高低压开关在配电房中的应用

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　　摘 要： 配电室的高低压开关的选型是一个涉及面很广的问题, 由于高低压开关和其他配电回路开关紧靠配电变压器,故对开关的电气参数要求很高。本文针对10kV配电室高低压开关选型及保护配合问题进行了分析。
　　关键词：配电系统开关保护配合
　　在配电系统中,配电室作为一个主要的供配电单元,有着非常重要的作用。配电室主设备的形式种类繁杂,特别是在高低压开关方面尤为突出,而且相互之间的保护配合也不尽合理,给运行管理带来不少困难。近年来,随着国家城乡电网建设的不断深入以及用户对电能质量要求的不断提高,配电室设备选型已逐步走向规范化。
　　1高压开关
　　1.1负荷开关
　　负荷开关作为仅开断关合工作电流的开关,国内早已开始使用,起初多为产气式和压气式两种,进入20世纪90年代后,开始使用SF6及真空负荷开关,目前主要以SF6三工位负荷开关和真空负荷开关为主,因其可靠性高、成本低、免维护,日益受到广大用户的欢迎。
　　1.2负荷开关―熔断器组合电器
　　负荷开关―熔断器组合电器主要用于保护变压器的开关设备。其中的负荷开关只开断和关合工作电流,具有有限的开断能力,而短路保护功能则由熔断器来完成。在负荷开关与熔断器之间存在着一定的过电流区域段,在该区段内,只有负荷开关与熔断器相互协调、正确配合才能真正实现对配电系统的贴切保护。
　　1.3断路器
　　中压断路器作为能开断短路电流的开关,从灭弧介质和绝缘介质类型来看,主要分为SF6断路器和真空断路器两大类。这两类中压断路器采用弹簧操动机构。目前,国内有些厂家已经开始了永磁式操动机构的开发,并取得了一定的成果。
　　1.4主要参数选择
　　(1)额定电压
　　电气设备所在电网的运行电压因调压和负荷的变化,常高于电网的额定电压UNS,故所选电气设备允许的最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压USM,即:Ualm≥USM。
　　由于35kV及以下电气设备的最高允许工作电压Ualm为1.15UN,而实际电网的最高运行电压规定为1.1UNS,因此选择电气设备的电压时,一般都选择UN≥UNS。
　　(2)额定电流
　　①具有开断空载变压器的能力。配电变压器空载电流一般为额定电流的2%左右,如果选用负荷开关―熔断器组合柜控制配电变压器,其容量不宜大于1250KVA,否则应选用断路器柜。
　　②具有开断电缆充电电流的能力。若接入开关柜的进出线电缆截面为240mm2,其充电电流可按1.8A/km进行估算,若进出线电缆截面为300mm2,其充电电流可按2.0A/km进行估算。因此,一般要求开关在正常情况下能开断不小于10A的电缆充电电流。
　　③具有动热稳定承受的能力。国内规程要求热稳定电流耐受时间为4s,国外标准有的是3s,也有的是2s。一般情况下,热稳定电流按20kA/3s选择即可满足要求,特殊情况下,可按I2t相等的原则进行校验。动热稳定电流则按标准规定为相应热稳定电流的2.5倍。
　　④具有开断短路电流的能力。如果选用负荷开关,则不必考虑该参数。如果选用断路器,应结合配电网的实际进行计算后,再考虑将来网络的发展因素,综合选定。
　　(3)转移电流
　　对于熔断器与负荷开关转换开断职能时的三相对称电流值而言,当低于该值时,首相电流由熔断器开断,而后两相电流则由负荷开关开断；大于该值时,三相电流仅由熔断器开断。当三相熔断器间的动作时差与熔断器触发负荷开关分闸时间相等时,负荷开关与另两相熔断器同时开断剩下的两相电流,此时的三相电流即为转移电流。熔断器开断所有大于转移电流的故障电流时,负荷开关无电流分断,成为空载的机械动作。
　　1.5 配电室高压开关柜与变电站出线开关柜的保护配合
　　从目前国内大多数变电站出线开关的保护装置来看,由于配电网线路较短,配电单元较多,靠电流的整定来实现继电保护的配合根本无法实现,而由变电站不断延长时间来实现保护配合是电力系统绝对不允许的。目前,大多数变电站出线开关的速断跳闸时间均设定为0s。实际上,开关分断时间约为40～60ms,继电保护的响应时间约为30～40ms,变电站出线开关的全分断时间约在100ms左右。对于出线为架空线或架空线与电缆混合的线路,其站内开关设置了一次重合闸。对于全电缆的线路,由于其瞬时性故障极少,重合闸退出运行。在速断保护上,配电室各进线柜与变电站出线柜之间还未实行短延时的保护配合。
　　2低压开关
　　2.1 A类断路器
　　《低压开关设备和控制设备 第二部分 断路器》IEC942-2使用类别中规定:“在短路情况下,断路器无明确指明用作串联在负荷侧另一短路保护装置的选择性保护,即在短路情况下,选择性保护无人为的短延时,因而不要求额定短时耐受电流。”这就是A类断路器,此种断路器只有过载长延时、短路瞬动,而无短路短延时保护特性。A类断路器绝大部分是塑壳断路器,如HM3,CM1,TIM1的系列产品,一部分万能式断路器,如采用热继电器和电磁铁作过载、短路保护的也属A类。
　　2.2 B类断路器
　　IEC942-2标准还规定“在短路情况下,断路器明确在作串联在负载侧的另一短路保护装置的选择性保护,即在短路情况下,选择性保护有人为短延时(可调节),这类断路器具有要求的额定短时耐受电流。”这就是B类断路器。万能断路器、使用电子脱扣器和智能控制器的断路器都属于B类,如HA,CW11的系列产品。这类产品有3段保护,即过载长延时、短路短延时和短路瞬动保护。
　　2.3主要参数选择
　　(1)额定电压。额定电压一般是指相间电压,即线电压。
　　(2)额定电流。壳架等级额定电流:代表断路器的外形大小,以此表示断路器的最大额定电流。额定电流:在规定的条件下,保证断路器正常工作的电流,又称脱扣器额定电流。
　　(3)过载、短路保护特性。二段式保护:过载长延时、短路瞬时,短路瞬时分闸时间一般在20～30ms。三段保护:过载长延时、短路短延时、短路瞬时,短路短延时一般为0.1s的倍数。
　　(4)短时耐受电流ICW,在规定的试验条件下,断路器能承载的短时耐受电流值。短时耐受电流ICW只适用于B类断路器,即具有短路短延时特性的断路器。
　　(5)短路分断能力。短路分断能力又分极限分断能力ICU和运行短路分断能力ICS。根据断路器的额定短路分断能力应大于或等于线路的预期短路电流的原则,就存在断路器的额定短路分断能力是指极限分断能力ICU ,还是指运行短路分断能力ICS的问题。笔者认为,在工程设计中,还是选择运行短路分断能力ICS为好,保险系数更大些。
　　2.4高压开关与低压开关的保护配合
　　(1)短路电流的计算
　　现以某配电室为例,计算相关点的三相短路电流值,线路及变压器参数如下:
　　变电站至配电室的主干线路为LGJ-240/3km,1km线路电阻R=0.14Ω,电抗X=0.31Ω；
　　变压器容量SN=500kVA,阻抗电压Uk=0.045p.u.,变比=10/0.4；
　　变压器低压出口d2与低压出线柜下母排d3的距离取5m,1km母线电阻R=0.04Ω,电抗X=0.168Ω；
　　低压出线(支线一)d4与低压出线柜上母排d3的距离取50m；低压出线(支线一)d5与低压出线柜上母排d3的距离取100m；BVV架空线路,线横截面积为120mm2,1km线路电阻R=0.143Ω,电抗X=0.32Ω；
　　低压出线(支线二)d6与低压出线柜上母排d3的距离取50m；低压出线(支线二)d7与低压出线柜上母排d3的距离取100m；VV电缆线路,线横截面积为240mm2,1km线路电阻R=0.093Ω,电抗X=0.076Ω。

　　(2)低压总开关与高压断路器柜的保护配合
　　高压断路器柜电流速断保护的整定是按躲过变压器负荷侧母线短路时流过保护的最大三相短路电流，并躲过变压器空载投入时励磁涌流,两者取最大值，归算到电源侧的动作电流值来整定的,其计算公式为:
　　① 按躲过变压器负荷侧母线短路时流过保护的最大三相短路电流：
　　 =
　　② 按躲过变压器空载投入时励磁涌流：
　　 =
　　式中: ―归算到电源侧的动作电流；
　　―可靠性系数,取1.3；
　　 ―变压器低压侧短路时,最大三相短路电流折算到高压侧的电流值。
　　 ―变压器高压侧额定电流值。
　　从上述整定原则分析,由于可靠性系数 取1.3,当变压器低压侧短路故障时,若高压侧速断保护为定时限,从理论上说开关是不会动作的。所以,低压侧总开关选用智能式带短路短延时的开关可实现很好的保护配合。若高压断路器柜的保护为反时限,由于保护整定值可调,那么,低压侧总开关选用智能式带短路短延时的开关,也可实现保护配合。这样就能够满足低压总开关折算到高压侧的动作反时限曲线在高压断路器动作反时限曲线下方的原则。
　　(3)低压总开关与高压负荷开关―熔断器组合电器的保护配合
　　由于高压负荷开关―熔断器组合柜所配的熔丝是与变压器相配套的,其反时限熔断的时间随着安装地点的不同将有所变化。当低压柜母排d3或分支线出口发生三相短路故障,其短路电流折算到高压侧以后,经查阅熔断器时间―电流特性曲线,熔断时间为70～100ms。支线二d6发生三相短路故障,其短路电流折算到高压侧以后,熔断时间为110～120ms。所以,当低压总开关设有短路短延时(0.1s以上)功能时,若变压器低压出口与支线二d6之间发生三相短路故障,极有可能出现低压总开关未动作而高压侧熔丝先熔断的现象,或者是低压总开关动作时,高压侧熔丝也同时熔断的现象。
　　(4)低压开关类别的选择原则
　　①分支线配电开关均选择A类断路器；
　　②当变压器高压侧开关为断路器柜时,低压总开关宜选择带短路短延时的断路器(B类断路器),以实现高低压断路器之间的全额保护配合；
　　③当变压器高压侧开关为负荷开关―熔断器组合柜时,经计算,若低压柜母排短路故障,其短路电流折算至高压侧,对照熔丝反时限特性曲线,如果熔丝熔断时间高出100ms的两倍以上,低压总开关应选择带短路短延时的B类断路器,实现全额保护配合。
　　3结束语
　　综上所述，在配电系统中,既要对开关本身的功能、特性、主要电气参数有一个全面的了解,又要从配电网的现状与发展予以考虑,并结合实际的运行情况综合选择,在规范化的前提下,尽可能实现各级开关的配合,努力提高配电系统的供电可靠性,为广大用电客户提供更好的服务。
　　参考文献
　　[1] 李春岩.浅谈10KV配电室的电气安装[J].广东建材,2008,(10)
　　[2] 周军华.论10kV配电室的电气安装施工[J].科技资讯,2009,(03)
　　
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