淺談負(fù)荷開關(guān)

李景堂 田輝鵬

[摘要] 本文通過對10KV配電變壓器保護配置方案的綜合比較分析，以及對負(fù)荷開關(guān)—熔斷器組合電器在正確選用時一些相關(guān)事項的介紹，論述了負(fù)荷開關(guān)—熔斷器組合電器在企業(yè)終端用戶中應(yīng)用的合理性和發(fā)展前景。

[關(guān)鍵詞] 負(fù)荷開關(guān)熔斷器組合電器

1.引言

近年來，地方企業(yè)配電規(guī)模逐年擴大。以我廠為例，2010年年用電量已達(dá)3.4億Kwh。根據(jù)筆者多年的企業(yè)電氣管理經(jīng)驗及企業(yè)的自身特點，并參考國外設(shè)備的一些資料，摸索出一套用負(fù)荷開關(guān)—熔斷器組合電器來對終端配電變壓器進(jìn)行保護的方式，為企業(yè)節(jié)約了大量的資金，同時也大大簡化了系統(tǒng)的復(fù)雜程度。經(jīng)過多次事故的檢驗?zāi)壳斑\行良好，保護動作行為正確。一方面做到有效保護10KV配電變壓器，保證電力系統(tǒng)的安全運行水平，另一方面可以降低工程的整體造價，減少企業(yè)的投資成本，提高企業(yè)管理水平。

2.我廠配電系統(tǒng)簡介

我廠配電系統(tǒng)由一個66KV中心變電所和十幾個10KV變電所組成，10KV配電變壓器60余臺。根據(jù)電業(yè)系統(tǒng)的規(guī)定，10KV配電系統(tǒng)可以由企業(yè)自行管理。配電方式以放射性配電為主，10KV變電所均為雙回線進(jìn)線，單母線分段帶母聯(lián)形式。根據(jù)企業(yè)的自身特點，對于配電變壓器保護配置方案主要原則是：快速、簡單、靈敏，兼顧選擇性。

3.負(fù)荷開關(guān)—熔斷器組合電器與斷路器保護的比較

3.1兩種配置各自的特點

高壓負(fù)荷開關(guān)—熔斷器組合電器是由高壓負(fù)荷開關(guān)來承擔(dān)過載電流（此過載電流對高壓負(fù)荷開關(guān)來說仍在高壓負(fù)荷開關(guān)額定開斷電流的范圍內(nèi)）和正常工作電流的關(guān)合和開斷，并且還要求承擔(dān)“轉(zhuǎn)移電流”的開斷。而變壓器高壓側(cè)的短路保護和過載保護由熔斷器來承擔(dān)。這是一組負(fù)荷開關(guān)及三個帶觸發(fā)器的熔斷器，只要任何一個觸發(fā)器動作，其聯(lián)動機構(gòu)會使負(fù)荷開關(guān)三相同時自動分閘。兩者的有機結(jié)合可滿足配電變壓器各種正常和故障運行方式下操作保護的要求。因此其最大的特點是結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、價格便宜。如能合理選配熔斷器、負(fù)荷開關(guān)與變壓器的參數(shù)，也能達(dá)到可靠保護的要求。

對于斷路器而言，斷路器具備所有保護功能與操作功能，斷路器參數(shù)的確定和結(jié)構(gòu)的設(shè)計制造均嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，因而其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、選材嚴(yán)格、造價昂貴，在終端用戶中大量使用不現(xiàn)實。

3.2保護配電變壓器性能比較

對保護配電變壓器，采用負(fù)荷開關(guān)—熔斷器組合電器比斷路器更為有效。試驗表明，當(dāng)油浸變壓器發(fā)生短路時，為使油箱體不變形和開裂，必須在20ms內(nèi)切除故障。如果采用斷路器保護，斷路器最快全開斷時間（繼電保護動作時間+斷路器固有動作時間+燃弧時間），一般需要3個周波（60 ms）左右，而限流熔斷器則可在10ms內(nèi)切除故障并限制短路電流，能夠有效地保護變壓器。即使是干式變壓器，因熔斷器的保護動作快，也比采用斷路器好。

3.3繼電保護性能比較

在配電網(wǎng)絡(luò)的上一級斷路器(變電所10kV饋出線斷路器)的保護一般設(shè)置為速斷0s，過流0.5s（或以內(nèi)），零序0.5s。若環(huán)網(wǎng)柜中采用斷路器，即使整定時間為0 s動作，由于斷路器固有動作時間的分散性，也很難保證不是上一級斷路器首先動作。而限流熔斷器不受短路引起的壓降的影響，在極短的時間內(nèi)切除故障，不會造成越級跳閘。企業(yè)配電系統(tǒng)，由于配電線路較短，以前采用斷路器保護變壓器時，無法進(jìn)行選擇性配合，經(jīng)常越級跳閘。改用負(fù)荷開關(guān)--熔斷器組來進(jìn)行保護后，由于熔斷器是一次元件，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路時，熔斷器都能快速熔斷，基本上沒有再發(fā)生過越級跳閘的情況。

3.4開合空載變壓器的性能比較

企業(yè)的配電變壓器一般容量不大于2000 kVA，以1600KVA及以下容量為主，配變空載電流一般為額定電流的2%左右，較大的配電變壓器空載電流較小。若采用斷路器時，因其滅弧能力按開斷大短路電流設(shè)計，在開斷空載變壓器小電流時，容易發(fā)生強制滅弧，產(chǎn)生截流過電壓。就此點來講，并不希望使用具有強滅弧能力的斷路器。而負(fù)荷開關(guān)開合空載變壓器小電流時，性能良好，不會產(chǎn)生較高過電壓。

從以上各點可以看出，使用負(fù)荷開關(guān)—熔斷器組合電器不比斷路器效果差，在某些方面還具有獨特的優(yōu)勢，可費用卻可以大大降低但是使用的前提條件是要做到正確選用組合電器，特別是熔斷器的熔斷電流。斷路器與組合電器在性能上的比較如表1所示。

4.負(fù)荷開關(guān)—熔斷器組合電器在正確選用時需注意的相關(guān)事項

4.1 10KV負(fù)荷開關(guān)的選用類型

負(fù)荷開關(guān)通常分為一般型和頻繁型兩種，以空氣為絕緣介質(zhì)的產(chǎn)氣式和壓氣式負(fù)荷開關(guān)為一般型，真空和SF6負(fù)荷開關(guān)為頻繁型。頻繁型負(fù)荷開關(guān)的機械壽命、電壽命和其它一些性能指標(biāo)要強于一般型負(fù)荷開關(guān)。我國在發(fā)展的初始階段以產(chǎn)氣式和壓氣式負(fù)荷開關(guān)為主，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，頻繁型負(fù)荷開關(guān)產(chǎn)量不斷提升，各地電力系統(tǒng)已較多采用頻繁型負(fù)荷開關(guān)，尤其是真空負(fù)荷開關(guān)。而產(chǎn)氣式負(fù)荷開關(guān)由于滅弧能力差，在我國已經(jīng)很少采用。據(jù)統(tǒng)計，目前在我國市場對負(fù)荷開關(guān)的應(yīng)用中，真空負(fù)荷開關(guān)占了約50%的份額，壓氣式負(fù)荷開關(guān)、SF6負(fù)荷開關(guān)各占了約25%的份額。由于到2030年后,將被國際環(huán)保衛(wèi)生組織全面禁用SF6氣體，SF6開關(guān)的發(fā)展前景不予樂觀。因此，從發(fā)展的觀點看，真空負(fù)荷開關(guān)是最有發(fā)展前途的一種負(fù)荷開關(guān)，在性能上與SF6負(fù)荷開關(guān)基本相同，而在價格上比SF6負(fù)荷開關(guān)要便宜。目前，我廠主要以真空負(fù)荷開關(guān)為主，而壓氣式負(fù)荷開關(guān)應(yīng)用較少。

4.2開斷轉(zhuǎn)移電流對負(fù)荷開關(guān)的要求

由于三相熔斷器熔體熔化具有時間差，當(dāng)其中某相的熔斷器先于其他兩相熔斷器熔斷時，其撞擊器開始使高壓負(fù)荷開關(guān)分閘，同時其余兩相的過載電流將減少至87%，并轉(zhuǎn)移到高壓負(fù)荷開關(guān)，由它來開斷。因此轉(zhuǎn)移電流是指熔斷器與負(fù)荷開關(guān)轉(zhuǎn)換職能時的三相對稱電流。低于該值時，首開相電流由熔斷器開斷，其他兩相電流由負(fù)荷開關(guān)開斷。大于該值時，三相電流僅由熔斷器開斷。轉(zhuǎn)移電流是我們在選用組合電器時應(yīng)注意的一個重要指標(biāo)，假如選用不當(dāng)，負(fù)荷開關(guān)所能承受的轉(zhuǎn)移電流不足夠，將無力承擔(dān)開斷兩相短路電流的任務(wù)而引起開關(guān)的爆炸。

值得注意的是，對于多臺配變并列運行的系統(tǒng)，在選用組合電器時要特別注意轉(zhuǎn)移電流的校驗問題，如果是兩臺同型號、容量的配變并列運行，當(dāng)出現(xiàn)變壓器低壓側(cè)短路時，此時變壓器阻抗將只有單臺配變系統(tǒng)的一半，從而使高壓側(cè)最大三相短路電流增加一倍，相應(yīng)可能出現(xiàn)的轉(zhuǎn)移電流也隨之增加了一倍。因此對于多臺配變并列運行的系統(tǒng)，在選用時更應(yīng)進(jìn)行轉(zhuǎn)移電流的驗算，根據(jù)本系統(tǒng)的短路容量，選擇相應(yīng)分?jǐn)嗄芰Φ呢?fù)荷開關(guān)。

4.3 在要求裝有過電流脫扣裝置的負(fù)荷開關(guān)-熔斷器組中，須注意交接電流指標(biāo)的選配

在裝有過電流脫扣裝置的組合電器中，當(dāng)過電流較小時，由負(fù)荷開關(guān)的過流脫扣裝置動作來推動負(fù)荷開關(guān)開斷電流；當(dāng)過電流較大時，由熔斷器直接動作來開斷電流。這兩個過電流互相延伸相交點的電流稱作交接電流。當(dāng)故障電流小于交接電流時，開斷電流的任務(wù)由脫扣器觸發(fā)的負(fù)荷開關(guān)來承擔(dān)；當(dāng)故障電流高于交接電流時，開斷電流的任務(wù)由熔斷器來承擔(dān)。為此選配交接電流參數(shù)較高的負(fù)荷開關(guān)特別是頻繁型負(fù)荷開關(guān)，可有效地減少熔斷器的動作次數(shù)，從而大大減少了更換熔斷件的數(shù)量，一來一定的技術(shù)經(jīng)濟意義，二來可以增加保護的可靠性。

4.4 保護變壓器用熔斷器的選配

采用環(huán)網(wǎng)柜作為變壓器保護的負(fù)荷開關(guān)熔斷器的方案后，設(shè)計人員不再進(jìn)行繁瑣的設(shè)計，以及對短路電流和繼電保護的整定計算，繼電保護計算和整定變的十分簡單。選用制造廠提供的成套設(shè)備即可。選用熔斷器時，熔斷器的額定電流要與變壓器的容量相匹配，制造廠也會向我們提供這方面的數(shù)據(jù)。比如選用撫瓷生產(chǎn)的全范圍熔斷器保護10KV變壓器，一般按表2進(jìn)行選擇。

5.負(fù)荷開關(guān)—熔斷器組合電器的應(yīng)用情況及發(fā)展前景

目前，由于設(shè)備的檢修維護保養(yǎng)周期，我廠目前是斷路器和負(fù)荷開關(guān)—熔斷器組合電器并存使用的情況。

由于負(fù)荷開關(guān)—熔斷器組合電器的諸多優(yōu)點，在10KV終端配電環(huán)節(jié)，正逐步取代斷路器。據(jù)有關(guān)資料介紹，用負(fù)荷開關(guān)與熔斷器組合來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的斷路器在國外已推行了半個世紀(jì)，工業(yè)發(fā)達(dá)國家負(fù)荷開關(guān)與斷路器產(chǎn)量之比為7∶1，而我國據(jù)1993年的初步統(tǒng)計，負(fù)荷開關(guān)與斷路器產(chǎn)量之比為1:6，2000年負(fù)荷開關(guān)與斷路器產(chǎn)量之比為1:2.5，與工業(yè)發(fā)達(dá)國家還有很大差距，這說明我國在這方面還處于比較落后的狀況，同時也說明負(fù)荷開關(guān)在我國還有很大的發(fā)展空間，發(fā)展前景是樂觀的，希望我廠的一些應(yīng)用經(jīng)驗，能給其他企業(yè)提供幫助。