组合电器(负荷开关—熔断器)在电网改造中的应用及相关技术

张邦荣福建省地方电力开发公司(350001)
　　
　　城网、农网的改造，涉及众多的配电变压器，解决好变压器的保护问题是电网改造的重要内容，直接影响电网的供电质量。
　　1　负荷开关与熔断器的正确配合才可收到保护效果
　　负荷开关与熔断器根本区别在于熔断器具有开断短路能力，而负荷开关只作为负荷电流的切换(当然也应具有一定的开断能力)。通常认为，负荷开关合分工作电流，熔断器开断短路电流。但是当出现故障时，由于三相电流不尽相同，以及熔断器制造上的允许误差，不可避免出现三相熔断器之间的熔断时间差，即有首开相。首开相切除故障后如果负荷开关不能及时分断负荷电流，则会造成产生转移电流和两相运行对受电设备损害。带有撞击器(俗称撞针)的熔断器配合具有脱扣装置的负荷开关则可解决缺相运行问题。当熔断器的熔件熔化时，熔断器内存的撞击器以一定的能量击出(通常为1.5焦耳)，负荷开关脱扣装置在撞击器操作下立即三相断开。据了解生产厂多采用四连杆机构，当开关合闸操作时，开关中合分闸弹簧同时储能，当四连杆机构过死点时，合闸弹簧的能量释放，开关作合闸操作，此时分闸弹簧的能量仍由半轴机构所保持，一旦撞击器出击，半轴解列，分闸弹簧的能量释放，开关作分闸操作。
　　因此，工程中应用一定要选择带撞针的熔断器和具有机械脱扣装置的负荷开关。应该指出，工程中所用的熔断器多系后备熔断器，这种熔断器有一个最小开断电流，其值约为熔断器额定电流的2.5～3倍，当小于开断电流时，后备熔断器不能开断此电流，这就是它与全范围熔断器的区别。全范围熔断器在引起熔体熔化至额定开断电流(40kA)之间任何电流均能可靠断开，但其价格昂贵，一般不采用。当故障电流小于后备熔断器的最小开断电流时，熔断器虽然不保证其开断，但熔件会熔断其后内存的撞击器会击出，撞击负荷开关开断。例如额定电流为100A的熔断器其最小开断电流约250～300A，在此电流区，熔断器不能开断，但熔件熔断撞针击出，撞击负荷开关跳闸开断此电流，如选用600A的负荷开关，则可可靠开断。
　　2　撞击器操作与转移电流
　　熔断器的通过电流与熔断时间呈反时限特性，简称安—秒特性，当出现过电流时，熔断器依其安—秒特性熔断。
　　前已指出，由于不可能避免地出现熔断器熔件熔化的时间差(随着电流的增大而减少)，三相熔断器中有一首开相，三相熔断器的熔断时间差为Δt(见图一)。当首开相动作后，撞击器击出，此时可能会出现另二相熔断器尚未熄弧开断而撞击器击出形成负荷开关切断故障电流，原本应由熔断器承担的开断任务现转移至负荷开关承当。熔断器与负荷开关转移开断职能时的三相对称电流就叫“转移电流”。很显然转移电流的数值与熔断器安一秒特性、负荷开关固分时间有关，本文引用IEC—420标准中对转移电流值的工程确定方法，在熔断器安—秒特性时间轴取0.9倍负荷开关固分时间(从撞针击出到负荷开关三相触头分开的时间)，作一平行线所对应的电流值就是转移电流值。例如某真空负荷开关其固分时间为28ms，配用西熔生产的100A熔断器(XLRN1型用于保护变压器)，依此法求出转移电流为1880A，负荷开关应能开断此电流。故障电流超过转移电流时概由熔断器开断。其实转移电流是一个电流区域(Δa)，如图1所示。转移电流由于三相熔断器之间存在熔化时间差，相对应亦有电流差，因此是一个很小的电流区域，该区域就是转移电流区域。由此可见，负荷开关与熔断器的良好配合是可以开断任何电流，下图示出负荷开关与熔断器联合开断电流的分布：
　　
　　图1　 熔断器特性曲线
　　显然，熔断器不同的额定电流有不同的安—秒特性，那么不同的额定电流配用同一个负荷开关，就有不同的转移电流，额定转移电流是指所能配用最大值熔断器的转移电流，生产厂应提供此值。
　　由熔断器熔断引发撞击器击出而使负荷开关跳闸者称为撞击器操作。单纯采用撞击器操作的不利之处是一旦出现一只熔丝熔断必须更换三只熔断器(停电时间长)、熔断器价格不菲(运行成本高)、且需有一定储存量。
　　
　　3　分励脱扣器操作与交接电流
　　随着“少人值守”、“无人值守”的推广，为了满足供电单位远方操作的基本要求，厂家可以提供负荷开关配置分励脱扣器供保护跳闸用，即过载时通过继电保护的方式使负荷开关分闸(无须烧毁熔断器)，熔断器仅作短路保护。由分励脱扣器动作使组合电器中负荷开关分断者，称为“脱扣器操作”。继电保护与熔断器的时间-电流曲线不会相同，配合使用必然出现交叉点。继电保护的动作特性与熔断器的安秒特性相交点称之为“交接电流”，如图3、图4所示。
　　
　　图4　反时限保护的交接电流
　　工程上按IEC的研究确定最大交接电流的方法为：在熔断器最大弧前安—秒特性的时间轴取负荷开关最小分闸时间加上20ms(外部继电器保护的最小动作时间)所对应电流值即为最大交接电流。以上提到的某负荷开关固分时间28ms配100A熔断器按此方法求出最大交接电流为2880A。与转移电流一样，交接电流也是一个小的区域，这里就不作叙述了。
　　从IEC确定转移电流和交接电流的方法可见交接电流大于转移电流，IEC-420规定生产厂凡进行了交接电流实验者转移电流可免试。撞击器击出需在脱扣板上由一套连杆系统的转移至负荷开关主轴运动，其动作时间显然慢于装在主轴近端的脱扣器直接动作时间，因此转移电流通常小于交接电流，如果撞击器动作改变为电信号触发脱扣器动作，那么转移电流可能接近或等于交接电流。
　　4　组合电器的选用
　　选用组合电器时必须要求生产厂在其产品样本中列出转移电流或交接电流的数值。
　　熔断器的选用，应考虑变压器的额定电流、过载系数(取1.5)、励磁涌流(12倍0.1s)以及周围环境因素。
　　负荷开关依其灭弧原理可区分为产气、压气、SF6和真空等形式。产气开关由分闸的触头间产生的电弧灼热灭弧管产生气体将电弧熄灭，随着开断次数增加，灭弧管逐渐烧光，因此要不断更换灭弧管。压气式开关靠其动触杆分闸运动时产生气体来灭弧，动触杆是空心的铜杆，内装固定活塞，靠分闸运动时(就像打气筒一样)产生的气体来灭弧。产气、压气负荷开关大约只能开断电流1000A左右。SF6开关在欧洲广泛使用，国内引进数不少，其主要优点是三、四个回路在SF6气体中共箱，体积小，不受外界气候影响，但SF6气体消耗臭氧资源。真空负荷开关是采用真空灭弧室，动静触头均在灭弧室中，真空灭弧室开断能力强、性能稳定、无燃火与爆炸危险、且可频繁操作免维护，因此在城网，农网改造中得到广泛的使用。
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