SF6絕緣的10kV負(fù)荷開關(guān)—熔斷器組合電器應(yīng)用研究

王弈辰

【摘要】近年來，SF6絕緣的10kV負(fù)荷開關(guān)-熔斷器組合電器在10kV配電系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)供電和終端用電中的應(yīng)用漸趨廣泛，尤其是中小容量變壓器用戶，負(fù)荷開關(guān)-熔斷器組合電器以其電氣接線簡(jiǎn)單、保護(hù)動(dòng)作迅速、維護(hù)工作方便等技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，和性價(jià)比高等經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，占領(lǐng)了大部分市場(chǎng)，獲得了用電客戶的廣泛認(rèn)可。隨著用戶變電所投運(yùn)以后后期電氣維護(hù)管理的全面展開，負(fù)荷開關(guān)-熔斷器組合電器在運(yùn)行方面的一些共性問題逐漸暴露。本文將結(jié)合蘇州市用戶變電所應(yīng)用負(fù)荷開關(guān)-熔斷器組合電器的實(shí)際情況，探討組合電器在參數(shù)選用、施工安裝和運(yùn)行維護(hù)等方面的注意事項(xiàng)和應(yīng)對(duì)策略。

【關(guān)鍵詞】SF6；負(fù)荷開關(guān)；熔斷器；參數(shù)；施工安裝；運(yùn)行維護(hù)

引言

近年來，SF6絕緣的10kV負(fù)荷開關(guān)-熔斷器組合電器在10kV配電系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)供電和終端用電中得到了廣泛的應(yīng)用。尤其是對(duì)中小容量變壓器用戶，負(fù)荷開關(guān)-熔斷器組合電器簡(jiǎn)化了變電所的操作電源和繼電保護(hù)裝置，減少了客戶變電所的占地面積，節(jié)約了設(shè)備投資，同時(shí)也能基本滿足變電所日常運(yùn)行的要求，受到了用電客戶的普遍歡迎。

SF6絕緣的10kV負(fù)荷開關(guān)-熔斷器組合電器是一種將負(fù)荷開關(guān)、高壓熔斷器、接地開關(guān)組合安裝，全部或部分密封在充滿SF6氣體的箱體內(nèi)，利用SF6優(yōu)異的絕緣、滅弧性能，滿足安全關(guān)合負(fù)荷電流的開關(guān)設(shè)備。對(duì)中小容量變壓器用戶，出于功能和成本兩方面的考慮，一般選用單獨(dú)將負(fù)荷開關(guān)機(jī)構(gòu)填充SF6密封絕緣，熔斷器和接地開關(guān)機(jī)構(gòu)空氣絕緣的半充氣組合電器形式。另有開關(guān)柜內(nèi)全部填充SF6氣體密封的GIS全充氣設(shè)備。本文主要討論半充氣組合電器。

問題分析

負(fù)荷開關(guān)-熔斷器組合電器是由負(fù)荷開關(guān)來承擔(dān)過載電流和正常工作電流的關(guān)合和開斷，并且還要求承擔(dān)“轉(zhuǎn)移電流”的開斷，而配電變壓器高壓側(cè)的短路保護(hù)和過載保護(hù)由高壓限流熔斷器來承擔(dān)，兩者有機(jī)的結(jié)合起來，就可滿足系統(tǒng)正常操作和故障保護(hù)的要求[1]。

在我國(guó)，隨著電網(wǎng)建設(shè)和改造的不斷深入，負(fù)荷開關(guān)-熔斷器組合電器在10kV配電系統(tǒng)的環(huán)網(wǎng)供電和終端用電的應(yīng)用越來越多。考慮到熔斷器性能特點(diǎn)和SF6氣體的特性，在選用組合電器時(shí)需要對(duì)針對(duì)實(shí)際情況對(duì)各項(xiàng)因素綜合考慮。

下面從四個(gè)方面分析SF6絕緣的10kV負(fù)荷開關(guān)-熔斷器組合電器在使用時(shí)的注意事項(xiàng)，并提出應(yīng)對(duì)措施。

1.組合電器的參數(shù)選擇

1.1短路電流

10kV配電所主設(shè)備的選擇應(yīng)結(jié)合電網(wǎng)的建設(shè)計(jì)劃，長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮設(shè)備的安全性能。按照《國(guó)家電網(wǎng)公司配電網(wǎng)工程典型設(shè)計(jì)l0kV配電分冊(cè)》規(guī)定，10kV設(shè)備的短路電流水平應(yīng)不小于20kA[2]。

1.2轉(zhuǎn)移電流

轉(zhuǎn)移電流是指在撞擊器驅(qū)動(dòng)下，開斷故障電流任務(wù)由熔斷器轉(zhuǎn)移到負(fù)荷開關(guān)時(shí)的三相對(duì)稱電流[3]，它是帶有撞擊器脫扣聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)的負(fù)荷開關(guān)-熔斷器組合電器的主要參數(shù)之一。轉(zhuǎn)移電流發(fā)生在第一相熔斷器起弧后，因?yàn)槿蹟嗥魅蹟鄷r(shí)間存在著時(shí)間差，負(fù)荷開關(guān)應(yīng)在該相熔斷器撞擊器的驅(qū)動(dòng)下，在第二相熔斷器熔斷之前或與之同時(shí)斷開。

熔斷器應(yīng)能開斷變壓器二次樁頭直接短路時(shí)的短路電流，將其折算成一次側(cè)短路電流，以1250kVA配電變壓器為例，其短路阻抗按4%計(jì)算，則：

根據(jù)《高壓交流負(fù)荷開關(guān)-熔斷器組合電器（GB16926-2009）》中規(guī)定：在轉(zhuǎn)移點(diǎn)處，三相故障條件下，最快熔體熔化的首開相其撞擊器開始使負(fù)荷開關(guān)分閘，其余兩相將承載減少了的電流的87%。故其余兩相負(fù)荷開關(guān)承載的轉(zhuǎn)移電流應(yīng)為：

一般壓氣式和產(chǎn)氣式負(fù)荷開關(guān)的額定轉(zhuǎn)移電流在1000A左右，無法滿足要求[4]。SF6負(fù)荷開關(guān)轉(zhuǎn)移電流IZ≥1700A，可滿足要求。

配電變壓器出線開關(guān)采用負(fù)荷開關(guān)-熔斷器組合電器時(shí)，建議干式變壓器單臺(tái)容量不大于1250kVA，油浸式變壓器單臺(tái)容量不大于630kVA[5]。這是因?yàn)槿绻儔浩魅萘砍^1600kVA，組合電器的轉(zhuǎn)移電流無法滿足上述分析的要求。而800kVA及以上油浸式變壓器設(shè)有用于切除變壓器內(nèi)部故障的瓦斯保護(hù)，故障電流在尚未威脅設(shè)備安全以前，微機(jī)保護(hù)可以發(fā)故障報(bào)警或跳閘信號(hào)，熔斷器則無法進(jìn)行預(yù)先判別，因此將需將油浸式變壓器的容量限定在630kVA及以下。

2.熔斷器性能的局限性

下面從三個(gè)方面論述熔斷器保護(hù)相比微機(jī)保護(hù)的不足之處。

2.1性能老化

熔斷器性能隨時(shí)間的推移會(huì)發(fā)生老化，導(dǎo)致出現(xiàn)故障時(shí)失靈，從而引發(fā)嚴(yán)重后果。相對(duì)應(yīng)的，微機(jī)保護(hù)的運(yùn)行壽命一般為10年，技術(shù)成熟，運(yùn)行可靠。

2.2無通用備品備件

不同品牌產(chǎn)品有各自配套的熔斷器，市場(chǎng)上尚無認(rèn)證認(rèn)可的通用備品備件，運(yùn)行管理十分不便。蘇州市用戶終端變電所應(yīng)用的組合電器廠家眾多，有ABB、施耐德、西門子等進(jìn)口產(chǎn)品，也有申宏、科瑞悅、三獅等國(guó)產(chǎn)品牌，其熔斷器在投運(yùn)或故障更換時(shí)，存在著未按廠家要求使用指定型號(hào)和參數(shù)的熔斷器的現(xiàn)象，可能影響組合電器的性能。

而微機(jī)保護(hù)已經(jīng)全面實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)數(shù)字式操作方式，更改繼電保護(hù)定值方便快捷。

2.3通訊和遠(yuǎn)控能力不足

熔斷器因?yàn)槠錂C(jī)械結(jié)構(gòu)和安裝方式，無法完成設(shè)備通訊和遠(yuǎn)控的要求。微機(jī)保護(hù)能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程通訊和遠(yuǎn)方控制，符合配網(wǎng)自動(dòng)化發(fā)展的要求。

3.SF6氣體的危害

SF6氣體本身是無毒的，但具有窒息作用，它的比重約為空氣的5倍，若發(fā)生泄漏，則會(huì)沉積在低洼處，如果這些地方的通風(fēng)設(shè)施不良，工作人員在SF6氣體濃度較大的環(huán)境中工作，會(huì)有窒息的危險(xiǎn)。此外，SF6氣體在電弧作用下，會(huì)分解產(chǎn)生一些有毒低氟化合物，這些分解物又和電極材料、水分、氧氣等進(jìn)一步反應(yīng)生成有毒的其他化合物，對(duì)人體產(chǎn)生危害[6]。工業(yè)用戶的變電所建設(shè)在其規(guī)劃紅線地塊內(nèi)，靠近生產(chǎn)廠房，而公用配電網(wǎng)設(shè)備往往深入居民區(qū)、商業(yè)中心等人口密集區(qū)，因此必須考慮SF6氣體泄漏的防范和善后處理措施。

蘇州市從2004年開始已將“在低位設(shè)置機(jī)械式排風(fēng)裝置”列入了采用SF6絕緣設(shè)備的變電所配套土建建設(shè)的要求中。

4.安裝及運(yùn)行維護(hù)

4.1電纜安裝工藝

SF6負(fù)荷開關(guān)環(huán)網(wǎng)柜體積小，一個(gè)間隔寬度約325mm，某些產(chǎn)品甚至只有210mm，出線電纜安裝空間很小，手槍形電纜頭與套管可能會(huì)發(fā)生受力情況，以致影響箱體密封性，甚至造成氣體泄漏，安裝時(shí)需要尤其加以注意。

4.2泄壓通道的設(shè)置

蘇州市場(chǎng)上SF6負(fù)荷開關(guān)環(huán)網(wǎng)柜的泄壓通道位置通常設(shè)置在柜體的背部和項(xiàng)部，在柜體背部和頂部均安裝有泄壓板，可快速釋放柜內(nèi)因故障產(chǎn)生的高壓氣體，防止高壓氣體危及柜前操作人員的安全。其中背部采用水平向后的泄壓方式，頂部采用垂直向上的泄壓方式。

其中背部水平向后的泄壓方式存在一定的安全隱患。背部泄壓板一般為鍍鋅板，采用直接扣在柜體上的方式固定。這樣的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較差，一旦柜內(nèi)設(shè)備發(fā)生故障，泄壓板將向后方大力沖出，可能會(huì)對(duì)柜體后方的巡視人員造成傷害。

對(duì)此，可以通過增加泄壓板上下部位強(qiáng)度差的方式來加以改善。首先將柜后泄壓板的中部折彎，增加板的整體強(qiáng)度。在泄壓板上部用金屬螺絲固定，下部用塑料螺絲固定，這種結(jié)構(gòu)造成了板上部的緊固程度要明顯高于板下部。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示：如此改造后，當(dāng)在泄壓板上部加力至21N時(shí)金屬螺絲松動(dòng)；下部加力至9.8N時(shí)塑料螺絲彈出。如果開關(guān)柜內(nèi)發(fā)生故障，產(chǎn)生的高溫高壓氣體沖擊泄壓板，塑料螺絲將首先受力彈開，而金屬螺絲保持固定，這樣泄壓板將向下方打開，瞬時(shí)釋放高溫高壓氣體，避免直接向后沖擊到運(yùn)行維護(hù)人員。

4.3三相熔斷器的更換

動(dòng)作后須同時(shí)更換三相熔斷器。當(dāng)組合電器發(fā)生短路故障時(shí)，考慮到熔斷器的動(dòng)作誤差時(shí)間，只要某一相熔斷器熔斷后，其余相的熔斷器即使外觀完好，但由于通過了過電流，也應(yīng)該同時(shí)更換。

結(jié)束語

SF6絕緣的10kV負(fù)荷開關(guān)-熔斷器組合電器在市場(chǎng)上已經(jīng)逐步鋪開，整體的技術(shù)設(shè)計(jì)已日趨成熟。由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、入市門檻低等原因，生產(chǎn)該種產(chǎn)品的廠家和選用該種產(chǎn)品的用戶非常之多。在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，一些生產(chǎn)廠家為了獲得市場(chǎng)占有率，往往在產(chǎn)品細(xì)節(jié)上不夠注意；在產(chǎn)品的安裝、使用和運(yùn)行維護(hù)過程中，也存在著不少不規(guī)范之處。本文依據(jù)筆者在工作中的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，從四個(gè)方面分析了該產(chǎn)品在使用時(shí)的注意事項(xiàng)，并提出了相應(yīng)應(yīng)對(duì)措施，希望藉此能夠提升設(shè)備廠家的產(chǎn)品質(zhì)量，提高用戶對(duì)該產(chǎn)品的運(yùn)行維護(hù)管理水平，消除一些潛在的安全隱患，使得客戶的供電更加可靠，供電企業(yè)的電網(wǎng)更加安全。

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