风电升压箱变用高压熔断器额定电流的选择

作者:西安五环特种熔断器有限公司   时间:2020-05-28   我要发布

关键词: 光伏风电熔断器油温

 随着我国风力发电的发展,大量风电项目在国内风场开始并网发电,并取得非常不错的经济效益,为我国减少大气污染排放,改善空气质量做出贡献。作为箱变的主要保护元件,高压熔断器也在箱变中被广泛应用,通过长时间的运行,对高压熔断器出现的故障进行分析,正确选用高压熔断器对升压箱变的安全运行起着至关重要的作用。

1高压熔断器简介

安装风电组合电器升压箱变中的35kV高压熔断器是一种高压全范围保护限流熔断器,高压熔断器内部是由短路保护熔体与过载保护熔体串联封装在环氧玻璃丝管内,周围充满高纯度石英砂用于灭弧;短路保护熔体采用变截面高纯度银片;过载保护熔体为低熔点银合金材料,封装在产气有机材料管中;短路电流由短路保护熔体开断,当短路电流通过高压熔断器时,变截面高纯银片狭径处瞬间起弧,电弧被高纯度石英砂冷却,待电流过零时电弧即熄灭;当过载电流通过高压熔断器时,过载保护熔体融化并起弧,电弧在产气有机材料管中燃烧分解有机材料并产生气体,这种气体有强烈熄灭电弧的作用,使电弧很快在气体中熄灭,达到保护的作用。该种熔断器具有开断故障电流范围宽的特点,最小开断电流为熔断器额定电流的2倍,最大开断电流达到31.5千安。

本高压熔断器是由高压全范围保护限流熔断件、操作手柄以及熔断器圆干筒组成插入式结构。固定在升压箱变的箱体上,熔断器圆干筒深入在变压器油中,熔断器圆干筒上的接线端子与变压器和油负荷开关接线方便,箱变的结构相对比较简单。

2.出现的问题与故障

高压熔断器在运行中主要常见的问题有两种:

a.     有熔断件表面发黄严重时熔断件被烧毁碳化。见图1

       1

b. 熔断件从熔断器圆干筒中喷出,将箱变的柜门打坏。

3故障原因的分析

    对于高压熔断件表面发黄严重时熔断件被烧毁碳化这种故障,主要是高压熔断器工作是发热造成的:高压限流熔断器也是一个电阻元件,在电流通过熔断器时也产生热量,产生的热量积聚在熔断器圆干筒内,并通过对流散发到箱变内变压器油中,当散热不畅时,熔断器圆干筒内温度开始上升,到140℃以上时,熔断件熔管环氧有机材料表面开始逐步老化变黄,温度升高到180-200℃熔管表面开始出现部分黑斑,在200℃以上长期工作时,熔断件熔管环氧有机材料表面将变黑,熔管有机材料老化加剧逐步碳化,熔断件就变成黑棒棒了;如果熔断件这种情况没有被及时发现并且继续工作,将出现第2种情况:熔断器圆干筒内温度长期居高不下在150℃以上,其熔断器圆干筒及熔断件外壳的环氧有机材料将逐步老化,圆干筒内部绝缘也逐步下降,最终相对地绝缘击穿放电,放电产生的气体将熔断件及绝缘拉杆从圆干筒内喷出。

高压限流熔断器也是一个电阻元件,在电流通过熔断器时也产生热量,产生的热量积聚在熔断器圆干筒内,并通过对流散发到箱变内的变压器油中,当熔断器周围变压器油温较高时,将不利于高压熔断器热量的散发。按照GB15166.2《高压交流熔断器  2部分:限流熔断器》熔断器使用条件规定熔断器周围介质温度不大于40℃,当大于40℃时需对熔断器进行降容。据试验:当熔断器周围介质温度大于40℃时,每升高1℃,熔断器需降容1%。高压熔断器在箱变的安装位置尤为重要。当高压熔断器安装在变压器正上方时(熔断器水平安装),箱变内高压电器元件安装简洁,一次导线连接也方便,也是箱变最紧凑的安装方式

2

之一(见图2),高压熔断器基本位于变压器油上表面附近,其高压熔断器周围变

压器油温也最高,实际现场测量表明:满负荷发电时,油箱表面油温在6585℃之间,平均油温75.还有一种箱变结构见图3,这种箱变高压熔断器安装在箱变侧面(熔断器侧立安装),高压熔断器周围油温相对于油层表面温度要低,油温对高压熔断器的影响就小一些,高压熔断器的故障率也比熔断器水平安装这种情况少很多。

3

其次箱变生产厂家及箱变结构的不同,变压器油温的差异也较大,对于高压熔断器(熔断器水平安装)在箱变上方安装这种情况下,熔断器是工作在最残酷的环境中,熔断器选择额定电流时必须要对熔断器进行降容使用。

4 高压熔断器额定电流的选择

正常情况下,当熔断器安装在户内高压开关柜内时,熔断器的额定电流是按变压器的额定满载电流的1.51.8倍选取的,这主要是考虑变压器可以在1.1倍额定功率下长期工作1.3倍变压器额定功率可短暂运行20分钟以及熔断器需躲开变压器合闸涌流(合闸涌流约为1020倍变压器额定电流 持续时间0.1秒)对熔断器熔体的冲击。这种选择原则在熔断器周围环境温度40℃以下有效,一般用于高压开关柜、环网柜、欧式箱变等散热条件好的柜体内。对于熔断件安装在封闭套筒内和散热条件不好的环境中,以及熔断器周围环境温度高于40时,均需对熔断器进行降容,以满足高压熔断器正常工作需求。

高压限流熔断器在正常工作时,本身存在有电阻,熔断器不可避免有发热现象,当熔断器周围环境温度比较高时,将影响熔断器的正常工作。GB15166.2 -2008《高压交流熔断器  2部分:限流熔断器》附录F:熔断器的周围环境温度超过40℃时降低额定值的方法中有相关的规定,按标准图F.1(),当熔断件周围介质温度70℃时,熔断件额定电流值降为原值的70%左右,周围介质温度80℃时,熔断件额定电流值降为原值的55%左右,由此可见熔断器的周围介质温度对熔断器的工作影响是十分严重的,

1600kVA变压器为例,当变压器额定电压36.4 kV变压器满载电流为24.6A,熔断器应选的额定电流应为24.6A×(1.51.8)倍=36.9A44.3A,即选用45安的熔断件。当熔断器周围变压器油温超过40℃时,熔断件需降容,以变压器油温70℃为例:这时熔断器需降容30%应选熔断器的电流值是(36.9A44.3A)÷(1-30%)=52.7A63.3A,这样应选熔断器额定电流63A的熔断件。如果选取40A的熔断件,当熔断器周围变压器油温70 ℃时,熔断件的额定值仅为40×70%=28A,当风电发电机满载发电时,通过熔断件的电流已经非常接近熔断件的额定电流了,加之电路中的涌流和谐波电流,熔断件如果长期这样工作,将对其内部过载熔体造成永久损坏,熔断件发黄变黑失去保护作用,也可能造成严重的后果。

5. 结语

熔断器周围变压器油温是选择熔断器额定电流的一个非常重要的因素,熔断器在箱变的安装位置只是决定了熔断器周围变压器的油温,厂家应结合自己工厂箱变的结构和特点,以及箱变在满负荷工作时变压器油温的分布,选择合适的熔断器额定电流,确保变压器的安全运行,并选择采购正规厂家的高压熔断器。

附:我公司结合风电箱变的结构对40.5kV风电熔断器额定电流推荐表仅供供用户参考:

变压器额定容量

    kVA

  熔断器的额定电流           

    1000

31.5

    1250

    40

    1600

    50

    2000

    63

    2400-2750

        80

     3000

       100

 注:风电熔断器的额定电流不得小于变压器满载电流的2倍。

参考文献:

(1) 王季梅. 高压交流熔断器西安交通大学,20001

(2) GB/T15166.2-2008  高压交流熔断器  2部分:限流熔断器

作者简介:邹亚民(1964—),男、电气工程师,西安五环特种熔断器有限公司从事高压熔断器的研发工作,参加了GB/T15166.1GB/T15166.6 高压交流熔断器的标准的起草工作。

 

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此文章发表于《风电技术》2013年第5

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