配電系統(tǒng)一次設備及其參數(shù)配合

1、配電系統(tǒng)一次設備及其參數(shù)配合摘要：介紹了城網(wǎng)配電網(wǎng)一次設備及負荷開關與熔斷器的配合關鍵詞：配電網(wǎng)箱式變電站斷路器自動分段器Abstrat：Thepaperpresentspriaryequipentfdistributingnetrkfitynetrkandladbreakersithgearrdinatinithfuses.Keyrds：distributinnetrk；bxtransfrersubstatin；trausfrer；fuse；iruitbreaker；autatise-tinalizer;autatirelsingdevie;urrenttransfrer1前言由發(fā)電廠發(fā)出的

2、電能，最后降到635kV等級，經(jīng)過配電網(wǎng)變?yōu)槌青l(xiāng)居民、工業(yè)，農業(yè)，商業(yè)用電。因此，配電網(wǎng)的可靠性直接關系到人民生活、工農業(yè)消費平安，另外，完善的電力市嘗電價也要求配電網(wǎng)進步經(jīng)濟性及可靠性。配電網(wǎng)的主要設備是負荷開關熔斷器組合電器、斷路器、箱式變電站、自動重合器、自動分段器、環(huán)網(wǎng)開關柜和中壓電流互感器等，二次設備是自動控制、數(shù)據(jù)采集、規(guī)劃、故障定位、檢測計量、通訊等。隨著一、二次技術(特別是二次技術)的開展，使兩者嚴密結合，形成了自動化配電網(wǎng)。例如：自動配電開關設備互相配合的配電自動化系統(tǒng)(稱為ASDAS)；基于饋線終端設備(FTU)的配電自動化系統(tǒng)(稱為FTDAS)，它們自動對故障線路進展判斷

3、及實現(xiàn)故障隔離；故障排除后，重合器重合恢復供電；在調度中心對配電網(wǎng)負荷測定，進展管理及重組，因此，決定配電網(wǎng)綜合自動化性能的因素有三個：一是一次設備的技術性能；二是二次設備的技術性能；三是配電網(wǎng)接線方式。2負荷開關熔斷器組合電器負荷開關是用來開、合負載電流的開關裝置，它一般具有關合短路電流才能，但是它不能開斷短路電流。負荷開關可以單獨使用在遠離電源中心、且容量較小的終端變電站，用于投切無功補償回路、并聯(lián)電抗器及電動機等。熔斷器構造簡單、價格廉價、維護方便，仍然具有開展前途。熔斷體是熔斷器的主要元件，當熔斷體通過的電流超過一定值時，熔斷體本身產生的焦耳熱，使本身溫度升高，在到達熔斷體熔點時，熔斷

4、體自行熔斷切斷過載電流或短路電流。圖1限流熔斷器切斷短路電流時電流波形1切斷前電流波形：2切斷過程中電流波形ia1截止電流；tb2動作時間負荷開關熔斷器組合電器中使用限流型高壓熔斷器，這種熔斷器是依靠填充在熔體周圍的石英砂冷卻電弧，到達有效熄滅電弧，用于在強力冷卻熄弧過程中建立起高于工作電壓的電弧電壓，因此具有很強限流才能(圖1)。由曲線可見到，短路開場后電流上升，熔體發(fā)熱，溫度上升，電流升到a點，熔體熔化，由于熔斷器的限流作用，電流上升停頓，開場沿ab線段下降，在b點電流下降到零，此時完成熄唬這種熔斷器的整個動作過程發(fā)生在密封的瓷管中，在熄滅電弧時，宏大氣流不會沖出管外。熔斷器的限流特性，它

5、是指熔斷器的開斷電路時，最大截止電流和預期電流穩(wěn)態(tài)方均根的關系，可以從限流特性的截止電流值可估算出被限流熔斷器所保護的電器設備內發(fā)生短路故障時產生的機械和熱效應。負荷開關與熔斷器配合使用于箱變和環(huán)網(wǎng)柜，可替代斷路器，作為變壓器的保護開關設備。2.1負荷開關熔斷器組合電器保護變壓器的優(yōu)點試驗說明，當變壓器內部發(fā)生故障，為使油箱不爆炸，故障切除時間必須限在20s內。采用斷路器保護的話，斷路器最快全開斷時間(繼電保護動作時間+斷路器固有動作時間+燃弧時間)一般需要23個周波(40es60s)左右，而限流熔斷器那么可保證在10s以內切除故障。由于同電壓等級負荷開關的價格大約是斷路器的價格的1/41/5

6、，而負荷開關+熔斷器的價格僅僅是斷路器的價格的1/3，因此采用負荷開關+熔斷器有較大經(jīng)濟性。由于斷路器是用于開斷短路故障電流、大負荷電流、容性電流等通用的開關設備，因此體積大、笨重，構造也復雜。相比之下負荷開關體積小，簡單易開發(fā)。2.2負荷開關與熔斷器的配合概念組合電器將控制和保護功能分開，大量經(jīng)常發(fā)生的切負荷工作由負荷開關來完成，而極少發(fā)生的短路開斷那么由熔斷器來完成(圖2)。由于熔斷器是一次性開斷元件，負荷開關可連續(xù)屢次“合、分，因此，一般原那么是盡可能延伸負荷開關動作范圍，使負荷開關多動作，而熔斷器少動作。圖2負荷開關與熔斷器的功能配合區(qū)域I：(IInk)為工作電流范圍，Ink為組合電器

7、的額定電流，它小于熔斷器的額定電流InHH，組合電器的額定電流開斷由負荷開關單獨完成。負荷開關三相開斷，三相熄唬區(qū)域：(InkI3InHH)時，在此范圍內器承受超過其額定電流的過電流，從2InHH起，熔體動作，但熔斷器尚不能熄唬熔斷器撞擊器觸發(fā)，使負荷開關動作，三相開斷并熄唬區(qū)域：轉移電流范圍內(3InHHI15InHH)，從3InHH起，三相熔斷器之一首先動作，同時撞擊器觸發(fā)負荷開關分閘。另外兩相線路可能由負荷開關切斷，也可能由熔斷器開斷，即熔斷器與負荷開關配合共同完成開斷任務。區(qū)域：限流范圍。當故障電流更大時(大約從20倍熔斷器額定電流起)，熔斷器在電流的第個半波就已動作，并使故障電流的峰

8、值限制到它的允許通流電流ID，熔斷器在過半波后，已開斷三相電路，三相短路電流全由熔斷器開斷，負荷開關是無電流開斷。因此，轉移電流是指熔斷器與負荷開關轉換開斷職能時的三相對稱電流值。大于該值時，三相電流僅由熔斷器開斷；小于該值時，首開相電流由熔斷器開斷，其它兩相由負荷開關開斷。2.3熔斷器、負荷開關與變壓器參數(shù)適配如何合理選配熔斷器、負荷開關與變壓器參數(shù)，涉及到能否合理發(fā)揮熔斷器和負荷開關作用，這里僅舉例說明。例：現(xiàn)有11kV、400kVA變壓器，高壓側最大故障短路電流16kA，短路阻抗5，試決定“負荷開關熔斷器組合電器參數(shù)。解：(1)變壓器的滿負荷電流為(2)允許過載15，5分接頭處抽頭，這時

9、變壓器短時過載電流IP為：IP=211501.05=33A(3)變壓器勵磁電流為：Is2112=252A，其持續(xù)時間Is0.1s。(4)茲選用某公司熔斷器12kV，額定電流IN=40A，額定開斷電流16kA，最小開斷電流為(2.53)Ie(2.53)40100120A。從該熔斷器產品說明書查得(從熔斷器40A的時間電流特性曲線)：滿足在252A勵磁電流、且持續(xù)0.1s的要求。熔斷器最小開斷電流(2.53)Ie100120A，在負荷開關額定開斷電流范圍內。(5)變壓器二次側直流短路故障時，反映到變壓器一次側的最大短路電流Ik為：從40A熔斷的時間電流特性中查得熔斷器的動作時間為0.040.06s

10、。(6)選擇負荷開關VN=12kV；IN=400A，分閘時間0.05s(50s)，轉移電流1000A。因負荷開關分閘時間T00.05s，所以T0.9T00.045s，從時間電流曲線上查得：所需組合電器轉移電流為280A。這個值小于由負荷開關額定分斷才能決定的組合電器的額定轉移電流(1000A)，也小于二次側直接短路時一次側的短路電流IK(420A)，因此進步轉移電流數(shù)值，可以減少限流熔斷器的動作次數(shù)。圖3示出了“與11kV、400kVA的變壓器保護相關的特性。(a)現(xiàn)選擇負荷開關VN=12kV；IN400A。(b)轉移電流1000A是滿足要求的。()目前變壓器容量為315630kVA，取變壓器

11、短路阻抗5時，得到因變壓器二端子短路引起短路電流約330660A，而負荷開關轉移電流要避開這一短路電流(一般轉移電流控制在這一短路電流的70，即230460A)，因此用于環(huán)網(wǎng)配電單元變壓器的負荷開關的轉移電流取1000A已有足夠裕度。(d)采用脫扣器操作的組合電器，那么要求求取交接電流。(當故障電流小于交接電流時，由脫扣裝置動作觸發(fā)負荷開關，分斷電流；當故障電流高于交接電流時，由熔斷器動作分斷電流，而負荷開關僅作無電流分閘)。由圖4看出最大交接電流不得大于負荷開關額定電流最小交接電流，不得小于熔斷器的最小熔化電流，由此可看出，適當進步交接電流數(shù)值，可以減少限流熔斷器的動作次數(shù)(限流熔斷器中電流

12、要大于故障電流時才動作)，從而可減少熔斷管的更換，使用SF6真空負荷開關可以進步交接電流。圖3與11kV、400kVA變壓器保護相關的特性2.4負荷開關限流熔斷器組合電器型號因為限流熔斷器額定電流為125A，而負荷開關為630A，因此組合電器額定電流為125A，短路開斷電流為熔斷器的短路開斷電流。由于限流熔斷器是截流開斷，其截止電流(瞬時值)要小于預期短路電流，因此型號中標出的短路電流不能用來配選主回路。轉貼于論文聯(lián)盟.ll.3箱式變電站3.1箱式變電站的構造通常供電容量在315630kVA時，采用戶外緊湊型箱式變電站，供電容量在7505000kVA時，那么不采用緊湊型箱式變電站。箱式變電站有

13、三個主要組成局部(見圖5)：高壓開關設備、變壓器及低壓開關(配電)裝置。箱式變電站到貨后即可接線投入使用，可以節(jié)省大量現(xiàn)場及技術效勞費。箱式變電站，一般在地下埋入一個水泥構造體，而在地面箱體高度2.5左右?！暗聡较涫阶冸娬灸敲绰袢氲叵?，露出地面高度不超過1.6?！暗聡阶冸娬镜膬?yōu)點是箱變與環(huán)境協(xié)調而不影響視線，缺點是洪水季節(jié)，水能浸入箱體，危害設備。箱式變電站的總體布置有兩種形式：其一是組合式(歐式)；其二是一體式(美式)。組合式是高壓開關設備、變壓器及低壓開關(配電)裝置各為一室(見圖9)。一體式是指以變壓器為主體的油箱體，熔斷器及負荷開關等裝入油箱體內而構成一體，箱體采用全封閉構造，變

14、壓器一般是三相五柱式。3.2中壓開關設備假如箱式變電站處于終端接線，那么使用負荷開關熔斷器組合電器(在第三節(jié)中表達)；假如處于環(huán)網(wǎng)接線，那么采用環(huán)網(wǎng)供電單元。環(huán)網(wǎng)供電單元的構造見圖6，它至少由三個間隔組成，即2個環(huán)纜進出間隔和一個變壓器回路間隔(負荷開關+熔斷器)。通過斷開接通開關A、B，可以隔離故障段，及時恢復對正?；芈饭╇姡蹟嗥鱂在中壓/低壓變壓器發(fā)生內部故障及變壓器二次端點發(fā)生直接短路時起保護作用，而開關對熔斷器和變壓器還起隔離和接地作用。3.3變壓器箱式變電站用的變壓器是降壓變壓器，一般將10kV降到380V/220V，直接供用戶使用。變壓器容量般為1601600kVA，變壓器可以是

15、油浸變壓器、耐燃液變壓器、環(huán)氧樹脂干式變壓器。在防火要求嚴格的場合，如在高層建筑中規(guī)定不能使用帶油的電器，所以使用真空、SF6開關、干式變壓器。由于S9系列配電變壓器的負荷損耗要比ST系列配電變壓器低25左右，要積極采用之。城鎮(zhèn)居民用電時間集中(如晚上)，而其余時間用電量少，為了減少配電變壓器的空載損耗，可使用非晶合金鐵心變壓器，非晶合金鐵心變壓器比硅鋼鐵心變壓器的空載損耗減少6070，空載電流下降70左右。變壓器的通風散熱可采用自然通風和機械強迫通風兩種，從經(jīng)濟效益考慮，當然應優(yōu)化考慮自然通風。3.4低壓開關設備低壓開關設備單獨裝在低壓室，在低壓開關設備內裝有一臺主保護開關(主開關)和48臺

16、饋線開關。由饋線開關將電能送到用戶。低壓室內還裝有低壓計量裝置及靜補裝置圖4決定交接電流的特性圖A：最小分閘時間與最大熔斷時間交點B：最大開斷時間與最小熔斷時間交點圖5箱式變電站外形及構造3.5電纜圖6環(huán)網(wǎng)供電單元圖7智能溫濕度控制器由于架空線路暴露在大氣中，易受雷擊，絕緣易受工業(yè)污穢，受大風吹動易與大樹相碰，因此故障率極高，為了降低故障，在城網(wǎng)中一般采用地下電纜。在環(huán)網(wǎng)單元中，裝有電纜插接件，用于連接電纜與環(huán)網(wǎng)供電單元。為了平安，電纜插接件做成封閉式。高壓交聯(lián)聚乙烯絕緣(XLPE)電纜附件是20世紀60年代后技術開展最快的電力電纜品種，附件有終端與接頭。高壓XLPE電纜連同附件，在城市電網(wǎng)改

17、造及箱式變、大型工礦的變電站等輸配電系統(tǒng)應用廣泛，但目前我國XLPE電纜及附件與國際先進程度尚有一定差距。3.6測控保護單元箱式變電站安置于戶外，其箱內溫度、濕度受箱外環(huán)境影響大。假如高壓室和低壓室發(fā)生凝露，那么危及電器絕緣及導致開斷失敗。而變壓器溫度超過一度范圍，那么會影響受壓的輸出功率。所以箱內應安裝溫度、濕度監(jiān)控裝置，當?shù)竭_某一濕度及露點溫度前，發(fā)出命令，使溫度調節(jié)器動作；當溫度超過某一范圍時，發(fā)出命令，起動風扇，強迫排風。凝露控制器在箱內安裝見圖7。假如需要，箱內還安裝FTU，遙控、訊接口，通過FTU采集故障信息，經(jīng)遙控、訊口，與控制中心聯(lián)絡，實現(xiàn)保護功能，對饋線支路電能量計量，及時向

18、控制中心報告支路電能量計量，及時向控制中心報告支路負荷狀況；并接收控制中心命令，投切功率補償單元等。4自動分段器4.1自動真空分段器在箱式變電站節(jié)已提到，負荷開關可以合、分正常的負荷電流，它不能開斷短路電流。自動分段器是由配電動彈簧操作機構的負荷開關、一臺自動分段控制器及輔助裝置組成，它是一種可以記憶通過故障電流次數(shù)，并且到達整定次數(shù)后，在無電壓及無電流的情況下自動分閘的開關設備，它具有關合短路電流及開斷與關合負荷電流才能。分段器在10kV配電系統(tǒng)中用來自動隔離故障區(qū)域。自動分段器按滅弧介質不同可分為空氣、油、SF6和真空四種類型。4.2自動分段器與自動重合器在輻射式配電網(wǎng)中應用(圖8)(1)

19、設Q01Q03的X時限10s，Q04的X時限30s，故障發(fā)生在第V段。圖8自動分段器與自動重合器配合應用(2)A處發(fā)生故障，重合器(QR)檢測到故障后跳閘，所有區(qū)段斷電，分段器因斷電而分閘。(3)自動重合器(QR)經(jīng)過第一次重合間隔時間延時后重合，而各個分段器Q01Q04按預先設定的延時時間依次合閘，即Q01在10s后，Q02在20s后，Q03在30s后，Q04那么在10s+30s=40s合閘，完成線路供電。(4)假如永久性故障，那么因Q04合閘在故障線路上，使重合器再次跳閘，從而所有區(qū)段再次斷電，分段器再次分閘，但這時Q04的控制器在Y時限內檢測到又失去電壓，而使其閉鎖在分閘狀態(tài)。(5)重合

20、器第二次重合后，Q01Q03依次合閘，完成上述區(qū)段正常供電，由于Q04已處于分閘狀態(tài)，已將故障區(qū)與電網(wǎng)隔開，因此重合器第二次合閘成功。5斷路器、自動重合器(12kV)5.1真空斷路器斷路器是指能關合、承載、開斷運行回路正常電流，也能在規(guī)定時間內關合、承載及開斷規(guī)定的短路電流的開關設備。也就是說斷路器在合閘狀態(tài)時，應該是接觸良好的導體，可以承受正常負荷電流及規(guī)定短路電流下的發(fā)熱及電動力；在合閘狀態(tài)下，能盡可能短的時間內開斷故障短路電流，在分閘狀態(tài)下，能盡可能短地關合規(guī)定的短路電流，且斷路器觸頭不發(fā)生熔焊；可單獨作為主保護設備。因斷路器的滅弧介質而異，而形成不同斷路器油斷路器、SF6斷路器、真空斷

21、路器。它們在中壓配電系統(tǒng)(335kV)已得到普遍應用，而無油真空斷路器因重量輕、分斷才能強，在城市配電中越來越多地受到青睞。5.2自動重合器真空斷路器加上控制器和輔助裝置后，可以構成真空重合器，真空重合器是一種新型的開關設備，它可以按預定的開斷和重合順序自動進展開斷和重合操作。當系統(tǒng)上出現(xiàn)瞬時故障時，重合器自動重合功能可以使系統(tǒng)自動恢復供電；假設是永久性故障，經(jīng)過數(shù)次重合均不成功，由分段器將存在故障的支路隔分開，完成對無故障線路供電，最大限度縮小停電區(qū)域。圖9重合器與熔斷器配合例5.3真空重合器的應用這里介紹重合器與10kV熔斷器在配電系統(tǒng)中配合應用圖9。(1)由圖10，額定電流40T的熔斷器的最小電流時間曲線與重合器修正后的快速電流時間特性曲線交點為1420A，F(xiàn)1側最大的短路電流為1190A，滿足由重合器開斷的要求。(2)如圖10，熔斷器40T的最大電流時間特性曲線處于重合器慢電流時間特性曲線下方，因此最小配合電流取重合器的最小分閘電流280A，所以熔斷器F1在重合器第三次動作前(第三次是慢動作)切斷故障。(3)重合器與熔斷器F1之間出現(xiàn)的短路故障電流應由重合器AR1開斷。轉貼于論文聯(lián)盟.ll.6電流互感器電流互感器在電力系統(tǒng)保護