论10kV电网配电变压器保护配置及应用

论10kV电网配电变压器保护配置及应用

摘要：随着经济的高速发展，目前供配电网已经改变了过去以架空线路为主的局面，而是以电缆线路为主。同时原有的一些设计尺度已不能适应当前电力事业的发展需要，本文针对10 kv 配电变压器保护配置中的一些问题进行分析讨论。

关键词：10kv配电变压器保护选择 开关定值 电容补偿应用 0前言

随着经济的高速发展，近年来，电网的改善对电能质量的提高起到积极的作用。10 kv 配电网是电网的重要组成部分，它直接面对用户，直接关系到对用户的安全、可靠供电。近几年来，由于经济发展势头强劲，工业化、城市化进程加快，另外旧城改造也在大规模开展; 这些对配电网的影响很大，同时也对配电网提出了更高的要求。因此10 kv配电变压器保护配置选择的正确与否，直接影响到10 kv 配电网的安全运行。供电设计必须遵循国家有关的规范和标准，供电可靠，技术先进，经济合理，保障人身、设备的安全，同时还应根据工程特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远景规划的关系，做到远、近结合，以近期为主，适当考虑扩建的可能性。

1 保护电器级间配合的选择及分析 1．1对保护电器选择性动作的基本要求。

（1）要求末级保护电器以最快的速度(瞬时)切断故障电路； （2）上一级保护采用断路器时，宜设有短延时脱扣，整定电流

和延长时间可调，以保证下级保护先动作；

（3）上级保护用熔断器保护时，其反时限特性应相互配合，用过电流选择比给予保证；

（4）自变压器低压侧配出回路至用电设备之间的配电级数不宜超过三级；

（5）配电系统的第一、二级之间保护电器应具有动作选择性，并宜采用选择型保护电器，对非重要负荷可以采用无选择性切断； （6）当上、下级断路器距离很近，出线端预期短路电流差别很小时，上级断路器宜选用带有短延时脱扣器，使之延时动作，以保证选择性。

1．2保护电器级间配合的选择与分析。

目前，在10kv配电电气设计中，变压器低压侧出线总开关(第一级保护电器)选用了过载长延时和短路瞬时保护，母线联络开关选用了过载长延时和短路瞬时保护，例如采用mw或 mt开关配micrologic2.0 控制单元。低压馈线开关(第二级保护电器)选用了过载长延时、短路短延时和短路瞬时保护，例如采用 ns 型开关。根据对保护电器选择性动作的基本要求，这样的保护配置不能完全满足上下级保护的选择性要求。这是因为变压器低压侧总开关、母联开关和低压馈线开关之间的距离很近，预期短路电流差别很小，当有此类故障发生时，3个开关的瞬动保护都将动作，造成全部低压母线停电，没有实现上下级的选择性，也没有发挥尽量减小停电面积的作用，这将严重降低供电的可靠性和安全性。

为实现变压器低压侧总开关、母联开关和低压馈线开关之间上下级的选择性，应满足如下要求：变压器低压侧出线总开关(第一级保护电器)选用过载长延时和短路短延时保护，母线联络开关选用过载长延时和短路短延时保护；低压馈线开关(第二级保护电器)选用过载长延时、短路短延时和短路瞬时保护；第一级和第二级短路短延时，应有一个级差时间，应不小于 0.1~0.2 s。这样就很好地避免了上述问题，不会3个开关同时跳开，而是只有低压馈线开关动作跳开，实现了保护级间配合。 2变压器低压侧出线总开关定值的选择

变压器低压侧出线总开关的作用是：保证低压母线和变压器在允许的运行范围内工作，在非工况下保护变压器和低压母线安全。下面给出变压器允许过负荷的倍数和时间表(见表1)和断路器的脱扣曲线(见图1)(以 micrologic 2.0 为例)。图1 中，为断路器长延时整定值；为额定电流；为长延时整定时间；为长延时整定值。 表 1变压器允许过负荷的倍数和时间

图1micrologic 2.0 脱扣曲线

为了变压器的安全、可靠运行，表1与图1数据必须相匹配，即当变压器在过负荷的状况下运行时，必须在其允许运行时间内脱扣器可靠脱扣，跳开断路器。设变压器低压侧额定电流为，断路器长延时整定值为，其中为可靠系数，变压器低压侧实际电流为，其中为变i压器过负荷倍数，则。由图 1 可以看出，当时，脱扣器

不会可靠脱扣，所以要脱扣器可靠脱扣必须有即，其脱扣时间随电流 的增大而减小，同时可以推出。

将表1中的过负荷数据代入中，利用图 1 中的与脱扣时间校核是否满足脱扣曲线。在可靠脱扣的情况下，对于干式变压器，其低压侧断路器的长延时整定值的可靠系数应小于 1.14，一般取1.1；对于油浸变压器，其低压侧断路器的长延时整定值的可靠系数应小于1.23，一般取1.2，这个结果与相关的技术规范是一致的。经计算得出干式变压器低压侧断路器长延时整定值，见表2。 表 2长延时整定值

3变压器低压侧开关分断能力的选择 3.1变压器低压出口处短路电流计算

由于系统资料很难获得，此时可视高压侧为无限大容量计算，则变压器低压出口处短路电流的计算公式为 (1)

式中：为变压器低压侧短路电流，ka；为变压器短路容量，mva；为变压器低压侧额定电压，kv。变压器高压侧为无限大系统，可得 (2)

式中：为变压器额定容量，mva；为变压器短路阻抗百分数。将式(2)代入式(1)中，得到 (3)

根据式(3)，可得到常用变压器低压侧短路电流计算值，见表3。

表 3变压器低压侧短路电流计算值

3．2 变压器低压侧开关分断能力的选择

根据变压器低压侧短路电流值，以开关使用分断能力不小于短路电流值为原则。同时充分考虑隔离故障的可靠性和开关的使用寿命，在实际选择中，推荐使用1.25倍短路电流值为基准点，，即只利用开关分断能力的 80%，以减小开关触点的损耗，延长开关的使用寿命。

4并联低压电容补偿装置的选择与保护 4.1 并联低压电容补偿装置的选择

考虑到低压电容补偿装置是对变压器及以前的设备和线路上的功率因数进行补偿，其重要作用是显而易见的。决定其选型的主要因素有 2 个：一是可靠性，二是经济性。

从可靠性的角度分析，对于三角形接法，当出现某相断线时，断相仍能得到补偿，而星形接法则不然。从经济性的角度分析，采用电容量c相同的电容器，对于三角形接法，可提供的补偿容量为,对于星形接法，可提供的补偿容量为，其中 un 为低压网络额定电压。所以，并联低压电容补偿装置选择三角形接法。 4.2并联低压电容补偿装置的保护

根据相关规范：电容器补偿装置的开关及导线的长期允许电流不应小于电容器额定电流的 1.5倍，，其中 qc 为电容器的无功补

偿量。经计算得到电容器补偿装置的开关及导线的长期允许电流值，见表 4。

表 4电容器补偿装置的开关及导线的长期允许电流值 5．结论

10 kv 配电变压器的保护配置主要有断路器、负荷开关或负荷开关加熔断器， 综合技术- 经济性能和运行管理因素，无论在10 kv 环网供电单元还是在终端用户高压配电单元中，采用负荷开关加高遮断容量后备式限流熔断器组合的保护配置，既可提供额定负荷电流，又可断开短路电流，并具备开合空载变压器的性能，能有效保护配电变压器，为此， 推荐采用负荷开关加高遮断容量后备式限流熔断器组合的配置作为配电变压器保护的保护方式。为建立坚强的电网，加强配电网络建设、实施配网自动化和配电网络消隐工程正在紧锣密鼓地进行，在发展的大环境下，进一步加大10 kv 配电电气设计的深度，无疑对电网的发展具有一定的促进作用。 注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。