低壓斷路器在火電廠低壓配電系統中的應用

摘要：在火電廠中，發電機用到的斷路器的選擇是低壓配電系統中一項重要的設計，低壓斷路器可以對整個電路的回路進行短路保護、過載保護以及控制和隔離等，如果設計得不好，對電路的正常工作有著很大的影響。文章從低壓斷路器的各個方面進行分析，論述了火電廠發電原理和低壓斷路器應用要注意的問題，并對其保護整定進行了探討。

關鍵詞：低壓斷路器；火電廠；低壓配電系統；火力發電；短路保護；過載保護

中圖分類號：TM561 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）34-0045-03

1 低壓斷路器

1.1 低壓斷路器的選擇性

低壓斷路器的選擇和級聯保護性是設計低壓配電系統時應該注意的重點問題，為了保證電流脫扣器足夠的靈敏，一定要對選擇和規定低壓斷路器過流脫扣器額定電流。如果實際的環境的溫度和標準的溫度值不一樣的話，就要以制造商所給的溫度值和載流能力修正系數為依據，去對低壓斷路器的額定電流值進行調整。低壓電路器能夠對電路進行斷路保護、過載保護，起到控制和隔離的作用，在火電廠的配電系統中有重要的應用。低壓斷路器在配電系統中必須合理地設計和應用，否則將會影響電路的正常供電。所以，低壓斷路器的選擇是保證低壓配電系統安全、穩定的重要內容。低壓斷路器所要求的選擇性就是如果配電系統中發生電氣故障，有斷路器保護的系統，靠近故障點的斷路器會發出Qn動作，將故障清除，除此以外的斷路器不會發生此動作，為了能將斷電范圍控制在最小，保證其他地方的供電回路不受干擾。非選擇性低壓斷路器則是指發生電氣故障時，所有的斷路器均會發生動作，無故障的回路也不能保證正常的供電。低壓配電器使供電回路有連續性，給用戶帶來方便，其選擇性在低壓配電系統中舉足輕重。

選擇性低壓斷路器的保護分為兩種：兩段保護，三段保護。在發生短路時，其瞬時特性和短延時性就發揮作用，而長延時性則是多用于過載保護。對于非選擇性低壓斷路器而言，其多為瞬時動作，一般都只用來做短路保護，而其長延時動作一般都用于負荷保護。在低壓配電系統中，若上一級斷路器用的是選擇性斷路器，那么下一級可能同為選擇性斷路器，也可能為非選擇性斷路器。這主要的依據是短延時脫扣器的延時動作和其延時時間的不一樣，從而得到選擇性。獲得上一級的延時動作時，需要注意：（1）不管下一級是什么樣的斷路器，選擇性還是非選擇性，下一級斷路器出線端的最大三相短路電流都要比上一級斷路器的瞬時過電流脫扣器整定電流的1.1倍小；（2）在下一級是非選擇性斷路器的情況下，通常下一級的瞬時過電流脫扣器要小于上一級斷路器的短延時過電流脫扣器的1.2倍。這樣是為了避免當下一級斷路器所保護的回路發生短路電流時，因為其瞬時動作沒有足夠的靈敏性，導致上一級短延時過電流脫扣器先發出動作，失去了其選擇性；（3）在下一級也是選擇習慣斷路器的情況下，一般上一級的斷路器的短延時動作的時間和下一級斷路器的短延時動作的時間相比，至少多出0.1秒；（4）通常情況下，上一級的斷路器適合選擇短延時的過流脫扣器，并且其動作電流要超過下一級過流脫扣器的動作電流一級以上。

1.2 低壓斷路器的級聯保護性

低壓配電系統的設計中的低壓斷路器的上下兩級之間在進行選擇性配合時，一定要有三個特性，即選擇性、快速性和靈敏性，而級聯保護性使其對電流進行限制的具體應用，它的主要原理是為了能夠降低成本、降低費用。在選擇下級斷路器時，利用上級的斷路器的限流作用，盡量選擇分斷能力比較弱的斷路器。

可以通過上級的限流型斷路器來對最大預期短路電流做一個判斷，在配電系統中，上下級低壓斷路器的安裝是要串聯的，這樣發生短路時，下級低壓斷路器才能根據實際值和預期短路電流的比較進行判斷。這就是級聯保護，但是其也有一定的條件要求，比如說：在相鄰的回路中是不可以有重要負載的，級聯數據的測定只能用實驗的方法，如何對上下級的低壓斷電器進行配合選擇，這要看低壓斷路器的制造商提供的數據。

1.3 低壓斷路器的靈敏度

低壓斷路器在對電路進行保護時，其靈敏度必須有保證，即使發生最細微的短路故障，斷路器也能夠產生動作，以確保其瞬時和短延時過流脫扣器能在系統最小運行下進行保護。《低壓配電設計規范》中強調低壓斷路器保護的靈敏度必須在1.3以上，即SP=lK·min/IOP≥1.3，不等式中的IOP是指瞬時或短延時過流脫扣器的動作電流，SP就表示低壓斷路器的靈敏度，一定要注意對低壓斷路器的靈敏度的檢驗，如果選擇性斷路器既具有短延時，又具有瞬時過電流脫扣器，那么就只需要檢驗短延時的過電流脫扣器的動作靈敏度，瞬時過電流脫扣器的靈敏度就無需檢驗了。

2 火電廠配電系統中低壓斷路器的選擇與應用

2.1 低壓斷路器過流脫口額定電流的選擇

線路的計算電流為130，低壓斷路器的過流脫扣器的額定電流一定不能比計算電流小，也就是IN·OR≥130。

2.2 低壓斷路器過流脫扣額定電流的整定

首先是瞬時電流脫扣器動作電流的整定，在啟動過程中，某些電器設備作為低壓斷路器的保護對象，在短時間內產生的高峰值電流會高于額定電流數倍，這樣低壓斷路器在短時間內承受的尖峰電流非常大。瞬時過電流脫扣器的動作電流Iop（o）必須超過線路的尖峰電流IPK，即Iop（o）≥Krel·IPK式中Krel為可靠系數，這樣才能保證電路的安全。所以，在選擇斷路器時，為了避免低壓斷路器發出錯誤的動作，注意低壓斷路器的瞬時過電流脫扣器的整定電流一定要躲過尖峰電流。其次是短延時過流脫扣器動作電流和動作時間的整定：同樣其也要躲過尖峰電流，即Iops≥Krel·Ipk。

2.3 過流脫扣器的動作電流和被保護線路的配合要求

線路負荷過重或短路可能會導致絕緣線溫度過高而受損，嚴重情況下可以導致失火，低壓斷電器就會一直跳閘，為了避免這種情況的發生，低壓斷路器過流脫扣器的動作電流要滿足Iop不大于Kol·Ial，其中Ial就是絕緣線纜可以通過的截流量，Kol是負荷系數。endprint

若是這幾種情況的配合條件都不能滿足，那么脫扣器動作電流就是選擇了，也可以將導線適當地加粗，或者是加大電纜線芯的截面積。

3 火電廠配電系統中低壓斷路器應注意的問題

3.1 注意低壓斷路器的環境溫度

低壓斷路器是借助熱脫扣器來完成過載保護的，一般情況下低壓斷路器的熱脫扣器的額定電流是在30℃的基準溫度下，制造商根據IEC898標準制定的。熱脫扣器的組成主要是兩個金屬片，過載電流會在電路發生過載時，通過加熱電阻絲將雙金屬片加熱變形甚至是發生彎曲，從而會頂開搭鉤，斷開低壓電路器的觸點。低壓斷路器的熱脫扣器和環境溫度有著密不可分的關系和影響，低壓斷路器的額定電流會隨著環境溫度的變化而變化。通常情況下，低壓斷路器在配電盤上有序的排列，再把配電盤安裝在配電箱內。配電箱有明裝和暗裝兩種方式，和暗裝配電箱的散熱效果相比，明裝配電箱的散熱效果明顯要更好，這是因為暗裝配電箱中的空氣不能產生對流，那么它的散熱效果就不好，低壓斷路器的升溫使得配電箱內周圍的環境的空氣溫度迅速上升。因此，低壓斷路器的實際工作溫度就會高出首位環境的溫度10℃～15℃左右。環境溫度不符合校準溫度時，一定要對低壓斷路器的額定電流進行修正，這要依據制造商提供的載流能力和溫度修正的系數表。拿C65N/H舉個例子，若是單個安裝C65N/H低壓斷路器，周圍的環境溫度是30℃，而C65N/H的額定電流是20A，某公司的實際工作電流為20A；當C65N/H低壓斷路器單個安裝時，周圍的環境溫度為40℃，其額定電流是20A，那么其實際工作的電流就會是18.97A；若是低壓斷路器C65N/H多個一起安裝在配電箱內，環境的溫度是30℃，低壓斷路器的額定電流是20A，那么其工作電流就是16A；若是低壓斷路器C65N/H多個一起安裝在配電箱內，環境的溫度是40℃，低壓斷路器的額定電流是20A，那么其工作電流就是15.18A。通過這幾條我們可以得出，低壓斷路器的實際電流是會受環境溫度和安裝方式的影響的，無論其中哪一個變化了，低壓斷路器的實際電流都會發生變化。

3.2 注意斷路器配出導線界面的選擇

導線截面選取的原則就是導線的截流量要超過保護電器的額定電流，但是在實際設計的時候，選取時要考慮兩個問題，才能對低壓配電線路起到保護作用：

3.2.1 長延時過電流脫扣器脫口電流確定導線截面：要按持續電流截流量超過1.35來選擇導線截面。如果選擇的持續截流量剛剛超過額定電流的導線，那么就會導致在這段時間內，導線由于超負荷工作而發熱，進而影響其使用壽命。

3.2.2 電壓損失校驗截面：導線的截面是通過脫扣器整定電流來確定的，電壓損失可能會因為配電線路過長而變大，那么就有必要加大導線的截面，這樣才能滿足電壓損失的要求。

4 火力發電廠的原理、設備及過程

4.1 原理

利用石油、煤炭、天然氣等燃料燃燒時產生的熱能來加熱水，使水變成能推動發電機發電的高溫、高壓水蒸氣，這種發電的方式就是火力發電，而以煤、石油、天然氣這幾種燃料發電的廠叫火電廠。

4.2 設備

火力發電以五大系統為基礎，包括燃料供給系統、蒸汽系統、電氣系統、汽水系統以及冷卻系統，同時配有相應的輔助設備。火力發電的關鍵是提高熱效率，直觀上就是提高鍋爐上顯示的蒸汽的壓強和溫度。20世紀90年代的時候，世界上最好的火電廠的熱效率也不過是40%，大行宮熱電廠的熱能的利用率也只是在60%～70%。但是，火電發電使用的原料造成的污染卻是很嚴重的，漸漸成為人們關注的焦點。

4.3 火力發電的過程

其基本生產流程為：

4.4 火電廠的特點

（1）火電廠的布局很精巧，裝機的容量可以根據大小適當地調節；（2）建造火電廠耗費的時間很短，投資也少和水電廠相比，無論是建造時間，還是耗費的資金都是水電廠的一半；（3）火電廠的運營成本比較高，因為火電廠是以燃煤為主，每年發電耗費的煤量占全國煤炭用量的1/4左右，這其中還有運煤的耗費和用水的費用，相對于水電廠來說，成本就要高出三四倍左右；（4）火電廠運行的系統多，所需要的設備就比較復雜繁多，用電量和所需的工作人員比較多，運行費用很高；（5）火電廠燃燒的燃料會造成很大的空氣污染和環境污染；（6）汽輪開機和停機的過程消耗時間久，浪費資金，作為調峰電源來用不是很合適。

5 火電廠低壓配電系統中斷路器的應用與保護鑒定

斷路器的保護鑒定：低壓電路有一個基本的整定原則，就是機器設備在正常使用或正常啟動時，不應該發生保護動作，一旦機器設備不能正常啟動或是正常運作過程中出現故障了，在規定時間內，保護動作一定要發生，切斷故障，保護整個電路的回路安全。保護在切斷故障時，是要有一定的選擇性的，實際意思就是說，保護要盡可能地把障礙在靠近故障點的地方就切除，在這個過程中，上一級不應該發生保護動作。

低壓斷路器的應用恒定有五種特殊的情況：

5.1 變壓器低壓側總開關

現在，越來越多的低壓斷路器被選擇用于變壓器低壓側總開關，但這些斷路器是有其特殊性要求的。低壓側總開關安裝的位置一般都在低壓配電柜里面，低壓配電柜的質量在不斷提高，一般低壓側總開關和各支路出線斷路器之間是基本上不會發生短路和接地故障的，所以是可以不用設置保護的，短路僅僅是為了起到隔離的作用。但是，有的時候為了安全起見，也會將這個開關設置成長延時，這樣就可以對過負電荷起到保護作用。

5.2 低壓配電柜進線開關

低壓配電柜進線開關類似于變壓器低壓側總開關，在其選用低壓斷路器時，是可以不設置保護的，亦或是只設置過荷保護即可。

5.3 短線路出線斷路器

因為線路電纜是比較短的，所以如果按照電纜末端短路對出線斷路器的瞬時保護進行整定，就不容易與上一級的斷路器的瞬時保護進行配合，這時的舒適保護就達不到選擇性的要求，沒有發揮保護的作用。發生這種情況時就要根據實際的具體情況，在選擇性上做一些相應的改變，一種處理是可以直接就把瞬時保護取消，如果在本線路發生短路故障，那就依靠延時保護動作對故障進行切除或者是參照上一級的瞬時保護值，人為地把本級的瞬時保護值降低，這個時候就可能會加大本級瞬時保護發生錯誤動作的幾率，一般都用在下一級負荷不是很重要的時候。

5.4 照明回路

照明回路中，設備的啟動問題是不存在的，照明負荷就相對也會很穩定，那么以下原則進行整定是再合適不過了：

瞬時保護：Idz3=10Ied

短延時保護：Idz2=（3～4）Ied

長延時保護：Idz1=Ied

5.5 電動機啟動時間很長

有些電動機啟動的時間比較長，短延時保護的時限一般為30～60秒之間，在啟動過程中出現短延時保護動作是很容易的，主要就是因為啟動的時間太長。同樣，這時要根據實際的具體情況，拉長短延時的保護的時限，可能到120秒甚至是更長，這樣就能錯開發動機的啟動時間。

6 結語

低壓斷路器被廣泛地用到火電廠的低壓配電系統中，如何對低壓斷路器進行保護整定一直是專家不斷探索和思考的問題。火電廠的低壓配電系統采用何種低壓斷路器進行保護，存在一定的問題。而且，實際情況的不同，也會對保護整定的結果有一定影響，總之，關于低壓斷路器在火電廠低壓配電系統中的應用這一問題還需要進一步研究、總結和完善。

參考文獻

[1] 潘磊.火電廠發電機斷路器設計選型分析[J].城市建設理論研究（電子版），2013，（21）.

[2] 張純憶.配電系統中低壓斷路器的選擇和應用[J].建筑電氣，2009，（28）.

[3] 蘇叔陽.低壓斷路器在配電系統設計中應注意的問題[J].內蒙古煤炭經濟，2008，（3）.

作者簡介：李亞軍（1982-），男，陜西周至人，神華陜西國華錦界能源有限責任公司工程師，研究方向：火電廠集控運行。endprint