10kv配电变压器保护配置方式的合理选择

陈子业

身份证号： 4600031992****0057 ， 海南 海口 570000

摘 要：10kV配电变压器是一种基于电磁感应定律实现交流电能传输，对配电系统中的交流电流和电压进行变换的静态电器。保护配置是10kV配电变压器平稳安全运行的保证。在10kV配电变压器保护配置中，要根据实际情况，选择断路器、熔断器、负荷开关+熔断器等方式，各有优缺点。

关键词：10kv配电变压器；保护配置；合理选择

1 10kv配电变压器保护配置必要性

在电力系统中，配电变压器是非常重要的电气设备之一，其运行安全性对整个电力系统工作连续稳定性具有直接的影响。在电力系统容量不断增大、电压等级不断提高背景下，对配电变压器保护的安全性、可靠性、灵敏性、快速性也提出了更高的要求。不管是在箱式变电站、环网供电单元，还是终端用户高压室接线方式中，一旦10kv配电变压器发生短路故障，保护配置均可以在短时间内准确切除故障，保障10kV高压开关设备、10kv配电变压器平稳运行。在10kV电网规模不断扩大背景下，网络架构结构日趋复杂，对电力系统运行控制、电力变压器保护装置的要求也日益增高，给10kV配电变压器保护配置发展带来了前所未有的挑战。

2 10kv配电变压器的常见保护配置方式

2.1 断路器

在大容量10kv配电变压器中，断路器是应用频率较高的一种短路保护开关，具有分断次数多、保护性能好、开断容量大等优良特点，大面积应用于变压器保护中，但是价格相对较高。断路器从本质上而言是一种可在正常运行情况下将线路接通、切断并在短路故障时将故障线路切断的开关设备，包括控制室、灭弧室、导电主回路、绝缘子支撑件、操作机构等几个部分。一般在断路器配置时，需要为其配置相应的继电保护系统装置，以便在被保护的10kv配电变压器出现故障时，继电保护系统第一时间精准向断路器发布跳闸指令，促使故障10kv配电变压器及时从电力系统内断开，降低故障电流对10kv配电变压器的损害以及对整个电力系统的负面影响。

2.2 熔断器

在10kv配电变压器保护配置过程中，常用的类型为跌落式熔断器（短路保护开关），由于其具有较为突出的断开点，可以执行隔离开关功效，为10kv配电变压器检修提供安全作业环境，具有操作便捷、经济、户外环境适应能力强等优良特性，大范围应用于10kv配电变压器一次侧保护配置中，适用于无腐蚀性气体、环境空气无导电粉尘及易燃易爆环境（年度温差在±40.0℃以内）。虽然熔断器可以开断短路电流，但是被保护10kv配电变压器的额定电压必须与熔断器额定电压相匹配，且被保护10kv配电变压器三相短路容量在熔断器额定断开容量上下限之间，一旦熔断器额定断开容量上限过大，则会造成熔体熔断时无法顺利灭弧，最终引发熔管烧毁、爆炸故障。

2.3 负荷开关+熔断器

负荷开关+熔断器（高遮断容量后备式限流熔断器）主要用于分合额定负荷电流并开断短路电流，满足配电系统各种正常、故障运行模式下操作保护需要，具有结构简单、价格低廉等优良特点。在负荷开关+熔断器组合中，负荷开关主要承担正常负荷电流的开断、关合及一切负荷开关额定开断电流范围内的过载电流切断，而熔断器则承担配电电压器高压侧短路保护、过载保护。通过两者配合，不仅可以满足10kv配电变压器在正常运行、故障运行阶段操作保护要求，而且可以简化10kv配电变压器保护装置结合，降低保护配置造价。

3 环网供电元单元接线形式
3.1 环网供电单元保护方式的配置
环形电缆供电线与变压器供电线之间的距离采用负荷开关，一般为三位负荷开关，具有连接、隔离和接地功能。变压器供电间隔通过增加高切断容量备用限流熔断器提供保护。实际运行证明这是一种简单可靠的经济型配电系统。
3.2 环网供电单元保护配置的特点
成本低、结构简单、短路电流不能切断，这是负荷开关的主要特点，并且其还具有关闭与打开额定负荷电流，限流熔断器是一种能阻断短路电流的保护元件，为满足配电系统各种运行方式的运行保护要求，可以将两者有机结合。断路器有两个功能：保护和操作，所以断路器参数的确定及其结构的设计和制造必须严格符合标准要求，这就造成了其价格昂贵，结构复杂，广泛使用是不现实的。环板上广泛装有负荷开关和熔断器组合装置，具有较高的分合操作能力，也就是说，电气设备的不同操作和保护功能可以由这两个简单廉价的部分实现，用备用限流熔断器保护设备，具有高分合能力，既可以可以满足实际运用需，还可以避免使用复杂和昂贵的断路器。
3.3 熔断器与负荷开关组合的优点
一是开关式空气振动变压器性能良好，有许多配电变压器的负荷类型的环板，容量通常小于1347kva，少数可以达到1532kva，对于空载电流，一般大型配电变压器较小，通常为额定电流的2%左右。在环板上用小电流关断变压器时，性能良好，不会产生高电压。二，限流熔断器比断路器对配电变压器保护更有效，特别是断路器对油浸式变压器进行的有效保护，可能无法发挥有效的作用。根据相关文件，如果浸油变压器发生短路故障，电弧引起的压力升高，油将压力传递到变压器油箱，油气化产生的气泡占据原油空间，如果这种短路状况一直持续，压力将进一步升高，必将导致油箱开裂或者变形。一般必须在20毫秒内消除故障，才能避免油箱受到破坏，而由于有继电保护，如果使用断路器时，加上其起弧时间与动作时间，其总分闸时间一般不超过60毫秒，故而变压器不能得到有效保护。在10毫秒以内切除短路电流，进而使变压器得到有效保护，限流熔断器可以做到这一点。即使负荷为干式变压器，限流熔断器保护动作较快，因此优于断路器。因此，保护电器在采用这一组合后，用限流熔断器而不是断路器。

4 10kv配电变压器保护中的配置及应用
4.1 负荷开关加高压熔断器所构成的组合
价格低廉、简单方便的操作、空间占地小，这些优点都是由高压熔断器与电器保护负荷开关的组成的电器保护所特有，也成为了10kv配电变压器保护装置的一部分。结合高压熔断器与负荷开关设备的电器保护，与断路器相比，可以分断短路与正常电流，提供了更多的保护。当短路电流被熔断器分断时，熔断器迅速切断故障电流，继电保护装置更容易操作。
4.2 跌落式熔断器
跌落式熔断器通常应用于315kva及以下的配电变压器，具有操作方便、价格低廉、适应室外环境、可对设备切除保护、实用性强等优点，它的工作原理是保护配电变压器由隔离门引起的溶解变电站中常见的短路保护开关就包括跌落式熔断器。跌落式熔断器还具有隔离开关功能，有非常清晰的断点，因此停电的时间和范围因为使用跌落式熔断器而有效缩短。一般情况下，熔断器的额定电压必须与其他设施的额定电压一致，额定电流一般为熔体额定电流的1.5倍至2.0倍。

结束语：

综上所述，经过多年的运行，10kV配电变压器保护配置方案符合快速、可靠、灵敏度和选择性的原则。区域站的动作时间小于1s，可保证10kV电力系统设备及线路的热稳定性。与逆时间过流相比，具有误差小、操作时间准确、选择性好、设置容易、多次动作后不误操作等优点，可有效保证电源供应的可靠性。

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