美式箱变的缺相保护

电力18讯：    随着城市电网改造，美式箱变由于其体积小、安装方便、全绝缘且能深入负荷中心等，一系列优点而得到越来越多的应用。特别是许多城市逐步将10 kV架空线改为电缆供电，更使得美式箱变成为城网改造的首选设备。

我国配电网12 kV为中性点不接地系统。而美国15 kV （相当于中国的12 kV）的电网为中性点接地系统，中国市场上的美式箱变为Dy绕组，一般采用喷射式熔断器和后备限流熔断器串联对箱变进行保护。熔断器用来保护变压器二次侧过载和短路，后备熔断器用来保护变压器内部短路大电流故障。变压器原理接线如图1所示，变压器的铁芯为三相三柱，当高压A相熔断器熔断时，A、C相串联成一个支路，B相绕组为一支路，UBC施加在并联支路上，A、C绕组的电压为1/2的线电压、B相仍为线电压, 低压a、c相电压降1/2，b相电压正常，a、c相所接的电器设备（电视、冰箱、空调等）会因欠压而烧毁。在标准中规定，当高压组合电器的熔断器任何一相熔断时，必须由联动机构撞开三相负荷开关，避免系统的缺相运行。


就目前美式箱变实际使用的情况来看，多数未采取缺相保护措施。现就美式箱变缺相保护的危害，综合国内外的技术特点，提出了几种解决方案。


1 二次侧加装缺相保护器


缺相保护器的工作原理接线图如图2所示。当保护器所接电网上端某相断线或相电压严重降低到额定值的70％，则电子缺相保护器触点动作闭合，从而触发控制断路器分闸，避免系统缺相运行，从而防止低压用电设备过热烧毁。


该方案成本低，能避免变压器的缺相运行。是目前美式箱变缺相保护普遍采用的方式。缺点是单相熔断器熔断，出线端缺相保护器动作后，变压器内仍然带电，不能从根本上解决问题。


2 高压缺相联动保护模式


前一方案不能有效切除变压器高压电源实现有效的缺相保护，提出了如下方案。

方案中需要为传统的美式箱变负荷开关加装电动机构。电动机构的控制整合了低压缺相保护器的电动机构控制的部分功能，当检测到缺相时，保护模块分闸继电器动作，触点闭合使分闸继电器线圈带电，从而使其触点闭合驱动电动机构，电机转动分断变压器的高压电源，避免了变压器的缺相运行。正常时，电动机构由变压器二次侧对蓄电池充电，充分利用了变压器二次输出电源，无需专用电源设备。


3 真空断路器保护

真空断路器保护类似于预装式箱变（即欧式箱变）的保护方式。只是该方案中，把油浸式美式环网柜中的断路器单元整合在美式箱变中，通过对控制器的整定来实现对变压器的保护。正常情况下，断路器可以承载持续电流，并且其额定开断值远大于熔断器。可复位的断路器代替一次性的熔断器，可以迅速恢复供电，缩短了停电时间和传统的由于更换熔断器而增加的费用，提高了供电质量。同时由真空断路器开断负荷和故障电流，避免了传统的油浸式美式箱变的负荷开关对变压器油的污染，延长了变压器的使用寿命。


瞬时分闸附件扩大了在大故障电流水平时与上级线路设备的配合。当电流高于预设的故障电流水平时，瞬时分闸附件使控制器绕过正常的TCC延时，从而消除原来的延时。可选的三相接地（TPG）脱扣控制器提供改进的系统配合，可以由电缆或架空馈线输入。控制器由灵敏的接地保护，当检测到较低水平的接地故障电流时可以快速的开断故障电流。