泵站用電系統(tǒng)斷路器的合理選型與應(yīng)用研究

周明政

（蕪湖市水務(wù)局排灌管理站 安徽蕪湖 241000）

泵站用電系統(tǒng)斷路器的合理選型與應(yīng)用研究

周明政

（蕪湖市水務(wù)局排灌管理站 安徽蕪湖 241000）

在對(duì)低壓斷路器結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹后，對(duì)斷路器合理選型與應(yīng)用技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了探討，尤其對(duì)斷路器的通用選擇原則和保護(hù)配合推薦系數(shù)進(jìn)行了認(rèn)真分析研究。

泵站 用電系統(tǒng) 斷路器 選型應(yīng)用

引言

用電系統(tǒng)是泵站正常運(yùn)營(yíng)和測(cè)控保護(hù)設(shè)備電源提供的重要能源載體，其運(yùn)行的安全可靠性直接關(guān)系到泵站運(yùn)行的安全可靠性和節(jié)能經(jīng)濟(jì)性。泵站用電系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)、優(yōu)化選型、應(yīng)用等過程中均涉及到非常多的10kV及以下電壓等級(jí)的電器設(shè)備，其中低壓斷路器的合理選型和應(yīng)用就至關(guān)重要。

低壓斷路器在泵站用電系統(tǒng)中占據(jù)非常重要的地位，不僅可以合理動(dòng)作接通和分?jǐn)嗾Ｘ?fù)荷電流、過負(fù)荷電流，同時(shí)還可以接通和分?jǐn)喽搪冯娏鳎邆鋽嗦繁Ｗo(hù)、過載保護(hù)、短路保護(hù)、控制、隔離等諸多功能，在泵站用電系統(tǒng)中作為控制、保護(hù)的核心設(shè)備得到廣泛應(yīng)用。但是，如果在方案設(shè)計(jì)、優(yōu)化選型以及應(yīng)用等過程中，出現(xiàn)設(shè)計(jì)方案不合理、選型不合適、上下級(jí)保護(hù)選擇性不匹配等問題，就會(huì)造成泵站用電系統(tǒng)中電氣設(shè)備或其他輔助電器發(fā)生損壞，嚴(yán)重時(shí)還可能引起火災(zāi)事故。因此，中低壓斷路器的合理選型和正確使用，是泵站用電系統(tǒng)安全可靠、節(jié)能經(jīng)濟(jì)調(diào)度運(yùn)行的重要保障，非常具有實(shí)踐應(yīng)用研究意義。

1 低壓斷路器工作原理

低壓斷路器作為泵站用電系統(tǒng)中供配電線路、負(fù)載等電氣設(shè)備運(yùn)行中起隔離、保護(hù)等功能的核心設(shè)備，其在優(yōu)化選型設(shè)計(jì)過程中必須嚴(yán)格按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行，即：對(duì)于工業(yè)用（或通用工程中），應(yīng)按照GB14048.2-2008（IEC60947-2-2006）《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第2部分：斷路器》中的相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求進(jìn)行；對(duì)于民用建筑和類似工程中使用的斷路器，應(yīng)按照GB10963（IEC60898）《家用及類似場(chǎng)所用過電流保護(hù)斷路器》中的相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求進(jìn)行；對(duì)于設(shè)備用斷路器，應(yīng)按照GB17701-2008（IEC60934）《設(shè)備用斷路器》中的相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求進(jìn)行。

泵站用電系統(tǒng)中的中低壓斷路器，其主要由觸頭、滅弧系統(tǒng)、脫扣原件、以及輔助觸頭、故障信號(hào)觸頭、操作機(jī)構(gòu)等功能單元組成。其工作原理如圖1所示：

從圖1可以看出：斷路器中過電流脫扣器線圈和熱脫扣器熱元件同主電路間是串聯(lián)連接方式，而欠電壓脫扣器線圈則會(huì)主電路是并聯(lián)連接

方式。當(dāng)斷路器主觸頭處于閉合狀態(tài)時(shí)，自由脫扣機(jī)構(gòu)則會(huì)將主觸頭閉鎖在合閘位置處，其斷路器動(dòng)作的安全可靠性。當(dāng)用電回路出現(xiàn)短路、嚴(yán)重過負(fù)荷等問題時(shí)，過電流脫扣器線圈將會(huì)勵(lì)磁，銜鐵被吸合，使自由脫扣機(jī)構(gòu)解除閉鎖并動(dòng)作斷開斷路器主觸頭斷開電路，避免短路、過載電流等對(duì)電路中設(shè)備的沖擊破壞；同理，當(dāng)電路發(fā)生過載運(yùn)行工況時(shí)，熱脫扣器熱元件則會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱問題，驅(qū)使雙金屬片發(fā)生彎曲，進(jìn)而推動(dòng)自由脫扣機(jī)構(gòu)動(dòng)作斷路電路，達(dá)到保護(hù)作用。

圖1 斷路器工作原理簡(jiǎn)圖

2 斷路器合理選型與應(yīng)用技術(shù)要點(diǎn)

2.1按通用性原則合理進(jìn)行斷路器選型和應(yīng)用

泵站用電系統(tǒng)斷路器在優(yōu)化選型設(shè)計(jì)和應(yīng)用過程中，應(yīng)首先從通用性原則進(jìn)行選型設(shè)計(jì)，即：（1）結(jié)合GB14048.2-2008（IEC60947-2-2006）《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第2部分：斷路器》等相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，根據(jù)泵站用電系統(tǒng)中供配電線路中負(fù)載的性質(zhì)、保護(hù)等級(jí)、故障類別、以及對(duì)供配電電路的保護(hù)要求，合理確定待選用斷路器的類型和型號(hào)。（2）在斷路器額定電壓（Ue）、額定頻率（f）等特征參數(shù)選擇時(shí)應(yīng)與所在回路中的標(biāo)稱電壓、標(biāo)稱頻率相匹配。（3）認(rèn)真計(jì)算供配電回路中負(fù)載電流，應(yīng)在留有相應(yīng)富裕電流容量基礎(chǔ)上選擇斷路器額定電流，確保其不小于所在回路的負(fù)載計(jì)算電流。（4）應(yīng)根據(jù)斷路器使用范圍合理修正斷路器的一些特性參數(shù)，如：1）在GB14048中明確指出斷路器出廠時(shí)其脫扣值整定時(shí)的環(huán)境溫度特性為：“斷路器使用周圍空氣溫度不超過+40℃，且在24h內(nèi)其環(huán)境平均溫度值不超過+35℃”。如果在進(jìn)行斷路器優(yōu)化選型或應(yīng)用更換過程中，設(shè)計(jì)師認(rèn)為斷路器使用環(huán)境溫度明顯高于上述溫度時(shí)，則需要按照樣本中的“溫度修正系數(shù)”對(duì)斷路器的溫度系數(shù)進(jìn)行修正，以確保其運(yùn)行的安全可靠性。2）在GB14048中明確指出斷路器安裝地點(diǎn)海拔高程不超過2000m，如泵站用電系統(tǒng)安裝地點(diǎn)超出2000m高程時(shí)，則設(shè)計(jì)師應(yīng)與制造商協(xié)商，按照GB14048、《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》等相關(guān)技術(shù)規(guī)范或設(shè)計(jì)手冊(cè)指導(dǎo)方法進(jìn)行修正處理。（5）應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的用電系統(tǒng)短路電流計(jì)算，確保斷路器在短路工況下能夠滿足動(dòng)、熱穩(wěn)定等技術(shù)要求。

2.2斷路器上、下級(jí)保護(hù)配合的優(yōu)化選擇與應(yīng)用

在泵站用電系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)和技術(shù)改造過程中，通常采用斷路器作為上、下級(jí)保護(hù)，則應(yīng)重視斷路器動(dòng)作的選擇性，確保上、下級(jí)間保護(hù)具有較高的協(xié)調(diào)配合特性。泵站用電系統(tǒng)斷路器上、下級(jí)間的選擇性配合，必須按照“選擇性、快速性、靈敏性”等進(jìn)行優(yōu)化選型與應(yīng)用。選擇性同上下兩級(jí)斷路器間的保護(hù)配合有關(guān)，而快速性、靈敏性則同斷路器自身運(yùn)行工況特性和線路運(yùn)行方式有關(guān)。在用電系統(tǒng)優(yōu)化選型設(shè)計(jì)和技術(shù)改造過程中，若上、下級(jí)斷路器保護(hù)搭配得當(dāng)，則斷路器能夠根據(jù)回路運(yùn)行工況的變換有選擇地準(zhǔn)確將故障從回路中切除，確保泵站用電系統(tǒng)中其他非故障回路繼續(xù)穩(wěn)定工作，縮小供電中斷范圍；反之，不合理的斷路器搭配方案，則可能影響泵站用電系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性和節(jié)能經(jīng)濟(jì)性。

（1）斷路器上、下級(jí)保護(hù)動(dòng)作為選擇性時(shí)，應(yīng)重視斷路器電流脫扣器整定值與時(shí)間的匹配。筆者推薦上級(jí)斷路器其過載長(zhǎng)延時(shí)和短路短延時(shí)的整定電流，宜按照不小于下級(jí)斷路器整定值的1.3倍進(jìn)行選配，以確保斷路器上、下級(jí)間的保護(hù)動(dòng)作具有較好的選擇性。泵站用電系統(tǒng)中的第一級(jí)斷路器（如變壓器低壓側(cè)進(jìn)線）筆者推薦采用過載長(zhǎng)延時(shí)、短路短延時(shí)（即按照0～0.5s延時(shí)可調(diào)保護(hù)特性進(jìn)行選擇），不宜設(shè)置短路瞬時(shí)脫扣器；而對(duì)于第二級(jí)斷路器則筆者推薦宜設(shè)置過載長(zhǎng)延時(shí)、短路短延時(shí)、短路瞬時(shí)、以及接地故障保護(hù)等控制保護(hù)功能。對(duì)于母聯(lián)斷路器則宜設(shè)置過載長(zhǎng)延時(shí)、短路短延時(shí)等保護(hù)。而對(duì)于第一級(jí)和第二級(jí)間的短路延時(shí)配合，應(yīng)設(shè)置一個(gè)

時(shí)間級(jí)差時(shí)間，確保斷路器保護(hù)有選擇性的動(dòng)作，推薦不小于0.2s。

（2）如果上、下級(jí)斷路器類型不一樣時(shí)，如：當(dāng)上一級(jí)選用選擇型斷路器，而下一級(jí)選用非選擇型斷路器時(shí)，則上一級(jí)斷路器的短路短延時(shí)脫扣器其整定電流，應(yīng)按照不小于下一級(jí)斷路器短路瞬時(shí)脫扣器整定電流的1.3倍進(jìn)行保護(hù)整定；同時(shí)上一級(jí)斷路器的瞬時(shí)脫扣器整定電流，應(yīng)按照大于下一級(jí)斷路器出線端單相短路電流的1.2倍進(jìn)行保護(hù)整定。

（3）如果上、下級(jí)均采用非選擇型斷路器時(shí)，應(yīng)在短路保護(hù)整定過程中，加大上、下級(jí)斷路器的脫扣器整定電流值的保護(hù)級(jí)差。推薦上一級(jí)斷路器長(zhǎng)延時(shí)脫扣器整定電流應(yīng)按照不小于下一級(jí)斷路器長(zhǎng)延時(shí)脫扣器整定電流的2倍進(jìn)行整定；上一級(jí)斷路器的瞬時(shí)脫扣器整定電流應(yīng)按照不小于下一級(jí)斷路器瞬時(shí)脫扣器整定電流的1.4倍進(jìn)行。對(duì)于泵站用電系統(tǒng)而言，筆者推薦第一級(jí)保護(hù)電路（即變壓器低壓側(cè)主斷路器）應(yīng)配置過載長(zhǎng)延時(shí)、短路短延時(shí)（0.4s）保護(hù)特性，也就是說應(yīng)考慮泵站用變?nèi)萘恳约暗蛪簜?cè)額定電流，合理選擇主斷路器的脫扣器額定電流，推薦值如表1所示。

從表1可以看出，泵站用電系統(tǒng)的脫扣器額定電流的選用是按照1.4倍回路額定電流（即：變壓器低壓側(cè)額定電流的1.4倍）進(jìn)行保護(hù)整定，則可以滿足泵站用電主斷路器在負(fù)荷率處于70%時(shí)能夠有效動(dòng)作保護(hù)。

表1 泵站用變低壓進(jìn)線側(cè)斷路器推薦選擇

3 結(jié)束語

斷路器作為泵站用電系統(tǒng)中的主要供配電、控制保護(hù)電氣設(shè)備，其優(yōu)化選型設(shè)計(jì)和技術(shù)升級(jí)改造是系統(tǒng)具有較高安全可靠性和節(jié)能經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵。合理的進(jìn)行斷路器的類型選擇和保護(hù)配合，才能達(dá)到對(duì)泵站用電系統(tǒng)調(diào)控的安全、可靠、合理動(dòng)作保護(hù)。限流技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，使泵站用電系統(tǒng)中的各個(gè)控制、保護(hù)元器件不是孤立地、各自獨(dú)立運(yùn)行，是相互影響、聯(lián)動(dòng)、匹配地，以達(dá)到“1+1＞2”的功能作用，推動(dòng)泵站高效節(jié)能的運(yùn)營(yíng)發(fā)展。

1 卜浩民. 斷路器的選擇性保護(hù)和限流[J]. 低壓電器, 2009, (3):51-55.

2 王厚余. 低壓電氣裝置的設(shè)計(jì)安裝和檢驗(yàn)[M]. 北京:中國(guó)電力出版社, 2007.

3 錢金川, 賈文軍. 低壓斷路器的選型與應(yīng)用[J]. 電氣制造, 2011,(8):38-41.

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.07.022

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1672-2469(2014)07-0071-03

周明政（1982年—），男，工程師。