所用变保护的探讨.doc

中压成套电气设备中所用变压器的保护探讨
摘要本文阐述了常用中压系统中所用变的保护问题。
关键词 所用变　熔断器　 一、二次保护　所用变柜体
1 概述
本文所说的所用变压器是指在中压成套电气设备中所用变柜中使用的干式变压器。所用变是一比较特殊的设备,容量较小,可靠性要求高,且安装位置特殊,通常接在10kV母线上,其高压侧短路电流等于系统短路电流,可达十几kA,低压侧出口短路电流也较大。人们普遍对所用变保护的可靠性重视不够,这将对所用变直至整个中压系统的安全运行造成严重威胁。
2 常用的所用变的型号及特点
常用的所用变为环氧树脂浇注的干式变压器，其机械强度高，耐受短路能力强，防潮及耐腐蚀性能非凡好，且局放小、运行寿命长、损耗低、过负荷能力强产品具备高安全可靠性及良好的环保特性，常用型号为SC9、SC(B)9和SC10几种，型号中，S--三相变压器，C--环氧树脂浇注，B--箔绕线圈，绝缘等级分为H级绝缘与F级绝缘.两种绝缘等级的干式变压器在外形、基本结构方面极为相近。不同之处主要是采用H级绝缘环氧树脂，导线匝绝缘要用MOMEX纸包烧、部分线圈绝缘件要用NOMEX纸板制造。其容量从5kVA至100kVA不等，常用的是20至80kVA的几个等级，主要是根据变电所的容量及所使用的柜体型号而定。因为常用的所用变安装在成套装置的柜体内，有的还是安装在手车内，同样容量的干式变压器，其制造体积就受到一定的限制，所以严格意义上将，所用变柜内的变压器与平常使用的干式变压器还是有一定的区别的。
3 所用变的一次保护
所用变的一次保护分为高压侧和低压侧两部分。大家往往认为所用变的容量较小，保护很简单，没有引起足够的重视。传统的所用变的高压侧一次保护通常使用熔断器，低压侧采用断路器进行保护。目前许多设计部门系统图中对于所用变柜的图纸都比较简单，几乎一模一样（如下图A所示），甚至不会在明细里给出熔断器和断路器的参量，给成套厂和用户带来许多困惑。

高压侧选用熔断器进行保护有其优点，但缺点也是显而易见的。传统的保护只是单只熔断器各自保护一相，往往造成所用变断相运行，这样给系统造成很大的危害。同样低压侧由于单相负荷经常变化，三相不均匀也会使高压侧处于单相运行状态。如果有一相熔断器因各种原因熔断，是不会切断另外两相的。
熔断器熔丝容量的选择因为牵涉到许多因素，实际应用时也比较困难。按常规，100kVA以下的变压器，高压侧熔丝可按1.5～3倍额定电流选择，但由于小容量熔丝的机械强度差，往往难以承受合闸时的涌流冲击而熔断。所以人建议此容量以下的所用变全部选用10A的熔丝作变压器内部或高压侧发生短路故障时的保护措施。而所用变过负荷保护应由低压侧空气断路器上的过载元件或熔断器来执行。在运行过程中，常因熔断器和断路器选择不当，出现变压器因故障已烧毁，但熔断器熔丝还没有熔断、断路器没有断开的现象或者熔断器熔丝频繁熔断造成损失。区内某大型企业的分厂配电室于2009年国庆期间，因为所用变出现单相运行造成变压器烧毁，所用变柜报废，相邻出线柜母线套管绝缘件烧毁并险些酿成重大火灾事故。其所用变柜选用上海某成套厂产品，采用的就是这种保护方式。所用变柜在正常生产时一切正常，节日期间放假，所带的负荷只是厂区照明等少许负荷，按理不应该出现问题。事后分析，就是因为平时用电负载多，所用变三相基本平衡，一切正常，节日期间增加安保措施，生产负荷停用，所有的负荷集中在某一相上，使得这一相和中性线的负荷增大，长时间运行造成变压器绝缘损坏进一步引发相间短路将事故扩大。因此，如果采用这种保护方式，熔断器和断路器容量的选择必须进行配合并认真计算。因此对于熔断器容量的选择我认为上述笼统的选择是不妥的。下表是某变压器厂家给出的熔断器容量选择供参考。熔断器最好选用知名厂家的产品，还要根据实际运行的情况进行分析改正。
变压器容量(kVA)
额定电流(A)
熔丝规格(A)
10
0.58
3
20
1.15
3
30
1.73
3～5
50
2.89
5～10
63
3.64
7.5～10
80
4.62
10～15
100
5.77
10～15

同时，随着变电所短路容量的增大和自动化的要求，有些用户要求采用断路器加微机综合保护装置的方式作为所用变的保护。所用变保护的微机综合保护装置的厂家也非常多。采用断路器高压侧一次保护，缺点就是目前断路器生产厂家的额定电流最小通常在630A,势必造成很大的浪费。有人建议选用F-C回路或采用负荷开关进行保护，从理论上讲是可行的，但因为没有相关的规程和经验可供参考，实际应用起来还是有相当困难的。选用断路器作为保护时，需要注意电流互感器的选择。有些图纸在选择所用变一次侧电流互感器时，都非常小，甚至为10/5A,变比选得过小时，易出现饱和现象。在10kV线路短路时,由于电流互感器饱和,感应到二次侧的电流会很小或接近于零,使保护装置拒动,故障要由母联断路器或主变后备保护来切除,不仅延长了故障时间,使故障范围扩大,还会影响供电的可靠性,且严重威胁运行设备的安全。因此，电流互感器变比要考虑饱和的问题。在定值整定时，电流速断按所用变低压出口短路进行整定，过负荷保护按所用变容量整定。所用变有时候需要计量电能，最好是在低压侧加装电流互感器进行计量。这样一方面减少了高压侧电流互感器的二次负荷，同时可以比较准确的测量实际负荷的大小。
低压侧的断路器选择同样非常重要。总断路器最好选择四级断路器，额定电流要与低压侧的负荷相匹配，不可过大或过小。其短路容量有时候也很大，不能按通常的断路器来选择，最好选择智能型的塑壳断路器，其保护功能可包括长延时、短延时、瞬时过电流保护，接地故障保护，并可将过载、短路、断路器状态等信息上传。下一级的断路器也最好不要选用微型断路器，最好还是选用塑壳断路器。同时负载的分配也要三相均匀，不要使零线上通过的电流太大。
4 所用变的二次保护
所用变的二次保护分两个方面：一是目前采用的微机综合保护装置。其保护功能主要有过流保护、过负荷保护、高压侧零序保护、低压侧零序保护、及开关位置不对应重合保护等。具体要求参见个综保厂家说明。二是变压器厂家本身自带的保护装置。主要是通过测温装置控制变压器自带或柜体的风机进行强制散热，并可将监测到的数据上传。
5 电气成套设备中设计所用变柜体时注意的问题
(1)最好不采用手车式的安装方式。因为变压器太重，进出车不方便，而且手车的空间有限，造成所用变厂家尽量压缩其外形尺寸，外形尺寸小的变压器往往存在绝缘裕度不够的问题，更易发生故障。在成套厂制作时都是将上图A所示图纸改为图B 所示图纸，就很好的解决了这个问题。
(2)根据所用变的外形尺寸选择柜体时，除了保证与柜体的安全距离外，还要考虑安装及今后检修时能方便的搬运出来。尤其是靠墙安装的柜体。现在流行的中压柜体如KYN28和KYN61,如果所用变的外形尺寸较大，最好将柜体加大一个等级，如将800mm宽柜体增加为1000宽及1200宽，柜体内部结构设计也要设计成非标柜体以方便进出。变压器的底座最好采用槽钢整体焊接，而且要与柜体的主承重部件和侧板相连，以防止起吊时因变压器过重，柜体发生变形。
（3）在KYN28和KYN61等柜体中，熔断器与所用变放置在不同的功能单元内，这样熔断器不但更换方便，而且熔断器一旦发生爆炸等事故时不会损伤到变压器。因此如果选用的是HXGN和XGN等固定式柜体时，必须将两者隔离开来。
（4）目前的中压电气成套柜体的防护等级都比较高，随之带来的是散热比较困难。所用变柜内的熔断器和干式变压器都是高发热器件，温度升高会加速环氧树脂老化降低绝缘，熔断器也会频繁熔断。因此必须在柜体上开散热通风孔，同时加装散热风机强迫通风。有些变压器厂家可以在变压器底座上配套安装散热分机，如果没有配套，则需在柜门或顶部安装散热风机。同时，配电室内因确保通风良好，尤其是配电室建设在地下室内时。
（5）选择所用变的接线方式时，最好选用DYN11接线方式，不采用YYN0的接线方式。Dyn11接线组的三相变压器具有零序阻抗小的特点，高压侧保护对于低压侧的单相短路灵敏度高，有利于单相短路故障的切除，低压侧零线的载流量可以达到相线的80%。而目前因为价格和外形尺寸的原因，往往都选择YYNO接线方式的所用变，这是不正确的做法。无论选择哪种接线方式的断路器，其零线导体排最好选用同相线同样截面积的。另外，如果有两段母线时，必须将两台所用变选用成同样参数的同一家厂家的产品，以防止其并列运行时造成损坏。
（6）现场试运行时，应保证变压器在空载状态下进行投切。投切负载可在低压侧的断路器上进行。
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参考文献：
(1) 吴明霄 变电站站用系统存在问题及改进措施 四川电力技术 2003.6（3）
(2) 覃水才 配电线路继电保护整定计算问题研究 今日科苑 2010.4（8）

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