配电变压器的熔断器保护

配电变压器的熔断器保护

摘要：分析了限流熔断器和负荷开关—熔断器组合电器在环网供电单元和预装式变电站中的应用形式与特点，介绍了熔断器选择的基本原则。1 前言配电变压器的过流保护有两种途径：一种是利用断路器；另一种是利用熔断器。用熔断器保护配电变压器不仅结构简单、成本低，而且比断路器保护更有效。短路试验结果表明，当变压器内部发生故障时，为避免油箱爆炸，必须在20ms内切除短路故障[1]。限流熔断器可在10ms内切除短路故障，而断路器一般需要三周波（60ms）切除短路故障。断路器全开断时间由三部分组成：继电保护动作时间、断路器固有动作时间和燃弧时间。欧洲一些电力公司的实践说明了这一点。德国R WE电力公司在配电网中使用的41000台变压器，均采用高压熔断器保护，1987年其变压器发生故障87起，仅出现一次箱体炸开。法国电力公司曾于1960年～1970年做了取消熔断器保护的尝试，使用的7500台变压器在10年中发生500起故障，其中有50起箱体炸开。在1991年国际配电网会议（CIRED）上，比利时也提供了有力证据。比利时对，万台变压器观察10年以上，其中97%的变压器通过熔断器保护，3%的变压器通过断路器保护，在整个期间，没有出现一次箱体炸裂。近年来，熔断器保护在一些新型变配电设备中得到广泛应用。2 配电变压器熔断器保护的形式长期以来，在我国的配电网中，小容量配电变压器（一般在630kVA以下）大都采用熔断器保护。户外315kVA及以下配电变压器采用跌落式熔断器（RW系列）；户内630kvA用以下配电变压器采用RN系列限流熔断器。近年来，环网供电单元和预装式变电站（组合式变压器）在我国的配电网中应用日益增多。这两种类型的变配电设备大都采用限流熔断器来保护配电变压器。2.1 环网供电单元环网供电单元常用于环网供电系统，它一般至少由三个间隔组成，即两个环缆进出间隔和一个变压器回路间隔，其主接线如图1所示。它有两个环缆进出间隔（负荷开关柜），一个变压器回路间隔（负荷开关—熔断器组合电器柜）。环缆进出间隔采用电缆进线，是受电柜。它安装有三工位（合—分—接地）负荷开关，一旦供电线路出现故障时，进出环网间隔可及时切除故障线路，并迅速接通另一正常线路，恢复系统供电。变压器回路间隔对所接变压器起控制和保护作用。利用负荷开关一熔断器组合电器保护变压器可以限制短路电流，并快速切除变压器内部短路故障，使变压器得到更为经济有效的保护。

2.2 预装式变电站预装式变电站是一种把高压开关设备、配电变压器和低压配电装置按一定主接线方案排布成一体的紧凑式成套变配电设备。预装式变电站有三种主接线方案，如图2所示，均采用限流熔断器对变压器进行保护。

组合式变压器的特点是将变压器器身、高压负荷开关、熔断器及高低压连线置于一个共同的封闭油箱内。变压器器身为三相三柱、三相四柱和三相五柱结构，采用Dyn11或Yyn0联结，熔断器连接在“D”外部，如图3a所示。三相五柱式Dyn11变压器特点是承载三相不平衡负荷能力强和耐雷特性好，但熔断器一相熔断后，会造成低压侧两相电压不正常，为额定电压的1/2。为解决这一问题，有些采用了将熔断器连接在“D”内部的方法，如图3b所示。

组合式变压器采用两组熔断器串联进行全范围保护，一组是插入式熔断器，另一组是后备保护熔断器。这两组熔断器均是油浸式的，安装在变压器油箱内部，经济可靠，操作简便。插入式熔断器为双敏（温度、电流）熔断器，在变压器低压侧发生短路故障、过负荷及油温过高时熔断。当插入式双敏熔断器熔断后，可以在现场方便地更换熔丝。插入式熔断器是喷逐

式熔断器，开断电流（一般为2500A）小，但足以开断变压器低压侧的短路电流。在运行中，频繁发生的故障是变压器低压侧短路，由于变压器短路阻抗的原因，短路电流被大大限制，反映到高压侧的过电流往往不超过1kA。因此，采用插入熔断器保护具有有效、更换方便和成本低等优点。后备保护熔断器是限流熔断器，其开断电流（31.5kA～50kA）大，具有速断功能，可在10ms之内切除故障，再加上其限流作用，可以有效地保护变压器。后备保护熔断器用以断开变压器内部短路电流，主要是在高压侧绕组发生短路故障时保护变压器。因为变压器内部短路时，如发生短网故障，短路电流将会很大，一般为2kA～10kA在此电流下限流熔断器可以在10ms内迅速切断故障，将故障变压器与系统隔离。限流熔断器的保护范围为最小熔化电流（通常为熔断器额定电流的2～3倍）到最大开断电流之间。其安秒特性为陡峭的反时限曲线，短路发生后，可在很短时间内熔断。插入式熔断器与后备保护熔断器的配合如图4所示。选取熔断器的原则是：低压侧短路时，高压侧最大通过电流小于图4中两条熔断器曲线的交叉点电流ICROSS，就能保护两个熔断器有选择地开断。

3 负荷开关与熔断器的配合环网供电单元和预装式变电站使用的负荷开关—熔断器组合电器，其熔断器带有撞击器（撞针）。负荷开关有机械脱扣装置，熔断器的撞击器作用在负荷开关的机械脱扣装置上时，负荷开关自动跳闸。熔断器与负荷开关各司其职，其动作应配合得当。负荷开关负责正常负荷电流和过负荷电流的分断。而对于短路保护，首先由熔断器动作，开断短路电流。由于熔断器一般单相动作，这样，被保护设备可能处于危险的非全相运行，于是，熔断器开断短路电流后，其撞击器顶开负荷开关的机械脱扣装置，使负荷开关三相跳闸，从而完成保护作用。国际电工委员会IEC420（1990）标准对负荷开关与熔断器之间的配合做了明确规定。将电流的开断划分成四个区域：（1）区域I——正常负荷电流范围。正常负荷电流由负荷开关单独完成开断。（2）区域II——过负荷电流范围。电流范围为（1～3）In.FU（In.FU为熔断器熔体额定电流）。在此范围内，熔断器承受超过额定电流的过电流。约从2In.FU电流起，熔体动作，但熔断器尚不能熄弧。只能由熔断器的撞击器触发，使负荷开关动作，三相开断并熄弧，即在过负荷范围内，由负荷开关三相开断并熄弧。（7）区域III——转移电流范围。所谓转移电流ITC，是指熔断器与负荷开关转移开断职能时的三相对称电流。当I＜ITC时，首相电流由熔断器开断，而后两相电流由负荷开关开断。约从3In.FU起，熔断器动作后亦可熄弧，三相熔断器之一首先动作，触发撞击器并熄弧，由负荷开关断开另两相中的电流。因此，在转移电流区域，熔断器与负荷开关配合共同完成开断任务。（4）区域IV——限流范围。当故障电流更大（超过转移电流区域）时，三相电流都由熔断器开断。熔断器在电流的第一个半波（10ms）就已经动作。这时熔断器