淺析負荷開關在地鐵車站低壓配電系統的應用

李 博

（深圳市地鐵集團有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引言

深圳地鐵已建成運行5條線路78個車站，三期在建7、9、11號線計107公里68個車站。地鐵車站低壓配電系統為單母線分段運行，配線結構以放射式為主，少量樹干式。前5條線低壓電器開關全部使用斷路器，而三期設計時除使用斷路器外，部分位置處改用負荷開關。

下面首先對負荷開關（熔斷器式）和斷路器進行分析比較，再闡述三期設計采用負荷開關的原因，供同行借鑒。

1 負荷開關

結構組成：絕緣底座、夾座（靜觸頭）、閘刀（動觸頭）、熔斷器、操作杠桿、滅弧裝置

用途：不頻繁地手動接通和分斷正常負載電流，并在短路情況下由熔斷器分斷故障相電流。

特點分析：

·結構簡單，刀臂動作直接、故障隱患少。

·各組成零部件直接可視，易發現異常或故障跡象。

·動、靜刀口分開時具有明顯可見的斷開點，間距滿足IEC隔離器的電氣間隙要求，可用于檢修隔離。

·帶有簡單滅弧裝置，具備一定滅弧能力，可以分合額定負載電流，而不用擔心如隔離開關的帶負荷分合閘的誤操作風險。

·短路耐受電流指標高，開關自身動、熱穩定性非常好。

·具兩段保護（反時限過載和瞬動短路保護），但保護特性曲線不可調。

·保護動作時三相熔斷器不能同步分斷，易造成負載缺相，需額外配置相序保護。

2 斷路器

結構組成：殼體、觸頭、機械三連桿、脫扣器、滅弧室

用途：可手動不頻繁分合負載回路，線路故障時因保護（過載、短路、欠壓等）自動分閘切除故障線路。

特點分析：

·高短路電流分斷能力，由觸頭機械分離實現分斷短路電流，但是短路耐受電流較負荷開關低，目的是分斷短路電流而不是承受。

·有多段保護，保護功能遠優于負荷開關。保護啟動后可以自動脫扣分閘和發出報警信號。

·保護曲線可微調或自行設置，上下級保護好配合，較易實現選擇性。

·滅弧設計完善，分斷負載電流時熄弧快。

·分合閘有彈簧加速，過程時間短，因此拉弧小，更易分合大負載電流。

·機械連桿關節多，除分、合位外還多出一個脫扣位，機械可靠性較不如負荷開關。

·結構密閉、緊湊，但組成部件完全隱藏不可視，因此維修較負荷開關復雜。

3 應用對比分析

對比負荷開關和斷路器特點，可以總結出兩者的功能特點是迥異的。負荷開關最大特點是結構簡單，重在有明顯線路斷開點，你看到開關分閘了，那它就一定分斷了。而斷路器只能看到開關外部手柄分閘了，但有可能因斷路器內部故障而實際觸頭并沒有分離，此時如果檢修下端設備就有可能觸電。斷路器最大優勢在于保護性能強大，重在應對故障時自動切除故障線路，其突出目的是為了線路保護。因此，盡管兩者都能分合電路，但并不能互相替代任意選擇。線路設計時，設計人員要先決定是需要安全隔離還是首要切除故障負載，之后就能明確是用負荷開關還是斷路器。國內八十年代后斷路器發展迅速，特別是梅蘭日蘭微斷，如此小體積而又高性能指標的開關電器，令不少設計院電氣設計人員眼前一亮，認為斷路器是先進的產品，應該替代落后的負荷開關，結果是斷路器一度風靡天下迅速取代了飽受詬病的HK膠蓋負荷開關，其后九十年代建筑電氣設計中幾乎已看不到負荷開關、熔斷器等類別的產品，而是清一色的各式斷路器。深圳地鐵一、二期車站低壓配電就全部采用了斷路器（包括框架式、塑殼式和微型斷路器）。反觀國外，斷路器技術的發源地歐洲，熔斷器組、刀開關至今仍占據過半江山，并沒有被斷路器替代。由于回路分配適應設備房間分布的需要，全部采用斷路器后車站配電實際超過了三級保護，參數整定上已做不到選擇性，造成上下級甚至三級同時跳閘，既擴大停電范圍也迷惑故障查找。其二，檢修時又缺少電源隔離斷開點，運營反映在末級檢修時往往要在變電所低壓柜抽屜處斷電并留人看守，期間要通過對講通訊協調確認和送電測試，作業效率極低。為此，深圳地鐵三期工程對車站斷路器的使用進行了專題研討。分析地鐵車站配電系統，為了供電的可靠性，基本上采用了星形配線結構，只有少數回路如檢修插座箱采用的是樹干式配電。對于星形回路，低壓柜饋出選擇斷路器，在二級配電箱進線處采用負荷開關，配電箱饋出至設備采用斷路器，這樣配電箱饋出斷路器承擔負載設備的保護，低壓柜饋出斷路器承擔線路的保護，配電箱負荷開關提供設備檢修所需的停電斷開點。對于樹干式回路，分支處仍舊采用斷路器以把故障限制在分支點以下，任一分支檢修時主干線停電。由于樹干式結構本身對供電可靠性要求低，對于很少同時使用的檢修電源如此設計也是完全可以接受的。深圳地鐵三期7、9、10號線即按此原則落實車站配電設計。

4 負荷開關選型

首先，開關額定電壓與所在回路額定電壓相適應，還應考慮正常工作時可能出現的最高電壓。地鐵車站低壓配電網是交流220380V，考慮夜間停運期間網壓升高，選用國內標準普通500V產品即可。

其次，開關的額定電流應大于回路總負載的額定電流，且要避開電動機正常起動電流的熱效應。建議按回路額定電流的3-4倍選擇，側重于熔斷器做為斷路器的短路后備保護而熔斷器的過載保護效果不如斷路器，所以過載保護以相鄰斷路器承擔優先。

之后，進行短路校驗，負荷開關的動穩定電流、熱穩定電流應大于安裝點預期的三相短路電流峰值。

再后，設計人員需選擇確定負荷開關的操作形式。根據安裝位置空間條件，選擇前或側面操作、有無輔助杠桿，以便后續確定配電箱尺寸和布線。帶輔助杠桿可以減少操作時人員觸碰電弧的風險，安全性較好。地鐵車站及區間環境潮濕多粉塵，應該使用安全性更好的輔助操作杠桿，在箱門關閉時進行分合閘操作，特別是在分斷負荷電流時。國內負荷開關生產歷史并不短，20世紀80年代前應用非常廣泛，而且系列眾多。綜合對比技術差異和價格，地鐵車站即使是小負載也不應再選用HK膠蓋負荷開關。受制于經濟條件，國內80年代前小電流場合普遍使用HK膠蓋負荷開關，可以說是一統天下，其雖也能不頻繁分斷小負荷電流，但滅弧能力差、通斷能力差，觸刀夾持力不穩定而造成刀柄易松動，且無操作杠桿而需人手近距離貼近操作，起火、傷人案例時有報道，實踐證明安全、可靠性遠低于其它形式的負荷開關。推薦使用引進歐洲技術的GGLR型負荷開關，除性能指標上均優于國內的HH、HR系列，在細節方面更有較多優點，如組件模塊化，體積小，外殼封閉帶觀察窗等等。ABB、施耐德等國際品牌負荷開關的主打系列均是此型技術或基于此型技術。隨著技術引進國內，當前不但已國產化且正逐步成為國內負荷開關的主流。地鐵車站可能選用的負荷開關在此系列中均可以找到相應的規格。深圳地鐵三期車站配電箱負荷開關全部選擇此系列產品。

5 總結

車站400V低壓配電雖不必在斷路器前后均配置隔離開關，但應重視和擴大負荷開關的使用，使設備檢修時能就近有隔離斷開點。過多級的保護并不是就可靠，反而因為無選擇性而擴大影響和增加故障處理難度。本文分析略顯粗糙，僅從使用層面簡單分析，只是點到并沒深入，供同行參考。