а безнавантажений струм більшого розподільного трансформатора є меншим. Коли кільцевий головний агрегат переключає малий струм безнавантаженого трансформатора, він добре виконує свою роботу та не генерує високе перевищування напруги.

1.4.2 Ефективний захист розподільних трансформаторів

Особливо для маслонаповнених трансформаторів, використання вантажного вимикача з резервним дуже потужним струмозмежувальним предохранителем є більш ефективним, ніж використання вимикача. Іноді останній може навіть не забезпечувати ефективний захист. Відповідні дані показують, що коли маслонаповнений трансформатор має короткозамкнення, тиск, що виникає через дугу, зростає, а бульбашки, утворені внаслідок парування масла, займають простір, який належить маслу. Масло передає тиск до бака трансформатора. З поширенням короткозамкнення тиск зростає, що призводить до деформації та тріщин бака.

Для уникнення пошкодження бака, аварію слід усунути протягом 20 мс. Якщо використовується вимикач, через наявність реле захисту, плюс його власний час роботи та час гасіння дуги, загальний час відкриття зазвичай не менше 60 мс, що не може ефективно захистити трансформатор. Однак, резервний дуже потужний струмозмежувальний предохранитель має швидку функцію відключення. Разом з його функцією обмеження струму, він може усунути аварію та обмежити короткозамкнення струму протягом 10 мс, ефективно захищаючи трансформатор. Тому, резервні дуже потужні струмозмежувальні предохранители повинні бути використані для захисту електричного обладнання, замість вимикачів. Навіть якщо навантаженням є сухий трансформатор, захист за допомогою предохранителя діє швидко і краще, ніж використання вимикача.

1.4.3 Щодо координації реле захисту

У більшості випадків, використання вимикача в кільцевому головному агрегаті не потрібно. Це тому, що налаштування захисту вимикача на початку кільцевої мережі розподілу (тобто, 10 кВ вимикач в 110 кВ або 220 кВ підстанції) зазвичай такі: час моментального захисту 0с, час захисту від надмірного струму 0.5с, час захисту від нульової послідовності 0.5с. Якщо використовується вимикач в кільцевому головному агрегаті, навіть якщо налаштований час роботи 0с, через розсіяння власного часу роботи вимикача, важко гарантувати, що вимикач в кільцевому головному агрегаті, а не верхній вимикач, спрацює першим.

1.4.4 Резервний дуже потужний струмозмежувальний предохранитель може забезпечувати захист для нижчих пристроїв

Наприклад, трансформаторів струму, кабелів тощо. Захисний діапазон резервного дуже потужного струмозмежувального предохранителя може бути від мінімального течієвого струму (зазвичай 2-3 рази номінальний струм предохранителя) до максимальної пропускної здатності. Струмово-часова характеристика струмозмежувального предохранителя зазвичай є крутою оберненою кривою. Після появи короткозамкнення, він може розплавитися та усунути аварію за дуже короткий час. Якщо використовується вимикач для захисту, це необхідно значно збільшить термічні стабільність інших електричних компонентів, таких як кабелі, трансформатори струму, та втулки трансформатора, що збільшить вартість електричного обладнання та вартість проекту. Тут варто зазначити, що при використанні комбінації вантажного вимикача та резервного дуже потужного предохранителя, двоє повинні бути гармонійно координовані. Коли предохранитель не розплавиться в трьох фазах, ударник предохранителя повинен негайно відключити вантажний вимикач, щоб уникнути однофазного режиму роботи.

2. Схеми з'єднання високовольтних камер для кінцевих користувачів

Стандарт GB14285 - 1993 "Технічний кодекс для реле захисту та автоматичних пристроїв безпеки" встановлює, що при виборі захисного комутаційного пристрою для розподільного трансформатора, коли його потужність дорівнює або перевищує 800 КВА, повинен бути вибраний вимикач з пристроєм реле захисту. Цей регламент може бути зрозумілий з наступних двох аспектів потреб:

• Коли потужність розподільного трансформатора досягає 800 КВА та більше, в минулому, більшість з них були маслонаповненими трансформаторами, оснащеними газовими реле. Використання вимикача може співпрацювати з газовим реле для ефективного захисту трансформатора.

• Для користувачів з потужністю пристрою більше 800 КВА, через різні причини, однофазне заземлення може спричинити роботу захисту нульової послідовності, що призведе до відключення вимикача та ізоляції аварії, щоб не вплинути на роботу вимикача підсилюючої підстанції та не завдати шкоди нормальному живленню інших користувачів. Крім того, стандарт також чітко встановлює, що навіть якщо один трансформатор не досягає цієї потужності, але якщо загальна потужність розподільних трансформаторів користувача досягає 800 КВА, ця вимога також повинна бути виконана. Наразі, схема з'єднання високовольтних комутаційних камер більшості користувачів є базовою схемою, на основі якої можна отримати схеми з'єднання, такі як одна основна-одна резервна лінія або подвійна лінія з розділенням шин.

3. Висновок

Захисні конфігурації для 10 кВ розподільних трансформаторів включають вимикачі, вантажні вимикачі або вантажні вимикачі з предохранителями. враховуючи технічні, економічні характеристики та фактори управління, як у кільцевому головному агрегаті, так і у високовольтних розподільних пристроях для кінцевих користувачів, захисна конфігурація вантажного вимикача з резервним дуже потужним струмозмежувальним предохранителем може не тільки забезпечувати номінальні струми завантаження, але й переривати короткозамкненні струми, а також мати характеристики переключення безнавантажених трансформаторів, що може ефективно захищати розподільні трансформатори. Тому рекомендується конфігурація вантажного вимикача з резервним дуже потужним струмозмежувальним предохранителем як режим захисту для захисту розподільних трансформаторів.