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摘要：地铁车站低压配电系统中，0.4KV低压开关柜作为低压系统总进线设备，其可靠性直接影响运营安全。对于系统发生的短路现象，进线框架断路器的短路保护功能尤为重要。本文通过计算低压系统短路电流，从实现短路保护功能的角度出发，提出框架断路器选型的合理性建议，在满足使用要求的前提下，达到最大的经济效益。
关键词：地铁；低压配电；短路保护；框架断路器
0 引言
地铁车站低压配电系统中，框架断路器作为总进线开关，实现电网的短路保护功能尤为重要。为减小短路故障造成的影响，框架断路器的各项参数应满足使用要求。文章结合地铁车站低压配电系统供电结构及设备类型，对短路情况进行计算分析，提出框架断路器短路保护功能选型的合理化建议，在满足使用要求的前提下，达到最大的经济效益。
1 地铁车站供电系统简介
地铁供电系统主变电站引入供电局110KV电源，然后以35KV输出电压为全线各降压变电所供电，降压所变压后进入低压开关柜，从而提供380V/220V交流电给站内用电设施使用。
深圳地铁低压配电系统采用TN-S接地保护系统。低压开关柜作为地铁车站内低压用电总进线设备，采用两进线一母联的供电结构形式（如图1），由两个进线柜、一个母联柜及若干个馈线柜组成。正常状态下，两段进线分开供电；故障情况下，通过合闸母联开关，可由一段进线负责两段负载的供电。站内用电设备按照重要性，分为三个级别。一级、二级负载在一段进线负责两段负载供电时，需保证正常供电；三级负载在上述情况下可以切除不供电。这种供电结构要求低压开关柜进线断路器额定运行电流要大于两段一、二级负载的计算电流之和。
图1 低压柜两进线一母联结构形式
2 短路现象研究
2.1 短路的类型
三相系统中，短路的类型分为三相短路、两相短路、两相接地短路（也就是发生两相短路后，又与大地直接连接）和单相接地短路（又简称单相短路）。通常发生三相短路时的短路电流最大，其所造成的影响也最大，因此在进行断路器短路保护选型计算时，以对称的三相短路电流为选型依据。
2.3 短路的危害性
当电流通过某设备时，其内部的载流导体和电器元件，彼此之间会产生电动力的作用，并出现发热现象。尤其当通过很大短路电流时，会产生很大的热效应、力效应和磁效应，对导体及电气设备会造成不良影响和破坏。
2.4 短路电流计算
2.4.1低压系统三相短路过程分析
图2表示无限大容量系统发生三相短路前后电压、电流的变动曲线。由图可以看出，短路电流在到达稳定前，要经过一个暂态过程（此过程又称为短路瞬变过程），这一暂态过程即是短路电流非周期分量所存在的时间段。从物理概念上来说，短路电流周期分量是因系统发生短路后，电路阻抗突然减小很多倍，按欧姆定律应突然增大很多倍电流；短路电流非周期分量是因短路电路含有感抗，电路电流不可能突变，按楞次定律感生的用以维持短路初瞬间（t=0时），电流不致突变的一个反向衰减的直流电流，其衰减时间与短路线路的阻抗有关，此电流衰减完毕后，短路电流达到稳定状态。
图2 无限容量系统三相短路时短路电流变化曲线图
在此变化过程中，我们需要了解下列参数的含义：
（1）三相短路电流周期分量（短路电流稳态值）
2.4.2地铁低压系统三相短路电流计算
计算低压配电网一级配电设备短路电流时，可以采用简化方法，我们考虑一级低压配电设备所承受的短路电流时，应当按短路电流的最大值来考虑。为此，极端短路电流时，可忽略连接变压器与低压成套开关设备进线回路之间的母线铜排阻抗，认为变压器低压侧绕组直接与进线开关相接。低压配电网中最大短路电流发生在低压成套设备的主母线上，所以计算低压配电网短路电流时，只需要考虑变压器短路参数即可。以某城市地铁2000kVA容量35/0.4KV干式电力变压器为例，其短路阻抗值为5.8%，具体计算步骤如下：
变压器的三相冲击短路电流峰值为峰值系数与三相短路电流稳态有效值的乘积，查询GB7251.1-2013标准中的峰值系数表。2000kVA变压器计算出的短路电流稳态有效值约为50kVA，峰值系数取值为2.1。
即： 
3 框架路断路器选型分析
3.1 框架断路器参数说明
进行框架断路器选型分析，首先要了解框架断路器的5个重要参数及其代表的含义：
3.2 框架断路器选型建议
查询设计图纸，该站点低压柜两段一、二级负载的计算电流为3800A，以施耐德MT型框架断路器选型为例，参照施耐德MT型框架断路器产品手册，结合计算数据，2000kVA变压器低压侧进线断路器建议选用MT40H1型号，其额定运行电流4000A大于负载实际满载运行电流3800A；运行短路分断电流65kVA大于50kVA的低压侧短路电流稳态有效值；短路接通能力143kVA大于冲击短路电流峰值105kVA，满足使用要求。
4 结论
通过上述的分析计算，对地铁车站低压配电系统中断路器短路分断能力的选型分析得出以下结论：
（1）低压系统短路电流计算是一个复杂的过程，在实际选型过程中，可以通过适当的简化，提高计算效率，同时，不影响最终的选型可靠性。
（2）进行框架断路器短路保护功能选型时，要对其参数进行详细比对，确保满足使用要求。其中，针对低压侧短路电流稳态有效值，可以从稳定性与经济性两个角度出发，选择以运行短路分断电流或极限短路分断电流作为对比参数，前者注重系统的稳定性，后者注重系统的经济性。在满足安全的前提下，使用者可以结合自身需求，进行选择，达到最佳的使用效果。
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论文作者:李夔
论文发表刊物:《电力设备》2018年第13期
论文发表时间:2018/8/17
标签：电流论文; 断路器论文; 低压论文; 系统论文; 框架论文; 地铁论文; 负载论文; 《电力设备》2018年第13期论文;