F U R组合保护装置在配电网中的应用

杨思斯

（湖南水利水电职业技术学院，湖南 长沙 410007）

0 前言

FUR组合保护装置是由FU(高压限流熔断器)和FR(高能氧化锌过电压保护器)的组合,简称FUR。FUR组合保护装置就是利用高压限流熔断器的快速限流性、可选性和高能氧化锌过电压保护器的降压移能性,把两者结合来使用,以达到有选择性地迅速切断短路电流同时快速使短路网络中的能量释放的目的[1]。

限流熔断器FU，正常时流过工作电流，发生短路时在预期短路电流峰值到来之前熔断，实现截流，限制短路电流峰值。非线性电阻FR，将熔断器中的电弧电流转移到自身中，吸收磁场能量并快速将电流衰减至零，使电源提供能量最小，同时限制熔断器产生的过电压，保护设备绝缘，提高熔断器吸收安全裕量。因此,由FU与FR组合而成的FUR保护装置在发生短路时,FUR可以在预期短路电流峰值到来之前熔断并熄灭电弧。

鉴于上面所说的FUR装置的优越性，目前，在水利及中小型火力发电厂中,发电机出口厂用分支处、励磁变压器的回路,普遍装设FUR装置作为保护装置。也就是说FUR保护参数的对象大多是厂用变压器、励磁变压器，那其它电气设备是否也适用？

2 FUR装置在配电网中使用意义

目前，随着电力系统和工业现代化的发展，单机容量不断增大，低阻抗大容量变压器在现代低压配电系统中的应用也不断增长，以及配电网络的不断发展，使电力系统的短路容量日益增加。为满足短路电流提高所带来的苛刻的要求，常规做法是在电网中串入限流电抗器，但在电网正常运行时，由于在其上有电压降落以及损耗，对电网的输电质量有一定影响。同时，由于该限流电抗不能太大，所以在故障发生时不能显著地降低短路电流。同时电抗器只能改变电流的峰值而不能改变短路电流过零点的时间，断路器要在几个周波内才能开断短路电流，短路电路的峰值已经多次通过短路网络，对系统网络造成累积性破坏。有时候发生短路，短路电流要经过长达20ms～150ms的时间才能过零点，使断路器开断困难，开断时间很长，短路电流的峰值多次冲击电气设备，对变压器和电缆等电气设备产生很大的电动力和热效应作用，在开关电气触头上产生很大的排斥电动力，使触头烧损或熔焊。短路试验证明，当油浸变压器发生短路时，为使油箱不爆炸，必须20ms内切除故障，而断路器的全开断时间由三部分组成，继电保护动作时间+断路器固有动作时间+燃弧时间，一般需要三周波（60ms），因而不能有效地保护变压器。

而FUR装置中，限流熔断器FU具有限流作用,当短路电流上升到0.2倍预期短路电流峰值之前,熔断器FU熔断器并截流,同时熔断器产生弧压将电流迫入氧化锌电阻FR中,FR的作用是限制过电压并且将熔断器熔断后的回路电流转移到自身中,吸收磁场能量。这样熔断器壳体内电弧能量大为降低,熔断器电弧迅速熄灭,同时FR中电流也快速衰减到零,从而切除短路电流。

可见，除了在发电厂的厂用变压器、励磁变压器以外，大容量配电网中的降压变压器，FUR装置也可同样推广。

3 FUR组合保护装置的技术参数选择

将FUR装置应用与配电网主要要解决的问题就是熔断器及氧化锌电阻参数的选择。

熔断器FU参数选择的原则是，除短路故障以外任何情况下不得动作，在短路故障时尽快地限制并切除短路电流。根据IEC规范要求而推荐使用的组合曲线，熔断器额定电流In大于变压器IN的百分之四十，即In≥1.4IN，这样就可以保证变压器在短时允许过载的情况下熔断器不误动作。另外国家标准规定变压器突然合闸是励磁电流为满截电流的10-12倍，允许持续时间为0.1秒，因此必须保证熔断器通过12倍变压器满截电流持续0.1秒并连续冲击100次无老化现象。

高能氧化锌非线性电阻FR的选择原则是:其残压值应当将熔断器开断时产生的操作过电压限制在2.5倍相电压以内,并保证正常工作时氧化锌电阻不会误击穿,同时必须有足够的能力吸收对应截止电流衰减到零时系统中的磁场能量,并保证一定的能量裕度[2]。

具体技术参数选择可按下列几条进行。

3.1 按配电变压器T高压侧额定电流选择FU的额定电流Ie

FU的额定电流Ie不小于配电变T高压侧额定电流IN。同时，还应考虑变压器5%的容差，允许过载1.3倍2h而不动作，并留有10%的裕度，即：Ie≥In×1.05×1.3×1.1 即，正常运行时 FU 不会误动作。

3.2 按配电变T励磁涌流选择FU的额定电流

据资料表明，当合上配电变T高压侧开关带电运行时，所产生的励磁涌流最大值是变压器满负荷时高压侧额定电流的10～12倍，即IC=12×InA，持续时间为0.1s。为此，结合FU熔丝熔断时的分散性考虑，应留有20%以上的裕度，保证FU在0.1s时通过电流12×In×1.2A时熔丝不会熔断。然后查FU电流-时间关系曲线，在0.1s时的熔断电流能否够躲过配电变T励磁涌流。

3.3 按保护动作性要求进行校验

当配电厂变T低压侧发生短路时，FU熔断必须后于配电变T低压侧空断路器的分闸动作时间，以保证FUR动作的选择性。因此，可以用配电变T低压侧（负荷侧）发生三相短路和当在配电变T高压侧（电源侧）发生三相短路时的最大短路电流配合FU电流-时间关系曲线，查出熔断器熔断时间。校验FUR是否满足动作选择性要求。

3.4 按FU限流特性和FR残压值进行校验

根据FU的预期电流有效值-截断电流峰值曲线图，得到截断电流峰值和熔断时间对进行FUR校验。并且，由于FR的非线性特性和快速导通特性，将电气回路的操作过电压限制在2.5倍相电压之内，对相关设备起到了较好的过压保护作用。必须配置FR以限制操作过电压，对FR残压值进行校验，形成FUR组合保护方式[3]。

4 结语

由此可见，FUR组合保护装置能够有效的保护配电网的电气设备，并且具有开断能力强、截流小、速度快,使系统免受较大冲击的优点。并且在实际工程中，与FUR配合可以选择轻型的断路器或负荷开关，节省了投资。但是在实际运用中需要注意FU、FR技术参数的选择，确保电气设备和FUR装置的安全运行。这是FUR保护装置在配电网中广泛应用的重要前提。

［1］刘仁桂.FUR 组合保护装置的特性及应用[J].甘肃水利水电技术，2009，44（2）：124-126.

［2］雷通武.高压限流熔断器组合保护装置的应用[J].广西水利水电，2009(3)：46-48.

［3］方军旗，向敏鑫.FUR组合保护装置在13.8kV系统中应用探讨[J].水电站机电技术，2012，35（1）：23-25.