李健春
(福建大唐国际宁德发电有限责任公司 福建省 福安市 355006)
摘 要：电厂配电房是供电系统中重要的模块，对电网供电的安全性和稳定性起着重要的作用。本文结合配电房高低压开关的相关参数以及使用条件，对高低压开关的选型与应用进行研究，着重研究了高压开关、低压开关、断路器、熔断器的选择与应用，旨在科学指导高低压系统开关的选择与应用，为电力企业提供必要的借鉴，保证供电电网的稳定性。
关键词：配电房；高低压开关；选型；搭配
引言
高压开关和低压开关两者结合搭配工作才保证了电力系统的正常稳定工作，是电厂配电房中不可缺少的安全控制环节，也是当前供电安全中必须解决的问题。随着我国社会经济的发展，城乡中对电能的依赖性不断的增强，电网中供电总量呈现上升趋势，很多供电企业的配电房超负荷工作，导致了供电电网存在安全隐患。尤其是在高流量的供电期间，已经影响到了电力的稳定性。因此为了应对新形势的供电需求，必须对电厂配电房以及各种供电设备进行升级改进，在配电房的建设和改进中科学选用高低压开关，对维护供电电网安全运行有重要的作用。
一、电厂配电房高压开关的选型与应用
(一)高压开关的种类
1.负荷开关
负载开关是供电线路自我保护的高压开关，是我国配电室使用的最早也是最广泛的线路保护开关，负荷开关作为仅开断关合工作电流的开关,在我国电厂的配电房安全系统中早已开始使用,现在用到的负载开关主要有产气式和压气式两种 ,最先使用的SF6真空负荷开关,目前很多配电房安全系统中仍然在延续使用，随着配电系统的不断升级和优化，产气式和压气式发展成SF6三工位负荷开关和真空负荷开关，目前随着系统的更新，三工位负荷结构的负载开关已经形成主导，其可靠性高、成本低、免维护,是标准更换元件。
2.电路保护开关—熔断器
熔断器是保护电路的基本元器件，是一种组合开关，属于负载保护开关的一种，仅仅限制电路中电流的大小，是所有配电房以及用电系统中标配的电路安保元件。熔断器是短路或者过载保护的作用，负载开关与熔断器的协同作用，才能保证配电房和用电器电流稳定在额定的范围内，并具有电流过载保护作用。
3.断路器
断路器的功能是短路保护避免电厂配电房以及用电电器终端电流过大，引起系统电流过大，从灭弧介质和绝缘介质类型来看,主要分为SF6断路器和真空断路器两大类,其工作原理利用了弹簧操动机构，真空断路器则在弹簧操动机构中并联了负气压装置。当前在断路器的研究中，已经成功研制了永磁操作机构。随着电厂配电室建设要求的提升，其供电负载控制技术向着智能化、安全化、自我检测化的方向发展,断路器保护越来越齐全,但一般使用的大致分为二段或三段式保护,或带反时限功能的保护。
(二)高压开关主要参数的选择
负载开关中主要的参数有两个额定电流和额定电压，其中在铭牌中还规定了极限电压和极限电流，在配电房中高压开关的选用中，其参数的选择主要是额定电压和额定电流。定短路开断电流、额定短时耐受电流(有效值)、额定峰值耐受电流(峰值)。
1.额定电压
在国内配电房中高压开关的额定电压就是电网工作时的标定电压，但是在国外的配电室高压开关额定电压标定中，采用的是最高电压也就是极限电压，因此高压开关在额定电压的标定上国内外存在一定的差异,在国内高压开关行业标准的中额定电压是正常工作电压，在国外标定电压为最高电压，是一个量程范围。我国配电站的额定电压的标定积极的向国际标准靠拢，但是根据我国额定电压的标定指标，额定电压就是设备稳定运行的最高电压,最高运行电压为额定电压的110%，特殊配电室中根据使用要求最高电压与额定电压的互动范围应该控制在20%以内。
2.额定电流
额定电流的控制与电压控制不同，电压具有稳定性，电流特性具有分支累加效果。以保证额定电流或者额定电压在突变过程中，损坏电器元件，根据行业指标空载电流为额定电流的2%上下,对于配变容量的选择，根据实际的高压负载开关的特性选择，例如：选择负载开关——熔断器，则应选择≤1200kvA为宜;其次考虑因素是线缆总线的额定电流能力。电缆的通电能力与横截面积有关，横截面积越大电阻越小，通电能力越强，横截面积越小，则反之。另外还要考虑动热稳定承受能力，动热稳定系数受环境温度和湿度的影响，属于动态标量电流耐受的时间作为电缆电流的承受能力大小的评估标准，在相关指标的制定上，国内外的指标不尽相同，在我国的配电房高压开关电路中基本维持在2s～4s之间,根据我国基本的用电环境，通用的热动承受能力指标选用 18Ka/3S为宜。
3.额定峰值耐受电流
在规定的使用和性能条件下，开关设备和控制设备在合闸位置能够承载的额定短时耐受电流第一个大半波的电流峰值。额定峰值耐受电流应该等于2.5倍额定短时耐受电流。
4.额定短路开断电流
在额定电压下，断路器能保证可靠开断的最大电流当断路器在低于其额定电压的电网中工作时，其开断电流可以增大。不能超过灭弧室机械强度的限制，也就是不能超出极限开断电流的范围。
5.熔断器主要参数选择
表1 负荷开关——熔断器型号的选择
注：表中数据分子为熔断器额定电流，分母为熔体额定电流。
6.断路器主要参数选择
断路器的主要选择参数为：额定容量和短路电流。断路器的短路电流参数 icu、 ics、 icw 在选定断路器时需考虑，断路器型号和壳架等级额定电流 inm 选定后就已确定，故不需另外标明；而断路器的额定电流参数和所选脱扣器的电流参数需根据实际情况确定。
二、低压开关的种类以及特征
(一)低压开关的种类
1.A类断路器
A类断路器的分类标准是按照IEC942-2 《低压开关设备和控制设备第二部分断路器》使用类别规定，其中短时耐受电流的规定为，在短路的情况下，系统无人为干预的情况下，能够实现短路装置的选择性保护，而不影响整体供电线路。尤其是在电厂配电房中A类低压开关的使用，在短路情况下,低电压分配继电器根据信号源的指令，自动控制分支电路的通电与断电状态，保持电流延时效果，保护用电器和配电室供电线路的稳定性，因而不要求额定短时耐受电流。也就是说A类断路器,实现供电分支配置，只能发挥过载长延时、电缆短路瞬动的功能，不具有瞬间短路延时的功能。当前我国电厂配电室中应用的A类断路器一般为绝缘体材质制作，如HM3,CM1,TIM1的系列产品,另一部分为万能式断路器，A类断路器的种类很多，在我国电厂配电室中应用的低压A类断路器主要是HM3，另外电磁铁过载保护的应用范围也不断的扩展。
2. B类断路器
B类断路器的分类与A类断路器的分类方法相似，在IEC942-2标准中规定，低压断路器中具有短时的过载耐受电流，其使用方法为串联在负载一端，作为串联负载，在短路的情况下进行选择性保护，那么这类低压负载开关就是B类断路器。B类断路器的种类较多，其中当前使用最为广泛的为万能断路器、使用电子脱扣器和智能控制器三种。
(二)低压开关的主要参数的选择
1.额定电压
电厂配电房中低压开关的额定电压指的是线电压，在国外配电房中低电压开关的额定电压标定中部分低电压开关企业采用相电压标定，目前，我国电厂配电房中使用低压开关额定电压为线电压。
2．额定电流
配电房中低电压开关额定电流处于标定电流的范围内，其额定电流为低电压开关的上限，断路器的最小电流应该满足实际的供电要求。
3.A类断路器和B类断路器的过载保护特性
对于A类断路器和B类断路器的过载保护指数一般采用相同的保护指数，我国电厂配电房通用的低电压开关保护指数以断路器的延时过载时间划分，通常都用反时限曲线，根据实际配电指标的通用要求，B类断路器短路瞬时分闸，为0.1s的倍数。
4.低压短路分段能力，
短路分断能力分为极限分断能力(Icu)和运行短路分断能力(Ics)。根据电厂配电房的相关行业指标，断路器的额定短路分断能力应≥线路的预期短路电流的原则来看,就存在断路器的额定短路分断能力是指极限分断能力还是指运行短路分断能力Ics的问题,笔者认为还是选择运行短路分断能力Ics为好,保险系数更大些。
5.额定短路关合电流
短延时脱扣时，对断路器的电动稳定性和热稳定性的考核指标，它是针对B类断路器的，通常Icw的最小值是：当In≤2500A时，它为12In或5kA，而In>2500A时，它为30kA( DW45_2000的Icw为 400V、50kA，DW45_3200的Icw为400V、65kA)。
三、高压开关与低压开关的保护配合
（一）配电房高压供电网络短路电流的计算
根据配电房供电网络短路电流的计算指标，其短路电流为短路时供电电缆中最大电流，并考虑过载保护的响应时间。根据普通电厂配电房的配电线路的制定，计算三相短路电流的最大值。
（二）低压总开关与高压断路器柜的保护配合
高压断路器柜电流速断保护的整定是按躲开变压器二次侧短路时,归算到一次侧的三相最大短路电流来整定的,其计算公式如下：II=Kre1I(3)K1,max (IIsu,1表示一次侧的三相su,1最大短路电流;Kre1一可靠性系数,取1.1;IK1,max则表示变压器低压侧短路时三相最大短路电流折算到高压侧的电流值)从上述整定原则以及计算公式确保低压侧总开关选用智能式带短路短延时的开关,也可实现保护配合。对于三相电路中不同的接线口采用不同的计算方法，并有相关的参考指标，相关点三相短路计算值如表2.所示。
表2 相关点三相短路计算值
图2.相关点三相短路计算值
综上所述，从高低压串并联整合电路的计算公式中，能够看出低压侧的断电器是智能短路延时开关，总是保护低压线路分支，配电房中通过高压开关与低压开关的配合，有效实现了配电房供电网络的安全性与可靠性。
(三)低压总开关与高压负荷开关——熔断器组合电器的保护配合
断路器中熔丝与变压器的额定功率、额定电流相配套，根据相关行业安全标准，熔断电阻丝中允许通过的最大电流为配电房变压器额定电流的85%~90%, 低压柜母排或分支线出口发生三相短路故障,其短路电流折算到高压侧以后,熔断时间在110～120ms之间。组合式开关高压负荷开关—熔断器搭配的熔丝与变压器是配套的,其安装位置与参数的选定与母线中这算到高压侧的最大电流有关。
结束语
总而言之，配电房中高低压开关的科学选用才能保证通电网络的稳定性与安全性，必须严格执行相关技术要求，合理搭配配电房高低压开关，配电房高压供电网络短路电流的计算、低压总开关与高压断路器柜的保护配合、低压总开关与高压负荷开关——熔断器组合电器的保护配合三个层面进行保护配合的选用，从而保证供电安全。
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论文作者:李健春
论文发表刊物:《电力设备》2016年1期供稿
论文发表时间:2016/4/15
标签：断路器论文; 电流论文; 配电房论文; 电压论文; 低压论文; 高压论文; 熔断器论文; 《电力设备》2016年1期供稿论文;