淺析配電房高低壓主要開(kāi)關(guān)設(shè)備的選擇與保護(hù)配合

1、淺析配電房高低壓主要開(kāi)關(guān)選擇與保護(hù)配合摘 要：配電房是商業(yè)樓房或住宅小區(qū)的重要組成部分，它直接影響整個(gè)電力系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，是聯(lián)系市區(qū)電網(wǎng)和用戶(hù)負(fù)荷的中間環(huán)節(jié)，起著變換和分配電能的作用。額定電壓、額定電流及線(xiàn)路中的短路電流，直接關(guān)系著配電房中電氣設(shè)備的選擇、配電裝置的布置、繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的確定，是配電房電氣部分投資大小的決定性因素。本文以酒店項(xiàng)目中的配電房為例，對(duì)其進(jìn)行短路電流計(jì)算，根據(jù)各短路點(diǎn)計(jì)算出各點(diǎn)短路穩(wěn)態(tài)電流和短路沖擊電流，從三相短路計(jì)算中得到當(dāng)短路發(fā)生在各電壓等級(jí)的工作母線(xiàn)時(shí)，其短路穩(wěn)態(tài)電流和沖擊電流的值。最后，根據(jù)各電壓等級(jí)的額定電壓和最大持續(xù)工作電流進(jìn)行設(shè)備選擇，然后進(jìn)行

2、校驗(yàn)來(lái)完成設(shè)備保護(hù)配合。關(guān)鍵詞：配電房 斷路器 短路電流1.工程概況商務(wù)中心的二期工程，由兩棟超高層公寓、一棟高層酒店及地下室、裙房組成，本工程產(chǎn)權(quán)管理劃分為三個(gè)部分：商業(yè)部分（含部分地下車(chē)庫(kù)）、酒店部分、公寓及公共部分（含部分地下車(chē)庫(kù)）。三個(gè)部分的高低壓供配電系統(tǒng)、配電設(shè)備及冷水機(jī)組、空調(diào)、水泵、消防等機(jī)電設(shè)備均分別設(shè)置，并分別獨(dú)立管理。本工程供電電源為四路10kV電源，由市政管網(wǎng)及高壓總開(kāi)關(guān)房引入商業(yè)高壓配電室；平時(shí)兩路電源工作，各供約50%負(fù)荷用電，一路備用，當(dāng)其中一路工作電源發(fā)生故障時(shí)，備用電源投入。2.設(shè)備特點(diǎn)2.1高壓開(kāi)關(guān)（1）負(fù)荷開(kāi)關(guān)作為僅開(kāi)斷關(guān)合工作電流的開(kāi)關(guān),國(guó)內(nèi)早已開(kāi)始使用

3、,起初多為產(chǎn)氣式和壓氣式兩種,進(jìn)入20世紀(jì)90年代后,開(kāi)始使用SF6及真空負(fù)荷開(kāi)關(guān),目前主要以SF6三工位負(fù)荷開(kāi)關(guān)和真空負(fù)荷開(kāi)關(guān)為主,因其可靠性高、成本低、免維護(hù),日益受到廣大用戶(hù)的歡迎。（2）負(fù)荷開(kāi)關(guān)-熔斷器組合電器,主要用于保護(hù)變壓器的開(kāi)關(guān)設(shè)備。其中的負(fù)荷開(kāi)關(guān)只開(kāi)斷和關(guān)合工作電流,具有有限的開(kāi)斷能力,而短路保護(hù)功能則由熔斷器來(lái)完成。在負(fù)荷開(kāi)關(guān)與熔斷器之間存在著一定的過(guò)電流區(qū)域段,在該區(qū)段內(nèi),只有負(fù)荷開(kāi)關(guān)與熔斷器相互協(xié)調(diào)、正確配合,才能真正實(shí)現(xiàn)對(duì)配電系統(tǒng)的貼切保護(hù)。（3）中壓斷路器作為能開(kāi)斷短路電流的開(kāi)關(guān),從滅弧介質(zhì)和絕緣介質(zhì)類(lèi)型來(lái)看,主要分為SF6斷路器和真空斷路器兩大類(lèi),這兩種類(lèi)型的中壓

4、斷路器采用了彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)。目前,國(guó)內(nèi)正在開(kāi)發(fā)永磁式操動(dòng)機(jī)構(gòu)。隨著繼電保護(hù)智能化的發(fā)展,斷路器保護(hù)越來(lái)越齊全,但一般使用的大致分為二段或三段式保護(hù),或帶反時(shí)限功能的保護(hù)。2.2變壓器（1）變壓器通過(guò)升高或降低電壓來(lái)完成電能的合理輸送、分配和使用。變壓器的分為油浸式變壓器和干式變壓器。按調(diào)壓方式分為有載調(diào)壓和無(wú)載調(diào)壓。（2）變壓器在多塵或有腐蝕性氣體嚴(yán)重影響變壓器安全的場(chǎng)所，應(yīng)選擇密閉型變壓器或防腐型變壓器；在供電系統(tǒng)中沒(méi)有特殊要求和民用建筑獨(dú)立變電所常采用三相油浸自冷電力變壓器；對(duì)于高層建筑、地下建筑、發(fā)電廠(chǎng)、化工等單位對(duì)消防要求較高場(chǎng)所，宜采用干式電力變壓器；（3）安裝在總降壓變電所的變壓器通

5、常稱(chēng)為主變壓器（簡(jiǎn)稱(chēng)主變），35110kV 變電所設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，主變壓器的臺(tái)數(shù)和容量，應(yīng)根據(jù)地區(qū)供電條件、負(fù)荷性質(zhì)、用電容量和運(yùn)行方式等條件綜合考慮確定。2.3低壓開(kāi)關(guān)2.3.1 A類(lèi)斷路器按照IEC942-2 低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第二部分?jǐn)嗦菲魇褂妙?lèi)別中規(guī)定:“在短路情況下,斷路器無(wú)明確指明用作串聯(lián)在負(fù)荷側(cè)另一短路保護(hù)裝置的選擇性保護(hù),即在短路情況下,選擇性保護(hù)無(wú)人為的短延時(shí),因而不要求額定短時(shí)耐受電流?！边@就是A類(lèi)斷路器,此種斷路器只有過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)、短路瞬動(dòng),而無(wú)短路短延時(shí)保護(hù)特性。A類(lèi)斷路器絕大部分是塑殼斷路器,如HM3,CM1,TIM1的系列產(chǎn)品,一部分萬(wàn)能式斷路器(如采用熱繼電器和電

6、磁鐵作過(guò)載、短路保護(hù)的)也屬于A(yíng)類(lèi)。2.3.2 B類(lèi)斷路器在上述IEC942-2標(biāo)準(zhǔn)中還規(guī)定:“在短路情況下,斷路器明確在作串聯(lián)在負(fù)載側(cè)的另一短路保護(hù)裝置的選擇性保護(hù),即在短路情況下,選擇性保護(hù)有人為短延時(shí)(可調(diào)節(jié)),這類(lèi)斷路器具有要求的額定短時(shí)耐受電流。”這就是B類(lèi)斷路器。萬(wàn)能斷路器、使用電子脫扣器和智能控制器的斷路器都屬于B類(lèi)。它們有三段保護(hù),即過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)、短路短延時(shí)和短路瞬動(dòng)保護(hù),如HA,CW11的系列產(chǎn)品。全額保護(hù):是指下級(jí)負(fù)載發(fā)生短路故障時(shí),下級(jí)的斷路器瞬動(dòng),而此故障短路電流也要流向上一級(jí)線(xiàn)路,如果上一級(jí)斷路器沒(méi)有短路短延時(shí),則在下級(jí)發(fā)生短路故障的一瞬間,與下級(jí)斷路器一起跳閘,造成大

7、面積停電,這是非選擇保護(hù);如果上級(jí)斷路器有短路短延時(shí),當(dāng)下級(jí)斷路器跳閘(通常它的分?jǐn)鄷r(shí)間在2030ms之內(nèi)),上級(jí)斷路器短路的動(dòng)作時(shí)間只要有0.1s(0.02s的5倍)的延時(shí),則可確保下級(jí)斷路器分?jǐn)鄷r(shí)間內(nèi),上級(jí)斷路器保持不動(dòng),這種配合稱(chēng)為選擇性保護(hù)。3. 主要參數(shù)選擇（1）一般額定電壓是指相間電壓,即線(xiàn)電壓。（2）殼架等級(jí)額定電流:代表斷路器的外形大小,以此表示斷路器的最大額定電流。額定電流:在規(guī)定的條件下,保證斷路器正常工作的電流,又稱(chēng)脫扣器額定電流。（3）過(guò)載、短路保護(hù)特性：過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)、短路瞬時(shí),短路瞬時(shí)分閘時(shí)間一般在2030ms之內(nèi)叫二段式保護(hù)；過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)、短路短延時(shí)、短路瞬時(shí),短路短延

8、時(shí)一般為0.1s的倍數(shù)叫三段保護(hù)。（4）在規(guī)定的試驗(yàn)條件下,斷路器能承載的短時(shí)耐受電流值。短時(shí)耐受電流ICW只適用于B類(lèi)斷路器,即具有短路短延時(shí)特性的斷路器。（5）短路分?jǐn)嗄芰τ址謽O限分?jǐn)嗄芰CU和運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰CS。根據(jù)斷路器的額定短路分?jǐn)嗄芰?yīng)大于或等于線(xiàn)路的預(yù)期短路電流的原則,就存在斷路器的額定短路分?jǐn)嗄芰κ侵笜O限分?jǐn)嗄芰CU還是指運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰CS的問(wèn)題,目前在電氣工程設(shè)計(jì)中有兩種意見(jiàn)。筆者認(rèn)為還是選擇運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰CS為好,保險(xiǎn)系數(shù)更大些。4.電氣設(shè)備選擇原則電氣設(shè)備的選擇是供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要步驟，其選擇的恰當(dāng)與否將影響到整個(gè)系統(tǒng)能否安全可靠的運(yùn)行，故必須遵循一定的

9、選擇原則。本章對(duì)常用的高、低壓電器即高壓斷路器、高壓隔離開(kāi)關(guān)、儀用互感器、母線(xiàn)、絕緣子、高低壓熔斷器及成套配電裝置（高壓開(kāi)關(guān)柜）等分別介紹了其選擇方法，為合理、正確使用電氣設(shè)備提供了依據(jù)。4.1按工作環(huán)境及正常工作條件選擇電氣設(shè)備 （1）根據(jù)電氣裝置所處的位置（戶(hù)內(nèi)或戶(hù)外）、使用環(huán)境和工作條件，選擇電氣設(shè)備型號(hào)等。 （2）按工作電壓選擇電氣設(shè)備的額定電壓 （3）按最大負(fù)荷電流選擇電氣設(shè)備的額定電流 或 4.2按短路條件校驗(yàn)電氣設(shè)備的動(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定（1）動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn) 或 式中，為電氣設(shè)備的極限通過(guò)電流峰值；為電氣設(shè)備的極限通過(guò)電流有效值。（2）熱穩(wěn)定校驗(yàn) 式中：為電氣設(shè)備的熱穩(wěn)定電流；為熱穩(wěn)定時(shí)間

10、。 4.3開(kāi)關(guān)電器斷流能力校驗(yàn) 對(duì)具有斷流能力的高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備需校驗(yàn)其斷流能力，開(kāi)關(guān)設(shè)備的斷流容量不小于安裝地點(diǎn)最大三相短路容量。即： 或 5. 實(shí)例參數(shù)計(jì)算現(xiàn)以二期酒店變配電所的配電情況為例： 變配電所是由高壓開(kāi)關(guān)柜引進(jìn)的電源，高壓開(kāi)關(guān)柜到變壓器距離為200m，單位長(zhǎng)度電阻，變壓器數(shù)據(jù)：SGB11-R-1600/10 D/Yn11 10/0.4/0.23kV，額定短時(shí)工頻耐受電壓為35kV，阻抗電壓6%，高壓分接范圍±2x2.5% ，額定電流3200A 。5.1設(shè)備額定電流計(jì)算：設(shè)備計(jì)算負(fù)荷為1295KVA，由計(jì)算出的最大負(fù)荷電流來(lái)選定變壓器的額定電流，當(dāng)二次側(cè)額定電壓是0.4KV時(shí)

11、變壓器二次側(cè)的開(kāi)關(guān)設(shè)備額定電流則應(yīng)大于或等于3238A；當(dāng)二次側(cè)額定電壓是0.23KV時(shí)變壓器二次側(cè)的開(kāi)關(guān)設(shè)備額定電流則應(yīng)大于或等于5630A。 圖1 配電房一次接線(xiàn)示意圖圖2 一次接線(xiàn)圖簡(jiǎn)化圖5.2設(shè)備穩(wěn)定校驗(yàn)短路電流計(jì)算：選取基準(zhǔn)容量、額定電壓：， ，計(jì)算各元件的標(biāo)幺值。再計(jì)算電路短路時(shí)的電流。通過(guò)短路電流來(lái)確定設(shè)備的電流選擇。計(jì)算出對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)電流：由于： ，當(dāng)k1點(diǎn)短路時(shí)當(dāng)k2點(diǎn)短路時(shí)在保證設(shè)備的安全運(yùn)行情況下，需要保證設(shè)備的額定電流大于等于瞬時(shí)短路電流。6.高壓開(kāi)關(guān)與低壓開(kāi)關(guān)的保護(hù)配合6.1 低壓總開(kāi)關(guān)與高壓斷路器柜的保護(hù)配合高壓斷路器柜電流速斷保護(hù)的整定是按躲開(kāi)變壓器二次側(cè)短路時(shí),歸

12、算到一次側(cè)的三相最大短路電流來(lái)整定的,其計(jì)算公式為:式中:-一次側(cè)的三相最大短路電流； -可靠性系數(shù),取1.3； -變壓器低壓側(cè)短路時(shí)三相最大短路電流折算到高壓側(cè)的電流值。從上述整定原則分析,由于可靠性系數(shù) 取1.3,當(dāng)變壓器低壓側(cè)短路故障時(shí),若高壓側(cè)速斷保護(hù)為定時(shí)限,從理論上說(shuō)開(kāi)關(guān)是不會(huì)動(dòng)作的。所以低壓側(cè)總開(kāi)關(guān)選用智能式帶短路短延時(shí)的開(kāi)關(guān),可實(shí)現(xiàn)很好的保護(hù)配合。若高壓斷路器柜的保護(hù)為反時(shí)限,由于保護(hù)整定值可調(diào),那么,低壓側(cè)總開(kāi)關(guān)選用智能式帶短路短延時(shí)的開(kāi)關(guān),也可實(shí)現(xiàn)保護(hù)配合。這樣就能夠滿(mǎn)足低壓總開(kāi)關(guān)折算到高壓側(cè)的動(dòng)作反時(shí)限曲線(xiàn)在高壓斷路器動(dòng)作反時(shí)限曲線(xiàn)下方的原則。6.2 低壓總開(kāi)關(guān)與高壓負(fù)荷

13、開(kāi)關(guān)-熔斷器組合電器的保護(hù)配合由于高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)-熔斷器組合柜所配的熔絲是與變壓器相配套的,其反時(shí)限熔斷的時(shí)間隨著安裝地點(diǎn)的不同將有所變化。如圖2所示,當(dāng)?shù)蛪汗衲概舓2或分支線(xiàn)出口發(fā)生三相短路故障，其短路電流折算到高壓側(cè)以后，經(jīng)查閱熔斷器時(shí)間-電流特性曲線(xiàn)，熔斷時(shí)間在70100ms之間。支線(xiàn)二k3發(fā)生三相短路故障，其短路電流折算到高壓側(cè)以后，熔斷時(shí)間在110120ms之間。所以，當(dāng)?shù)蛪嚎傞_(kāi)關(guān)設(shè)有短路短延時(shí)(0.1s以上)功能時(shí)，若變壓器低壓出口與支線(xiàn)二k3之間發(fā)生三相短路故障，極有可能出現(xiàn)低壓總開(kāi)關(guān)未動(dòng)作而高壓側(cè)熔絲先熔斷的現(xiàn)象，或者是低壓總開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)，高壓側(cè)熔絲也同時(shí)熔斷的現(xiàn)象。6.3 低壓開(kāi)

14、關(guān)類(lèi)別的選擇原則（1）分支線(xiàn)配電開(kāi)關(guān)均選擇A類(lèi)斷路器。（2）當(dāng)變壓器高壓側(cè)開(kāi)關(guān)為斷路器柜時(shí),低壓總開(kāi)關(guān)宜選擇帶短路短延時(shí)的斷路器(B 類(lèi)斷路器)，以實(shí)現(xiàn)高低壓斷路器之間的全額保護(hù)配合。（3）當(dāng)變壓器高壓側(cè)開(kāi)關(guān)為負(fù)荷開(kāi)關(guān)-熔斷器組合柜時(shí)，經(jīng)計(jì)算,若低壓柜母排短路故障,其短路電流折算至高壓側(cè),對(duì)照熔絲反時(shí)限特性曲線(xiàn),如果熔絲熔斷時(shí)間高出100ms的兩倍以上,低壓總開(kāi)關(guān)應(yīng)選擇帶短路短延時(shí)的B類(lèi)斷路器,實(shí)現(xiàn)全額保護(hù)配合。如果高壓熔絲與低壓總開(kāi)關(guān)、分支開(kāi)關(guān)之間難以實(shí)現(xiàn)很好的全額保護(hù)配合,提出以下看法:若低壓出線(xiàn)均為大截面電纜出線(xiàn),其電抗值較小,經(jīng)計(jì)算,在出線(xiàn)的任何一點(diǎn)發(fā)生三相短路,其短路電流值均大于變壓

15、器低壓側(cè)額定電流的10倍。那么,低壓總開(kāi)關(guān)宜選擇帶短路短延時(shí)功能的B類(lèi)斷路器。這種保護(hù)配合方式,可滿(mǎn)足低壓總開(kāi)關(guān)與低壓出線(xiàn)開(kāi)關(guān)在時(shí)間上的配合,其不足之處是當(dāng)?shù)蛪耗概呕虻蛪撼鼍€(xiàn)出口處發(fā)生三相短路故障時(shí),有可能出現(xiàn)高壓側(cè)熔絲熔斷的現(xiàn)象。若低壓出線(xiàn)均為架空出線(xiàn),其電抗值較大,經(jīng)計(jì)算,在出線(xiàn)近處(可定為4050m)之外發(fā)生三相短路故障,其短路電流值小于變壓器低壓側(cè)額定電流的10倍。那么,低壓總開(kāi)關(guān)宜選擇不帶短路短延時(shí)功能的A 類(lèi)斷路器。這樣可以避免當(dāng)?shù)蛪耗概呕蚍种Ь€(xiàn)出口發(fā)生三相短路故障而導(dǎo)致高壓側(cè)熔絲熔斷的現(xiàn)象,其不足之處是當(dāng)?shù)蛪撼鼍€(xiàn)出口處發(fā)生三相短路故障時(shí),可能導(dǎo)致低壓總開(kāi)關(guān)跳閘。7. 結(jié)束語(yǔ)在配電系統(tǒng)中，配電房的高低壓開(kāi)關(guān)的選型是一個(gè)涉及面很廣的問(wèn)題。既要對(duì)