淺談鐵礦配電變壓器低壓側主斷路器的選擇

孫召影

（五礦礦業（安徽）工程設計有限公司，安徽 合肥 230601）

引言

日前，安徽省某鐵礦車間發生一起電氣故障，礦方反應，近日生產過程中該車間突然出現全部用電設備停電的情況，影響了鐵礦的正常生產。經過現場調研得知，該車間所有電源均取自車間內部容量為500 kVA的變壓器，由于小動物啃噬、線路絕緣老化等綜合原因，一臺132 kW交流異步電動機的配電線路發生了單相接地故障，造成該線路首端低壓斷路器和變壓器低壓側主斷路器都瞬時跳閘，從而導致了全車間的停電。

根據分析，電纜絕緣破壞是該線路故障的主要原因，而全車間停電的主要原因初步判斷為變壓器低壓側主斷路器整定值不合理，導致下級線路故障時，本應該只有下級斷路器動作來切除故障，而由于主斷路器整定值沒有做到級間配合，保護失去選擇性，造成越級跳閘，擴大了事故停電面積。通過本次電氣故障調查工作可知，配電變壓器低壓側主斷路器的選擇和整定，直接影響整個低壓系統乃至整個車間供電的安全和可靠。下面就對配電變壓器低壓側主斷路器的選擇進行簡單介紹。

1 主斷路器類型的選擇

低壓斷路器作為保護電器廣泛應用于鐵礦低壓配電系統中，其分類方式有很多種：按設計形式分為框架式（ACB）和塑料外殼式（MCCB）兩類。按使用類別分為A類（非選擇型）和B類（選擇型），選擇型斷路器具有過載長延時、短路短延時和短路瞬時保護的功能，非選擇型斷路器具有過載長延時、短路瞬時保護功能。

變壓器低壓側主斷路器作為低壓電源總進線斷路器，通常采用配電型斷路器。由于鐵礦低壓用電設備多為二級負荷，低壓配電系統一般采用放射式供電，且配電級數不宜多于三級。低壓饋出線回路常選用非選擇型、塑殼斷路器，為保證供電可靠性以及便于管理，變壓器低壓側主斷路器多選用選擇型、框架式斷路器。

2 主斷路器過流脫扣器的整定

斷路器的整定主要是指各過流脫扣器的電流值和脫扣時間的整定。確定斷路器的類型后，需要對其進行參數整定，確保斷路器功能符合相應要求，起到保護作用。

1）長延時過電流脫扣器主要用于過負荷保護，其整定電流值Iset1通常可取長延時可靠系數乘以變壓器低壓側額定電流，且不大于連接導體所允許的持續載流量。在鐵礦配電設計中，為了使變壓器的容量得到充分利用而又不影響變壓器的壽命，變壓器低壓側主斷路器的長延時過電流脫扣器整定電流宜等于或接近變壓器低壓側額定電流。

2）短延時過電流脫扣器主要用于保證保護的選擇性，包括電流值的整定和延時時間的整定。電流值Iset2的整定分為以下三種情況：一是取短延時可靠系數、過電流倍數與變壓器低壓側額定電流三者的乘積，一般可取Iset1的4～8倍。二是需滿足選擇性（級間配合），即Iset2不小于下級斷路器瞬動整定值最大者的1.3倍。三是需滿足保護裝置動作的靈敏性，即Iset2的1.3倍不應大于被保護線路末端的短路電流。鐵礦配電設計中，短延時過電流脫扣器的整定時間tset2通常有0.1 s、0.2 s、0.3 s、0.4 s、0.6 s和0.8 s等幾種，上下級時間級差不小于0.1～0.2 s。根據下級保護電器類型的不同，變壓器低壓側主斷路器的短延時時間也不同。當下級均為非選擇型斷路器時，延時時間可取0.2～0.4 s。

3）瞬時過電流脫扣器的整定值Iset3應保證能可靠切斷保護線路末端的短路電流，且保證選擇性Iset3應大于下一級保護電器所保護線路的最大短路電流。為避免故障電流很大時上下級均瞬時動作，Iset3在滿足靈敏性的前提下，一般盡量整定得大些。在實際配電設計中，由于低壓進線主斷路器設有短延時過電流保護，且主斷路器與各饋出線斷路器均裝在配電柜內，距離通常很短，在此范圍內發生故障的可能性很小，故可不設置瞬時過電流保護，以免饋出線故障時主斷路器無選擇性動作，擴大事故范圍。

斷路器的額定電流（殼架電流）不應小于反時限過電流脫扣器的整定電流。

3 斷路器的短路分斷能力

低壓斷路器的短路分段能力用額定運行短路分斷能力Ics和額定極限短路分斷能力Icu來表示。額定極限短路分斷能力Icu指的是斷路器在分斷了其出線端最大三相短路電流后還可再正常運行,并可再分斷一次這一短路電流，至于以后是否能正常接通及分斷，斷路器不能保證。額定運行短路分斷能力Ics指的是斷路器在其出線端最大三相短路電流發生時可多次正常分斷。通常Ics是Icu的一個百分數。在礦山生產過程中，用戶不希望主斷路器發生一次跳閘后就要更換一次主斷路器，因此，設計時一般要求額定運行短路分斷能力Ics不小于斷路器出線最大三相短路電流有效值。

在鐵礦配電設計中，對配電變壓器低壓側主斷路器的選擇思路為：主斷路器選擇框架式斷路器；長延時Iset1取等于或接近變壓器低壓側額定電流；短延時Iset2可取Iset1的4～8倍且不小于下級瞬動整定值的1.3倍，tset2為下級短路保護時間加0.1～0.2 s；不設置瞬時過電流保護；額定運行短路分段能力不小于被保護線路最大三相短路電流有效值。

4 工程設計實例

回到本文開篇提到的故障問題，根據現場收集的資料，車間變壓器容量為500 kVA，負載率為85%，變壓器高壓側短路容量為75 MVA，故障的132 kW電機為車間最大負荷，其配電電纜型號為YJV-0.6/1 kV-13×185+1×95，故障點距配電點約50 m。故障前，變壓器低壓側主斷路器整定值：Iset1.A=720 A，Iset2.A=2880 A，Iset3.A=5760 A。故障回路斷路器整定值Iset1.B=315 A，Iset3.B=3780 A。低壓網絡系統簡圖如圖1所示。

圖1 低壓網絡系統簡圖

母線阻抗很小，忽略不計，其余各部分相保阻抗查《工業與民用配電設計手冊》（第四版）[1]表4-21、表4-23和表4-25，如表1所示。

表1 各部分相保阻抗值

故障點單相接地故障電流：

由于Id1（6650A）＞Iset3.B（3780A），導致故障回路本級斷路器跳閘，Id1（6650 A）＞主斷路器Iset3.A（5760 A），導致了主斷路器也同時瞬動跳閘，造成全車間停電，驗證了本文開篇對主斷路器整定值不合理的初步判斷。因此，在更換故障線路電纜后，需對變壓器低壓側主斷路器的整定值進行重新設計[2-3]。

2）短延時過電流脫扣器整定電流Iset2.A需滿足以下條件：

級間配合：

為了確保保護裝置動作的靈敏性，主斷路器保護線路末端的單相接地故障電流為：

由于下級保護電器均為非選擇型斷路器，故對主斷路器的短延時整定時間沒有特別要求，可取0.2 s。

短延時整定電流取Iset2.A=7×720 A，整定時間tset2.A取0.2 s。

3）由于主斷路器有短延時過電流保護，為避免饋出線故障時主斷路器無選擇性動作，不設置瞬時過電流保護。

4）校驗短路分段能力：

主斷路器出線端三相短路電流：

最大短路電流有效值Ip=1.51×15.42=23.44 kA。

經樣本查得，Ics=55 kA＞Ip，滿足要求。

因此，變壓器低壓側主斷路器整定值調整為：Iset1.A=720 A，Iset2.A=5040 A，tset2.A=0.2 s。

5 結語

斷路器作為低壓進線的常用保護電器，它的選擇和整定關系著變壓器所帶低壓用電設備的供電安全。簡單介紹了其類型選擇、參數整定及分段能力校驗，希望能使讀者對變壓器低壓側主斷路器有更多認識，能給礦山電力設計人員提供一定的參考和幫助。