两变压器并列运行时的分段保护

随着经济的快速发展，工农业用电负荷逐年攀高，山东省即墨市的用电负荷，500kVA以上的大容量客户，每年大约以10％左右的速度递增，为了保证供电的可靠性，在大客户配电室设计中采用两台变压器并列运行，0.4kV采用单母线分段的主接线方案越来越多，0.4kV分段断路器二次保护问题也随着日渐凸现。现对10kV配电室0.4kV分段断路器二次保护存在的问题进行分析。
1 系统主接线
0.4kV分段断路器主接线如图1。图1中，1DL表示1#主变压器高压侧断路器，2DL表示2#主变压器高压侧断路器，3DL表示0.4kV单母线分段断路器。常规保护要求，1DL、2DL任何一台断路器跳闸，都要求0.4kV分段断路器3DL能断开，断开部分次要负荷后，可以将3DL合上，从而保证在一台变压器故障或检修情况下，另一台变压器能通过3DL保证企业内的一、二类负荷正常用电。

图1 0.4kv分段断路器主结线
2 分段保护方案1存在问题
2.1 分段保护方案1
分段保护方案1如图2。

图2 0.4kV分段断路器跳闸回路
0.4kV分段断路器保护动作特点是，接通电源后对电容器C充电，操作按钮AN1或任一台主变压器保护动作跳闸时，电容器C对中间继电器ZJ放电，继电器ZJ动作，F（分励脱口器）回路接通，0.4kV分段断路器DF跳闸。断开全部三类负荷后，可以通过0.4kV分段断路器DF操作控制合闸回路，将分段断路器DF合上，从而保证企业内的一、二类负荷正常用电。
2.2 分段保护方案1存在的缺陷
0.4kV分段断路器操作电源接于Ⅰ段或Ⅱ段母线上，假如0.4kV分段断路器操作电源接于Ⅰ段母线上，当与Ⅰ段母线相连的变压器发生故障，导致主变压器两侧断路器跳闸时，Ⅰ段母线将失压，此时0.4kV分段断路器跳闸回路将因失去操作电源，而无法实现0.4kV分段断路器跳闸，另一台主变压器将带全部负荷，而过负荷运行，严重时可能导致变压器烧毁。
保护方案1中每台变压器都需单独装设一套0.4kV分段断路器跳闸回路，接线复杂，使用设备数量多，增加用户投资。
如果因熔断器RD熔断、电阻断路、QF触点接触不良、操作回路接线端子松动等原因，一台变压器故障或停电时，0.4kV分段断路器将拒动。
0.4kV分段断路器如拒动，如果因故障突然断开一台变压器，运行中的另一台变压器面临的情况将很严重。对于一般无人值班的10kV用户配电室，另一台变压器将带全部负荷，而导致过负荷运行。
鉴于方案1存在的严重缺陷，此种方案在10kV用户配电室设计中已逐步淘汰。
3 改进后的方案2及缺陷
3.1 分段保护方案2

图3 0.4kV分段断路器跳闸回路
如图3所示，分段保护方案2的工作特点是，0.4kV分段断路器3DL正常运行时，其辅助常开触点闭合，当有过负载电流发生时，热继电器FR触头闭合，使分励脱口器F动作，分断0.4kV分段断路器3DL。分闸按钮SB3与热继电器触头FR并联，按下分闸按钮SB3，分励脱口器F亦动作，实现对0.4kV分段断路器3DL的远距离跳闸控制。并列运行变压器的高压侧断路器1DL和2DL辅助常开触点串联后，与控制开关接点1KK14-15和2KK14-15并接，然后串联于0.4kV分段断路器欠电压脱口器操作回路，当并列运行变压器中的任一台因故障自动跳闸时，其高压侧断路器常开辅助触点1DL（2DL）断开，0.4kV分段断路器因欠电压脱口器电源电压低于定值，自动断开，使0.4kV分段断路器3DL断开。利用控制开关1KK（2KK）与断路器位置“不对应”的原理：即并列运行变压器正常运行时，其高压侧断路器处于正常合闸位置，控制开关1KK、2KK也处于合闸位置，此时1KK14-15和2KK14-15是在断开位置，当并列运行变压器因事故保护跳闸时，控制开关手柄仍处于合闸位置，控制开关与主变压器高压侧断路器位置不对应。在断开部分次要负荷后，可转动控制开关1KK或2KK到跳闸后位置，1KK14-15或2KK14-15接通，使其与断路器位置相对应，将0.4kV分段断路器3DL重新合上，由另一台主变压器通过3DL带全部一、二级负荷供电。
3.2 分段保护方案2的缺陷
分段保护方案2的缺陷是，0.4kV分段断路器操作电源接于Ⅰ段或Ⅱ段母线上，假如0.4kV分段断路器操作电源接于Ⅰ段母线上，当与Ⅰ段母线相连的变压器发生故障，导致主变压器两侧断路器跳闸时，Ⅰ段母线将失压，此时虽然可以因电源电压低于定值，而将0.4kV分段断路器3DL断开，但因0.4kV分段断路器操作回路失压，分段断路器3DL将不能进行合闸操作，也就意味着与Ⅰ段母线相连的变压器所带负荷在事故消除前将全部停电，这必将给用户造成不可估量的经济损失，0.4kV分段断路器操作电源接于Ⅱ段母线时的情况，与接于Ⅰ段母线相同。
如果并列运行的两台变压器容量不同，容量大的变压器故障跳闸时，3DL必须跳闸，而容量小的变压器故障跳闸时，3DL有时可以不必跳闸，而方案2接线则当任一台变压器发生故障跳闸时，0.4kV分段断路器3DL都将跳闸，必须再手动将3DL合上，导致部分一、二级负荷短时间失电，给用户造成不必要的经济损失。
如果并列运行中的变压器任一台停电检修时，运行操作人员通过操作控制开关1KK（2KK）手柄，将停电检修变压器高压侧断路器断开，控制开关的位置与主变压器高压侧断路器的位置相对应，此时1KK14-15（2KK14-15）接通，0.4kV分段断路器欠电压脱口器回路继续接通，分段断路器3DL将继续处在合闸位置，导致另一台主变压器过负荷运行，过负荷严重时，另一台主变压器保护可能动作跳闸，引发全厂大面积停电停产，给用户造成巨大的经济损失，若过负荷保护只动作于信号时，另一台变压器甚至可能烧毁，造成更加严重的后果。
鉴于方案2存在的上述缺陷，变配电设计人员又对方案2进行了改进，并形成了较成熟的分段保护方案3。
4 较实用的分段保护方案3
分段保护方案3如图4。

图4 0.4kV分段断路器跳闸回路
方案3的工作特点是，0.4kV分段断路器操作回路通过转换断路器KK1-3和KK5-7接通Ⅰ段母线，或通过转换断路器KK2-4和KK6-8接通Ⅱ段母线，0.4kV分段断路器3DL正常运行时，其辅助常开触点闭合，当其中一台变压器因故障保护跳闸时，保护出口中间继电器BCJ1（BCJ2）常开触点闭合，分励脱口器F接通，分断0.4kV分段断路器3DL，因为分段断路器操作回路通过控制开关KK接到0.4kVⅠ段或Ⅱ段母线上，所以无论哪一台变压器故障保护跳闸，0.4kV分段断路器操作回路都能正常工作。如果并列运行的变压器容量不同，容量小的变压器故障时，0.4kV分段断路器可以不动作，这时可以将0.4kV分段断路器操作回路中容量小的变压器连片解开，0.4kV分段断路器继续合闸运行。控制开关1KK（2KK）在合闸1DL（2DL）后接通，当1DL（2DL）保护后分闸按钮SB3与热继电器触头FR并联，按下分闸按钮SB3，分励脱口器F亦动作，即实现对0.4kV分段断路器3DL的远距离跳闸控制。并列运行变压器的高压侧断路器1DL和2DL辅助常开触点，串联于欠电压脱口器回路，当并列运行变压器中的任一台因故障或检修停电时，其高压侧断路器1DL（2DL）辅助常开触点断开，欠电压脱口器动作，使0.4kV分段断路器3DL断开。目前方案3已在即墨市10kV变压器并列运行设计中广泛应用，并取得了理想的保护效果。

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