泵站用電系統斷路器的合理選型與應用研究

周明政

（蕪湖市水務局排灌管理站 安徽蕪湖 241000）

泵站用電系統斷路器的合理選型與應用研究

周明政

（蕪湖市水務局排灌管理站 安徽蕪湖 241000）

在對低壓斷路器結構和工作原理進行簡單介紹后，對斷路器合理選型與應用技術要點進行了探討，尤其對斷路器的通用選擇原則和保護配合推薦系數進行了認真分析研究。

泵站 用電系統 斷路器 選型應用

引言

用電系統是泵站正常運營和測控保護設備電源提供的重要能源載體，其運行的安全可靠性直接關系到泵站運行的安全可靠性和節能經濟性。泵站用電系統的方案設計、優化選型、應用等過程中均涉及到非常多的10kV及以下電壓等級的電器設備，其中低壓斷路器的合理選型和應用就至關重要。

低壓斷路器在泵站用電系統中占據非常重要的地位，不僅可以合理動作接通和分斷正常負荷電流、過負荷電流，同時還可以接通和分斷短路電流，具備斷路保護、過載保護、短路保護、控制、隔離等諸多功能，在泵站用電系統中作為控制、保護的核心設備得到廣泛應用。但是，如果在方案設計、優化選型以及應用等過程中，出現設計方案不合理、選型不合適、上下級保護選擇性不匹配等問題，就會造成泵站用電系統中電氣設備或其他輔助電器發生損壞，嚴重時還可能引起火災事故。因此，中低壓斷路器的合理選型和正確使用，是泵站用電系統安全可靠、節能經濟調度運行的重要保障，非常具有實踐應用研究意義。

1 低壓斷路器工作原理

低壓斷路器作為泵站用電系統中供配電線路、負載等電氣設備運行中起隔離、保護等功能的核心設備，其在優化選型設計過程中必須嚴格按照相關技術規范標準要求進行，即：對于工業用（或通用工程中），應按照GB14048.2-2008（IEC60947-2-2006）《低壓開關設備和控制設備第2部分：斷路器》中的相關技術規范要求進行；對于民用建筑和類似工程中使用的斷路器，應按照GB10963（IEC60898）《家用及類似場所用過電流保護斷路器》中的相關技術規范要求進行；對于設備用斷路器，應按照GB17701-2008（IEC60934）《設備用斷路器》中的相關技術規范要求進行。

泵站用電系統中的中低壓斷路器，其主要由觸頭、滅弧系統、脫扣原件、以及輔助觸頭、故障信號觸頭、操作機構等功能單元組成。其工作原理如圖1所示：

從圖1可以看出：斷路器中過電流脫扣器線圈和熱脫扣器熱元件同主電路間是串聯連接方式，而欠電壓脫扣器線圈則會主電路是并聯連接

方式。當斷路器主觸頭處于閉合狀態時，自由脫扣機構則會將主觸頭閉鎖在合閘位置處，其斷路器動作的安全可靠性。當用電回路出現短路、嚴重過負荷等問題時，過電流脫扣器線圈將會勵磁，銜鐵被吸合，使自由脫扣機構解除閉鎖并動作斷開斷路器主觸頭斷開電路，避免短路、過載電流等對電路中設備的沖擊破壞；同理，當電路發生過載運行工況時，熱脫扣器熱元件則會出現發熱問題，驅使雙金屬片發生彎曲，進而推動自由脫扣機構動作斷路電路，達到保護作用。

圖1 斷路器工作原理簡圖

2 斷路器合理選型與應用技術要點

2.1按通用性原則合理進行斷路器選型和應用

泵站用電系統斷路器在優化選型設計和應用過程中，應首先從通用性原則進行選型設計，即：（1）結合GB14048.2-2008（IEC60947-2-2006）《低壓開關設備和控制設備第2部分：斷路器》等相關技術規范要求，根據泵站用電系統中供配電線路中負載的性質、保護等級、故障類別、以及對供配電電路的保護要求，合理確定待選用斷路器的類型和型號。（2）在斷路器額定電壓（Ue）、額定頻率（f）等特征參數選擇時應與所在回路中的標稱電壓、標稱頻率相匹配。（3）認真計算供配電回路中負載電流，應在留有相應富裕電流容量基礎上選擇斷路器額定電流，確保其不小于所在回路的負載計算電流。（4）應根據斷路器使用范圍合理修正斷路器的一些特性參數，如：1）在GB14048中明確指出斷路器出廠時其脫扣值整定時的環境溫度特性為：“斷路器使用周圍空氣溫度不超過+40℃，且在24h內其環境平均溫度值不超過+35℃”。如果在進行斷路器優化選型或應用更換過程中，設計師認為斷路器使用環境溫度明顯高于上述溫度時，則需要按照樣本中的“溫度修正系數”對斷路器的溫度系數進行修正，以確保其運行的安全可靠性。2）在GB14048中明確指出斷路器安裝地點海拔高程不超過2000m，如泵站用電系統安裝地點超出2000m高程時，則設計師應與制造商協商，按照GB14048、《工業與民用配電設計手冊》等相關技術規范或設計手冊指導方法進行修正處理。（5）應進行詳細的用電系統短路電流計算，確保斷路器在短路工況下能夠滿足動、熱穩定等技術要求。

2.2斷路器上、下級保護配合的優化選擇與應用

在泵站用電系統優化設計和技術改造過程中，通常采用斷路器作為上、下級保護，則應重視斷路器動作的選擇性，確保上、下級間保護具有較高的協調配合特性。泵站用電系統斷路器上、下級間的選擇性配合，必須按照“選擇性、快速性、靈敏性”等進行優化選型與應用。選擇性同上下兩級斷路器間的保護配合有關，而快速性、靈敏性則同斷路器自身運行工況特性和線路運行方式有關。在用電系統優化選型設計和技術改造過程中，若上、下級斷路器保護搭配得當，則斷路器能夠根據回路運行工況的變換有選擇地準確將故障從回路中切除，確保泵站用電系統中其他非故障回路繼續穩定工作，縮小供電中斷范圍；反之，不合理的斷路器搭配方案，則可能影響泵站用電系統運行的安全可靠性和節能經濟性。

（1）斷路器上、下級保護動作為選擇性時，應重視斷路器電流脫扣器整定值與時間的匹配。筆者推薦上級斷路器其過載長延時和短路短延時的整定電流，宜按照不小于下級斷路器整定值的1.3倍進行選配，以確保斷路器上、下級間的保護動作具有較好的選擇性。泵站用電系統中的第一級斷路器（如變壓器低壓側進線）筆者推薦采用過載長延時、短路短延時（即按照0～0.5s延時可調保護特性進行選擇），不宜設置短路瞬時脫扣器；而對于第二級斷路器則筆者推薦宜設置過載長延時、短路短延時、短路瞬時、以及接地故障保護等控制保護功能。對于母聯斷路器則宜設置過載長延時、短路短延時等保護。而對于第一級和第二級間的短路延時配合，應設置一個

時間級差時間，確保斷路器保護有選擇性的動作，推薦不小于0.2s。

（2）如果上、下級斷路器類型不一樣時，如：當上一級選用選擇型斷路器，而下一級選用非選擇型斷路器時，則上一級斷路器的短路短延時脫扣器其整定電流，應按照不小于下一級斷路器短路瞬時脫扣器整定電流的1.3倍進行保護整定；同時上一級斷路器的瞬時脫扣器整定電流，應按照大于下一級斷路器出線端單相短路電流的1.2倍進行保護整定。

（3）如果上、下級均采用非選擇型斷路器時，應在短路保護整定過程中，加大上、下級斷路器的脫扣器整定電流值的保護級差。推薦上一級斷路器長延時脫扣器整定電流應按照不小于下一級斷路器長延時脫扣器整定電流的2倍進行整定；上一級斷路器的瞬時脫扣器整定電流應按照不小于下一級斷路器瞬時脫扣器整定電流的1.4倍進行。對于泵站用電系統而言，筆者推薦第一級保護電路（即變壓器低壓側主斷路器）應配置過載長延時、短路短延時（0.4s）保護特性，也就是說應考慮泵站用變容量以及低壓側額定電流，合理選擇主斷路器的脫扣器額定電流，推薦值如表1所示。

從表1可以看出，泵站用電系統的脫扣器額定電流的選用是按照1.4倍回路額定電流（即：變壓器低壓側額定電流的1.4倍）進行保護整定，則可以滿足泵站用電主斷路器在負荷率處于70%時能夠有效動作保護。

表1 泵站用變低壓進線側斷路器推薦選擇

3 結束語

斷路器作為泵站用電系統中的主要供配電、控制保護電氣設備，其優化選型設計和技術升級改造是系統具有較高安全可靠性和節能經濟性的關鍵。合理的進行斷路器的類型選擇和保護配合，才能達到對泵站用電系統調控的安全、可靠、合理動作保護。限流技術的進一步發展，使泵站用電系統中的各個控制、保護元器件不是孤立地、各自獨立運行，是相互影響、聯動、匹配地，以達到“1+1＞2”的功能作用，推動泵站高效節能的運營發展。

1 卜浩民. 斷路器的選擇性保護和限流[J]. 低壓電器, 2009, (3):51-55.

2 王厚余. 低壓電氣裝置的設計安裝和檢驗[M]. 北京:中國電力出版社, 2007.

3 錢金川, 賈文軍. 低壓斷路器的選型與應用[J]. 電氣制造, 2011,(8):38-41.

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.07.022

TV675

B

1672-2469(2014)07-0071-03

周明政（1982年—），男，工程師。