關(guān)于10kV 配電房高低壓開(kāi)關(guān)的選擇與保護(hù)配合探討

沈彬冰

（浙江智輝電力工程有限公司，浙江 嘉興 314000）

從某種角度上講，10kV 配電房在整個(gè)電力系統(tǒng)中處于中樞環(huán)節(jié)，配電房的運(yùn)行直接決定著整個(gè)用電環(huán)節(jié)的穩(wěn)定性。在10kV 配電房中，高低壓開(kāi)關(guān)的選擇和保護(hù)配合至關(guān)重要，如果不能采取有效措施將二者進(jìn)行協(xié)調(diào)，就會(huì)直接影響各個(gè)地區(qū)的用電情況。

1 10kV 配電房高低壓開(kāi)關(guān)

1.1 高壓開(kāi)關(guān)

1.1.1 負(fù)荷開(kāi)關(guān)

國(guó)內(nèi)早期的負(fù)荷開(kāi)關(guān)分為兩種，分別是產(chǎn)氣式和壓氣式，二者的主要作用均為斷開(kāi)工作電流。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)階段高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)多選SF6 或真空負(fù)荷開(kāi)關(guān)，這兩種開(kāi)關(guān)有很多優(yōu)點(diǎn)，例如穩(wěn)定性較強(qiáng)、成本消耗低、維護(hù)費(fèi)用低、適用期限長(zhǎng)等，因此在很多10kV 配電房的高壓開(kāi)關(guān)中均被廣泛使用。

1.1.2 斷路器

斷路器是指當(dāng)電流出現(xiàn)短路時(shí)則會(huì)自動(dòng)斷路，通常情況下，斷路器由絕緣介質(zhì)組成，常見(jiàn)的有SF6 斷路器和真空斷路器[1]。人工智能化時(shí)代的到來(lái)，斷路器也在進(jìn)行不斷發(fā)展和創(chuàng)新。現(xiàn)階段斷路器基本上是由永磁式操作機(jī)構(gòu)成，在工作中可以自動(dòng)化控制或?qū)﹄娐菲鸬蕉问郊叭问降谋Ｗo(hù)。在整個(gè)電力系統(tǒng)中，若出現(xiàn)故障或設(shè)備超負(fù)荷等現(xiàn)象，斷路器會(huì)自動(dòng)切斷電流，從而保護(hù)其它電路裝置。

1.1.3 負(fù)荷開(kāi)關(guān)-熔斷器組合電器

負(fù)荷開(kāi)關(guān)首先可以對(duì)供電系統(tǒng)中的電流進(jìn)行切斷或者轉(zhuǎn)移，如果在整個(gè)電路中出現(xiàn)較大的電流，比如通常情況下有短路電流或者由于電氣負(fù)荷超載產(chǎn)生的電流，此時(shí)就可以使用到熔斷器組合電器，從而對(duì)所有電路進(jìn)行斷開(kāi)。這樣一來(lái)，不僅能夠保護(hù)到負(fù)荷開(kāi)關(guān)，同時(shí)也會(huì)保護(hù)其他電器，將負(fù)荷開(kāi)關(guān)和熔斷器進(jìn)行組合，運(yùn)行穩(wěn)定性會(huì)更高，對(duì)電流的操作靈活性更好，且對(duì)電力系統(tǒng)的保護(hù)性也會(huì)更強(qiáng)，因此在10kV 的配電房供電系統(tǒng)中，經(jīng)常可以看到該組合電器。

1.1.4 主要參數(shù)設(shè)置

1.定電壓。不同國(guó)家對(duì)額定電壓的概念解釋不同，例如最初階段，在中國(guó)額定電壓是指設(shè)備能夠承受的標(biāo)稱(chēng)電壓，而國(guó)外額定電壓是指設(shè)備承受的最大電壓。現(xiàn)階段隨著概念的不斷完善，中國(guó)也對(duì)額定電壓重新定義，指設(shè)備所能承受的最高電壓。

2.額定電流。額定電流具有四種能力，首先，它具有斷開(kāi)空載變壓器的能力。例如，假設(shè)開(kāi)關(guān)設(shè)備進(jìn)線(xiàn)和出線(xiàn)的橫截面積為240mm2，可以看出充電電流應(yīng)保持在每公里1.8A 左右。若假設(shè)電線(xiàn)的截面積是300mm2，則充電電流每千米大概保持在2A 左右。因此可見(jiàn)，在設(shè)備正常運(yùn)行的情況下，操作人員應(yīng)當(dāng)使開(kāi)關(guān)關(guān)斷電纜的充電電流大于或者等于16A。其次，它具有斷開(kāi)電纜充電電流的能力。在配電房具體設(shè)計(jì)和安裝階段，技術(shù)人員會(huì)按照配電網(wǎng)的實(shí)際需求，正確選擇可靠的斷路設(shè)備，并且也會(huì)有效結(jié)合未來(lái)電網(wǎng)的發(fā)展前景等各種影響因素，最終綜合判定并選擇合適的設(shè)備。當(dāng)然，在選擇開(kāi)關(guān)設(shè)備時(shí)，無(wú)需參考此參數(shù)。額定電流的第三種能力為具有動(dòng)熱穩(wěn)定承受能力，最后一個(gè)功能是關(guān)閉短路電流的能力。

3.轉(zhuǎn)移電流。對(duì)于三相對(duì)稱(chēng)電流來(lái)講，通常電力設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)，該值也是穩(wěn)定的。若低于該值，會(huì)由熔斷器進(jìn)行切斷電流，變成兩相電流。若高于該值，三相電流就會(huì)由熔斷器進(jìn)行開(kāi)斷，若整個(gè)電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，熔斷器就會(huì)憑借機(jī)械動(dòng)作對(duì)電流進(jìn)行轉(zhuǎn)移，從而保護(hù)各個(gè)通電設(shè)備。

1.1.5 變壓器的分類(lèi)及工作原理

變壓器的具體選擇會(huì)受到周?chē)h(huán)境的影響，例如在一些公共場(chǎng)所中塵土較多，此時(shí)應(yīng)當(dāng)選擇耐腐蝕度較高的變壓器，例如密閉型變壓器或者防腐型變壓器。再如，若是民用建筑的用電，一般對(duì)供電系統(tǒng)的要求不太嚴(yán)格，此時(shí)就可以選擇三廂油浸自冷變壓器。若是在高層建筑或者化工廠(chǎng)、電廠(chǎng)的環(huán)境下，對(duì)變壓器的要求就會(huì)非常嚴(yán)格，此時(shí)應(yīng)當(dāng)采用干式變壓器。除此之外，專(zhuān)業(yè)人員在選擇主變壓器的數(shù)量與種類(lèi)時(shí)，還要確保滿(mǎn)足供電區(qū)域的供電條件、總功耗和負(fù)荷。

1.2 低壓開(kāi)關(guān)

1.2.1 A 類(lèi)斷路器

在《低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備——第二部分：斷路器》中明確規(guī)定，若電力供電過(guò)程中出現(xiàn)短路，切斷路器沒(méi)有明確用在串聯(lián)的負(fù)荷側(cè)另一短路保護(hù)裝置中，就會(huì)進(jìn)行選擇性保護(hù)，簡(jiǎn)單來(lái)講是指當(dāng)電流出現(xiàn)短路時(shí)，人為無(wú)法及時(shí)解決，就會(huì)依賴(lài)斷路器對(duì)電流進(jìn)行處理，該類(lèi)斷路器就是A 類(lèi)斷路器。A 類(lèi)斷路器具有使用時(shí)間較長(zhǎng)，反應(yīng)較靈敏的優(yōu)勢(shì)，但是保護(hù)特性較低。通常情況下，市面上的A 類(lèi)斷路器一般是由塑殼斷路器構(gòu)成，當(dāng)然也有一部分熱繼電器或電磁鐵過(guò)載，短路保護(hù)等的萬(wàn)能式斷路器也被歸為A 類(lèi)斷路器中。

1.2.2 B 類(lèi)斷路器

在《低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備——第二部分：斷路器》中也明確規(guī)定出，若斷路器明確安裝在負(fù)載的一側(cè)，并且起到選擇性的保護(hù)作用，同時(shí)可以通過(guò)人為干預(yù)對(duì)電流進(jìn)行調(diào)節(jié)作用，這類(lèi)斷路器就是B 類(lèi)斷路器[2]。B 類(lèi)斷路器通常有三段保護(hù)，分別為過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)短路，短延時(shí)以及短路瞬動(dòng)保護(hù)等。例如，若整個(gè)電流中下級(jí)負(fù)載出現(xiàn)短路故障，則此時(shí)斷路器會(huì)瞬動(dòng)保護(hù)，若上級(jí)斷路器出現(xiàn)短路時(shí)，下級(jí)斷路器則會(huì)跳閘，且時(shí)間會(huì)延長(zhǎng)0.1 秒左右，此時(shí)就能對(duì)下級(jí)所有的電器設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，此時(shí)被稱(chēng)為選擇性保護(hù)。

1.2.3 主要參數(shù)設(shè)置

1.額定電壓。相間電壓，即線(xiàn)電壓，是所謂的額定電壓。

2.額定電流。殼架等級(jí)額定電流表示斷路器的最大額定電流。

3.過(guò)載、短路保護(hù)特性。在二段式保護(hù)中，若出現(xiàn)載長(zhǎng)延時(shí)、瞬間短路的情況，通常會(huì)在20ms 到30ms之內(nèi)產(chǎn)生斷路瞬時(shí)分閘。在三段式保護(hù)中，通常短路短延時(shí)是0.1 秒的倍數(shù)。

4.短時(shí)耐受電流ICW。經(jīng)過(guò)多種實(shí)驗(yàn)測(cè)定，斷路器所能承載的短時(shí)耐受電流值一般是在B 類(lèi)斷路器中才能發(fā)揮作用，也就是具有短路短延時(shí)的特征。

5.短路分?jǐn)嗄芰Α６搪贩謹(jǐn)嗄芰梢苑殖蓛煞N，它們分別是極限分?jǐn)嗄芰筒僮鞫搪贩謹(jǐn)嗄芰3]。在具體運(yùn)行過(guò)程中，斷路器的額定短路分?jǐn)嗄芰νǔ４笥诨虻扔陬A(yù)期短路電流。電力操作人員通常也會(huì)選擇運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰Γ驗(yàn)檫@樣一來(lái)，可以最大程度提高用電的安全性。

2 10kV 配電房高低壓開(kāi)關(guān)的選擇原則

2.1 高壓開(kāi)關(guān)選擇原則

若配電房中的總變壓器容量小于等于800kVA，且干式變壓器容量小于等于1250kVA，通常會(huì)選擇高壓開(kāi)關(guān)，且會(huì)與負(fù)荷開(kāi)關(guān)-熔斷器進(jìn)行組合，提高用電安全性。

2.2 低壓開(kāi)關(guān)選擇原則

第一，在分支線(xiàn)配電開(kāi)關(guān)選擇低壓開(kāi)關(guān)之后，應(yīng)當(dāng)配合選用A 類(lèi)斷阻器。第二，若高壓開(kāi)關(guān)使用了斷路器，低壓開(kāi)關(guān)就會(huì)選擇B 類(lèi)斷路器。第三，若配電房的高壓開(kāi)關(guān)使用了負(fù)荷開(kāi)關(guān)-熔斷器組合，低壓開(kāi)關(guān)應(yīng)當(dāng)分情況討論。若熔絲的熔斷時(shí)間大于20ms，則會(huì)選擇B 類(lèi)斷路器，若有架空情況出現(xiàn)，才會(huì)選擇A類(lèi)斷路器。

3 10kV 配電房高低壓開(kāi)關(guān)的保護(hù)配合

3.1 配電房高壓開(kāi)關(guān)柜與變電站出線(xiàn)開(kāi)關(guān)柜的保護(hù)配合

在變電站的一條線(xiàn)上出現(xiàn)多個(gè)斷路器時(shí)，配電室的正線(xiàn)應(yīng)為架空線(xiàn)或架空線(xiàn)與電纜的混合線(xiàn)，在眾多配電房中，若有一個(gè)配電房出現(xiàn)短路故障，則該配電房中的變壓器保護(hù)開(kāi)關(guān)柜、進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)柜和變電站出線(xiàn)開(kāi)關(guān)柜，都會(huì)迅速跳閘進(jìn)行保護(hù)，然后變電站出線(xiàn)的開(kāi)關(guān)就會(huì)出現(xiàn)重合，恢復(fù)沒(méi)有出現(xiàn)故障的路段供電。但是如果主干線(xiàn)全部為全電纜線(xiàn)路，出現(xiàn)同樣故障之后，就不會(huì)出現(xiàn)跳閘重合，因此也會(huì)造成全路線(xiàn)停電。如果配電房的開(kāi)關(guān)柜選擇負(fù)荷開(kāi)關(guān)柜，而變壓氣的保護(hù)柜選擇負(fù)荷開(kāi)關(guān)-熔斷器組合柜，此時(shí)若變壓器內(nèi)部出現(xiàn)短路，熔斷器則會(huì)利用快速切斷短路故障的作用與變電站的出線(xiàn)開(kāi)關(guān)做好配合工作，在20ms 或100ms 以?xún)?nèi)將變電站的出線(xiàn)開(kāi)關(guān)全部分?jǐn)唷Ｈ绻羌芸站€(xiàn)或架空線(xiàn)與電纜的混合線(xiàn)，通常情況下站內(nèi)開(kāi)關(guān)會(huì)設(shè)置一次重合閘，這樣一來(lái)，瞬時(shí)性故障就會(huì)較少出現(xiàn)。

3.2 高壓開(kāi)關(guān)與低壓開(kāi)關(guān)的保護(hù)配合

3.2.1 短路電流的計(jì)算

某配電房線(xiàn)路及變壓器參數(shù)，計(jì)算結(jié)果如表1。變電站到配電房的主干線(xiàn)路為L(zhǎng)GJ-240/3km，1km 線(xiàn)路電阻R=0.14，電抗X=0.31；變壓器容量SN=500kVA，阻抗電壓Uk=0.045p.u.，變比=10/0.4；變壓器低壓出口d2 與低壓出線(xiàn)柜下母排d3 的距離為5m，1km 母線(xiàn)電阻R=0.04，電抗X=0.168；低壓出線(xiàn)（支線(xiàn)一）d4與低壓出線(xiàn)柜下母排d3 的距離取50m；低壓出線(xiàn)（支線(xiàn)一）d5 與低壓出線(xiàn)柜下母排d3 的距離取100m；BVV 架空線(xiàn)路，線(xiàn)橫截面積為120mm2，1km 線(xiàn)路電阻R=0.143，電抗X=0.32。

表1 相關(guān)點(diǎn)三相短路計(jì)算值

3.2.2 低壓總開(kāi)關(guān)與高壓斷路器柜的保護(hù)配合

通常情況下，高壓斷路器柜電流速斷保護(hù)整定原則會(huì)按照以下公式進(jìn)行：

其中可靠性系數(shù)Krel的值為1.3，但是在具體運(yùn)行過(guò)程中，高壓端的速斷保護(hù)會(huì)有時(shí)間限制，因此變壓器的低壓側(cè)發(fā)生短路之后，開(kāi)關(guān)動(dòng)作就會(huì)停止[4]，而此時(shí)也會(huì)對(duì)整個(gè)電路起到最大的保護(hù)作用。低壓側(cè)總開(kāi)關(guān)選用時(shí)可以選擇智能式的帶短路短延時(shí)的開(kāi)關(guān)，這樣可以提升整個(gè)線(xiàn)路的穩(wěn)定性。但是如果高壓斷路器柜采用了反時(shí)限的保護(hù)方式，通過(guò)人為可以對(duì)斷路器的選擇進(jìn)行保護(hù)值設(shè)定，根據(jù)值的變化，對(duì)整個(gè)斷路器的功能進(jìn)行調(diào)節(jié)。低壓側(cè)通常情況下會(huì)選擇智能式帶短路的延時(shí)的開(kāi)關(guān)，與高壓側(cè)進(jìn)行配合，從而起到保護(hù)作用。

3.2.3 低壓總開(kāi)關(guān)與高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)-熔斷器組合電器的保護(hù)配合

在高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)-熔斷器組合柜中所使用的熔絲會(huì)與變壓器相配套，并且反時(shí)限熔斷的時(shí)間也會(huì)由于安裝的位置不同而產(chǎn)生各種差異。若低壓柜母排d3 或者分支線(xiàn)出口出現(xiàn)了三相短路故障，短路的電流會(huì)折算到高壓側(cè)，此時(shí)的熔斷時(shí)間會(huì)在100ms 左右，而支線(xiàn)二中的d6 也會(huì)發(fā)生三相短路故障，同時(shí)電流也會(huì)折算到高壓側(cè)，熔斷時(shí)間會(huì)在120ms 左右。由此可見(jiàn)，若低壓總開(kāi)關(guān)有短路短延時(shí)功能，且變壓器的低壓出口與支線(xiàn)二d6 之間也會(huì)發(fā)生三相短路故障，最大的原因可能是低壓總開(kāi)關(guān)沒(méi)有進(jìn)行瞬動(dòng)，導(dǎo)致高壓側(cè)熔絲率先熔斷，又或者是由于低壓總開(kāi)關(guān)出現(xiàn)了動(dòng)作，高壓側(cè)的熔絲也同時(shí)熔斷，二者均會(huì)造成電流故障。

4 總結(jié)

綜上所述，在整個(gè)配電系統(tǒng)中，配電房的高低壓開(kāi)關(guān)選擇會(huì)有牽一發(fā)而動(dòng)全身的作用，因此相關(guān)操作人員首先應(yīng)當(dāng)全面掌握各類(lèi)開(kāi)關(guān)的類(lèi)別、作用、安裝、特性等，同時(shí)也要對(duì)具體的使用環(huán)境加以了解，只有將二者充分結(jié)合，選擇符合實(shí)際情況的高低壓開(kāi)關(guān)，再通過(guò)規(guī)范操作，及時(shí)檢查和維修，確保整個(gè)配電系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性，從而為更多的用戶(hù)提供更好的用電服務(wù)。