变配电所配电方案及断路器选择分析

国网天水供电公司 陈昀亮

变配电所配电方案及断路器选择分析

国网天水供电公司 陈昀亮

我国经济高速发展,人民生活水平越来越高,电力能源对生产生活越来越重要,而多样化的变配电系统能够满足人们的生活生产要求,10kV的变配电所所供电设计的环节对于是电网建设中至关重要的一个环节.本文主要介绍了变配电所配电方案,分析了配电方案的优缺点,针对各自的优缺点阐述了配电方案的应用范围.还介绍了断路器的类型以及选择类型的原则,进一步分析了断路器的要点.

变配电所;配电方案;断路器;过电流

1 引言

在城镇供电系统中,给居民提供生活用电的是10kV变配电,设计好变配电所配电方案对于保障人民的供电稳定至关重要.根据我国的《供配电系统设计规范》中要求的供电要点,双重电源为一级负荷供电,二级负荷供电需要经过两回线路.如果一级负荷和二级负荷同时用于一所建筑中,需要有两路供电电源安装在两个电源点之间不同的母线的接线处.如果一个供电电源出现断电故障时,不至于造成整个建筑的供电系统瘫痪.另一个供电电源所在线路可以满足全部用电负荷,所以选择断路器和设计配电方案至关重要.

2 10kV变配电所配电方案概述及其原则

2.1 变配电所配电方案

有三种10kV变配电所配电方案符合《供配电系统设计规范》中的相关要求,第一种配电方案是一路电源,接线简便、易操作,用到的设备很少,成本低廉,但是只满足三类用户的用电负荷,不能满足大负荷用电,而且对于电路检修非常不便,需要停掉整个系统的用电.第二种配电方案是两路电源,实现两路电源配电方案的方式有三种,分别是单母线、断路器分断单母线和隔离开关分断单母线.断路器分断单母线应用的最普遍,隔离开关分断单母线使用条件较复杂,需要没有自动装置、继电保护和带负荷操作等.两路电源配电方案适用于一类和二类用户的用电负荷,用电负荷在1万kV左右,能够将配电所设计成多配电回路,具有较大的容量,而且操作灵活但较复杂,供电稳定可靠.缺点就是高成本、需要大面积的用地.第三种配电方案是三路电源.在一、二类用户中,用电负荷较大的用户选择三路电源配电方案较适用,比两路电源配电方案安全可靠,缺点也是高成本,需要使用大容量的UPS,还需要备用发电机,但是很好运用到这些设备,造成浪费.

2.2 供配电方案选择必须遵循的一般原则

1)必须遵循国家的有关法令、标准和规范,执行国家的有关方针、政策.包括节约能源、节约有色金属等技术经济政策.

2)应做到保障人身和设备的安全,供电可靠,电能质量合格,技术先进和经济合理,设计中应采用符合国家现行有关标准的效率高、耗能低、性能先进的电气.

3)必须从全局出发,统筹兼顾,按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件,合理确定设计方案.

4)应根据工程特点、规模和发展规划,正确处理近期建设与远期发展的关系,做到远近结合,以近期为主,适当考虑扩建的可能性.

3 10kV变配电所断路器的选择

3.1 断路器类型与选择因素

关于10kV 变配电所的断路器的类型,从不同的角度有不同的类型.首先在设计型式角度,可以分为塑壳型、微型和框架型;从使用类别的角度考虑,有A、B两类;而根据用电负荷来区分,可以分为电机、配电、家用和剩余电流保护.正确选择断路器的类型,首先要了解配电方案中断路器的类别,选择需要的断路器.

关于断路器的选择,要考虑很多因素,主要有额定电压和电流、极数、电流类型、短路特性、负荷性质、负荷功率和保护的选择性配合.电流类型有交流电和直流电,额定电压有包含许多,有额定冲击耐受电压、额定工作电压和额定绝缘电压;短路特性又有运行短路、额定极限短路和短路接通能力.

选择断路器要根据实际情况进行选择,框架断路器应用在母联断路器、低压侧进线断路器和电流高于800A 的出线断路器.而线路电流在低于630A,塑壳型断路器比较适合.而用在末端线路的断路器,要充分考虑安装断路器的位置,短路电流,塑壳型和微型断路器都适用于末端线路.

选择不同类型的断路器,设置保护脱扣器的方式也不同,除了母联断路器不设置保护脱扣器外,其余的都要设置保护脱扣器,如果安装断路器的配电线路是低压侧出线和末端,保护脱扣器应该设置成延时和瞬时;如果断路器安装在变压器低压侧进线处,保护脱扣器应该设置成长延时、短延时和瞬时.

3.2 整定断路器

选择好了断路器,下一步是整定断路器,确保选择的断路器符合配电方案的需求,在配电线路中能够起到保护作用.整定断路器的内容随着断路器的安装位置不同而不同,下面对断路器的整定内容进行详细介绍.

低压进线断路器的整定内容.断路器安装在低压进线处,断路器的整定内容为短延时过电流、长延时过电流和瞬时过电流.变压器低压侧额定电流乘以长延时可靠系数就是长延时过电流的整定值;变压器低压侧额定电流乘以短延时可靠系数,之后再乘以过电流倍数得到短延时过电流整定值;而瞬时过电流整定值最小值是长延时过电流整定值的10倍.

出线断路器的整定内容.出线断路器的整定内容主要有:

(1)断路器额定电流,断路器额定电流的最小值要大于工作电流,而最大值又不能比断路器壳架等级额定电流大;

(2)长延时过电流脱扣器整定值,长延时过电流脱扣器整定值最小值要大于工作电流,最大值要低于配电线路载流量;

(3)短延时过流整定值,对于短延时过流整定值,要躲开短时刻的负荷尖峰电流,短延时过流整定值最小值的计算公式为先将线路最大电机启动电流和最大电流电机以外其它线路计算电流相加,其和乘以短延时过流脱扣器可靠系数,在脱扣器的上下级之间,时间差要大于0.1;

(4)瞬时电流整定值,要和配电线路尖峰电流错开,其最小值计算公式和短延时过流整定值最小值的计算公式相似,等于线路最大电机全启动电流和最大电流电机以外其它线路计算电流之和乘以瞬时过电流脱扣器可靠系数.

3.3 断路器的分断能力与短时耐受能力

断路器的性能好不好,额定运行短路分断能力是一项非常重要的衡量指标,所谓的额定运行短路分断能力,是断路器在完成了多次短路分断工作之后,还没有失效,可以继续进行分段工作;断路器极限分断能力的衡量指标是极限短路分断能力,极限短路分断能力是指断路器在完成一次短路故障分段之后就失效,无法进行正常工作.

断路器的类型很多,应用最广泛的还是框架型,如果主干线几线出现故障,断路器将分断电流,之后就要换新的断路器.主干线停电后,影响非常大,加上框架型断路器成本高,所以在选择断路器时,要充分考虑额定运行短路分断能力,避免主干线停电而造成大的影响.

塑壳断路器在配电箱和变电所的出线处用的比较多,如果出现极限故障而被切断后,也要更换成新的,配电箱和变电所停电后产生的影响较大,所以也要把极限短路分断能力作为选择断路器的重要指标.

断路器不脱扣能力取决于短时耐受电流,断路器不脱扣能力作为一项重要考核指标来考核短延时脱扣断路器动稳定性和热稳定性.对于B类断路器,额定电流小于2500A时,比较1.2 倍额定电流与5kA的大小,取较大的值作为短时耐受电流最小值,当额定电流大于2500A时,则取 30kA作为短时耐受电流最小值.

3.4 断路器异常操作情况

当线路、主变停电的时候,断路器合环运行的操作方法如下:如果是在短引线一侧发生带负荷拉合闸故障,则需要切除两边断路器跳闸的故障,避免故障的发生会给整个电力系统的正常运行及其安全性带来影响.如果是母线一侧发生带负荷拉合闸故障而致使母线处在没有电压的情况下,则需要将双母线运行的方式转换成单母线运行,尽可能降低故障对电力系统安全性带来的不良影响.因此,断路器合环运行的操作顺序应该严格研究母线侧隔离开关到短引线侧隔离开关再到断路器这一操作顺序来进行停电操作,而解环操作顺序则正好与此顺序相反.

4 结束语

对于变配电所配电方案的设计,首先要符合《供配电系统设计规范》中的规范要求,在这个前提下,尽量做到成本低、操作灵活简便,具有较强的扩展性.随着科学技术的突破与发展,低压断路器也在不断更新换代,将最新的科学技术应用到断路器中,断路器已经实现了模块化和组合化,到现在,断路器已经实现智能化,在之前具备监视、自诊断、保护、试验、显示功能的基础上进一步引入了电能管理和通信功能,所以在选择断路器时,要了解断路器整定计算原则,同时调研市面上最新产品的功能,将拥有最新技术,功能全面的断路器应用到配电方案中,满足多样化的配电方案需求.

[1]上海电器科学研究所(集团)有限公司等.GB 14048.2-2008/IEC 60947-2:2006,IDT.低压开关设备和控制设备第2部分:断路器[S].北京:中国标准出版社,2008.

[2]中国建筑标准设计研究院,住房和城乡建设部工程质量安全监管司.全国民用建筑工程设计技术措施电气[M].北京:中国计划出版社,2009.

[3]杨浩.浅析10kV变配电所主要一次、二次电气设备的选择[J].科技传播,2011,14:161,159.