變配電所配電方案及斷路器選擇分析

國網天水供電公司 陳昀亮

變配電所配電方案及斷路器選擇分析

國網天水供電公司 陳昀亮

我國經濟高速發展,人民生活水平越來越高,電力能源對生產生活越來越重要,而多樣化的變配電系統能夠滿足人們的生活生產要求,10kV的變配電所所供電設計的環節對于是電網建設中至關重要的一個環節.本文主要介紹了變配電所配電方案,分析了配電方案的優缺點,針對各自的優缺點闡述了配電方案的應用范圍.還介紹了斷路器的類型以及選擇類型的原則,進一步分析了斷路器的要點.

變配電所;配電方案;斷路器;過電流

1 引言

在城鎮供電系統中,給居民提供生活用電的是10kV變配電,設計好變配電所配電方案對于保障人民的供電穩定至關重要.根據我國的《供配電系統設計規范》中要求的供電要點,雙重電源為一級負荷供電,二級負荷供電需要經過兩回線路.如果一級負荷和二級負荷同時用于一所建筑中,需要有兩路供電電源安裝在兩個電源點之間不同的母線的接線處.如果一個供電電源出現斷電故障時,不至于造成整個建筑的供電系統癱瘓.另一個供電電源所在線路可以滿足全部用電負荷,所以選擇斷路器和設計配電方案至關重要.

2 10kV變配電所配電方案概述及其原則

2.1 變配電所配電方案

有三種10kV變配電所配電方案符合《供配電系統設計規范》中的相關要求,第一種配電方案是一路電源,接線簡便、易操作,用到的設備很少,成本低廉,但是只滿足三類用戶的用電負荷,不能滿足大負荷用電,而且對于電路檢修非常不便,需要停掉整個系統的用電.第二種配電方案是兩路電源,實現兩路電源配電方案的方式有三種,分別是單母線、斷路器分斷單母線和隔離開關分斷單母線.斷路器分斷單母線應用的最普遍,隔離開關分斷單母線使用條件較復雜,需要沒有自動裝置、繼電保護和帶負荷操作等.兩路電源配電方案適用于一類和二類用戶的用電負荷,用電負荷在1萬kV左右,能夠將配電所設計成多配電回路,具有較大的容量,而且操作靈活但較復雜,供電穩定可靠.缺點就是高成本、需要大面積的用地.第三種配電方案是三路電源.在一、二類用戶中,用電負荷較大的用戶選擇三路電源配電方案較適用,比兩路電源配電方案安全可靠,缺點也是高成本,需要使用大容量的UPS,還需要備用發電機,但是很好運用到這些設備,造成浪費.

2.2 供配電方案選擇必須遵循的一般原則

1)必須遵循國家的有關法令、標準和規范,執行國家的有關方針、政策.包括節約能源、節約有色金屬等技術經濟政策.

2)應做到保障人身和設備的安全,供電可靠,電能質量合格,技術先進和經濟合理,設計中應采用符合國家現行有關標準的效率高、耗能低、性能先進的電氣.

3)必須從全局出發,統籌兼顧,按照負荷性質、用電容量、工程特點和地區供電條件,合理確定設計方案.

4)應根據工程特點、規模和發展規劃,正確處理近期建設與遠期發展的關系,做到遠近結合,以近期為主,適當考慮擴建的可能性.

3 10kV變配電所斷路器的選擇

3.1 斷路器類型與選擇因素

關于10kV 變配電所的斷路器的類型,從不同的角度有不同的類型.首先在設計型式角度,可以分為塑殼型、微型和框架型;從使用類別的角度考慮,有A、B兩類;而根據用電負荷來區分,可以分為電機、配電、家用和剩余電流保護.正確選擇斷路器的類型,首先要了解配電方案中斷路器的類別,選擇需要的斷路器.

關于斷路器的選擇,要考慮很多因素,主要有額定電壓和電流、極數、電流類型、短路特性、負荷性質、負荷功率和保護的選擇性配合.電流類型有交流電和直流電,額定電壓有包含許多,有額定沖擊耐受電壓、額定工作電壓和額定絕緣電壓;短路特性又有運行短路、額定極限短路和短路接通能力.

選擇斷路器要根據實際情況進行選擇,框架斷路器應用在母聯斷路器、低壓側進線斷路器和電流高于800A 的出線斷路器.而線路電流在低于630A,塑殼型斷路器比較適合.而用在末端線路的斷路器,要充分考慮安裝斷路器的位置,短路電流,塑殼型和微型斷路器都適用于末端線路.

選擇不同類型的斷路器,設置保護脫扣器的方式也不同,除了母聯斷路器不設置保護脫扣器外,其余的都要設置保護脫扣器,如果安裝斷路器的配電線路是低壓側出線和末端,保護脫扣器應該設置成延時和瞬時;如果斷路器安裝在變壓器低壓側進線處,保護脫扣器應該設置成長延時、短延時和瞬時.

3.2 整定斷路器

選擇好了斷路器,下一步是整定斷路器,確保選擇的斷路器符合配電方案的需求,在配電線路中能夠起到保護作用.整定斷路器的內容隨著斷路器的安裝位置不同而不同,下面對斷路器的整定內容進行詳細介紹.

低壓進線斷路器的整定內容.斷路器安裝在低壓進線處,斷路器的整定內容為短延時過電流、長延時過電流和瞬時過電流.變壓器低壓側額定電流乘以長延時可靠系數就是長延時過電流的整定值;變壓器低壓側額定電流乘以短延時可靠系數,之后再乘以過電流倍數得到短延時過電流整定值;而瞬時過電流整定值最小值是長延時過電流整定值的10倍.

出線斷路器的整定內容.出線斷路器的整定內容主要有:

(1)斷路器額定電流,斷路器額定電流的最小值要大于工作電流,而最大值又不能比斷路器殼架等級額定電流大;

(2)長延時過電流脫扣器整定值,長延時過電流脫扣器整定值最小值要大于工作電流,最大值要低于配電線路載流量;

(3)短延時過流整定值,對于短延時過流整定值,要躲開短時刻的負荷尖峰電流,短延時過流整定值最小值的計算公式為先將線路最大電機啟動電流和最大電流電機以外其它線路計算電流相加,其和乘以短延時過流脫扣器可靠系數,在脫扣器的上下級之間,時間差要大于0.1;

(4)瞬時電流整定值,要和配電線路尖峰電流錯開,其最小值計算公式和短延時過流整定值最小值的計算公式相似,等于線路最大電機全啟動電流和最大電流電機以外其它線路計算電流之和乘以瞬時過電流脫扣器可靠系數.

3.3 斷路器的分斷能力與短時耐受能力

斷路器的性能好不好,額定運行短路分斷能力是一項非常重要的衡量指標,所謂的額定運行短路分斷能力,是斷路器在完成了多次短路分斷工作之后,還沒有失效,可以繼續進行分段工作;斷路器極限分斷能力的衡量指標是極限短路分斷能力,極限短路分斷能力是指斷路器在完成一次短路故障分段之后就失效,無法進行正常工作.

斷路器的類型很多,應用最廣泛的還是框架型,如果主干線幾線出現故障,斷路器將分斷電流,之后就要換新的斷路器.主干線停電后,影響非常大,加上框架型斷路器成本高,所以在選擇斷路器時,要充分考慮額定運行短路分斷能力,避免主干線停電而造成大的影響.

塑殼斷路器在配電箱和變電所的出線處用的比較多,如果出現極限故障而被切斷后,也要更換成新的,配電箱和變電所停電后產生的影響較大,所以也要把極限短路分斷能力作為選擇斷路器的重要指標.

斷路器不脫扣能力取決于短時耐受電流,斷路器不脫扣能力作為一項重要考核指標來考核短延時脫扣斷路器動穩定性和熱穩定性.對于B類斷路器,額定電流小于2500A時,比較1.2 倍額定電流與5kA的大小,取較大的值作為短時耐受電流最小值,當額定電流大于2500A時,則取 30kA作為短時耐受電流最小值.

3.4 斷路器異常操作情況

當線路、主變停電的時候,斷路器合環運行的操作方法如下:如果是在短引線一側發生帶負荷拉合閘故障,則需要切除兩邊斷路器跳閘的故障,避免故障的發生會給整個電力系統的正常運行及其安全性帶來影響.如果是母線一側發生帶負荷拉合閘故障而致使母線處在沒有電壓的情況下,則需要將雙母線運行的方式轉換成單母線運行,盡可能降低故障對電力系統安全性帶來的不良影響.因此,斷路器合環運行的操作順序應該嚴格研究母線側隔離開關到短引線側隔離開關再到斷路器這一操作順序來進行停電操作,而解環操作順序則正好與此順序相反.

4 結束語

對于變配電所配電方案的設計,首先要符合《供配電系統設計規范》中的規范要求,在這個前提下,盡量做到成本低、操作靈活簡便,具有較強的擴展性.隨著科學技術的突破與發展,低壓斷路器也在不斷更新換代,將最新的科學技術應用到斷路器中,斷路器已經實現了模塊化和組合化,到現在,斷路器已經實現智能化,在之前具備監視、自診斷、保護、試驗、顯示功能的基礎上進一步引入了電能管理和通信功能,所以在選擇斷路器時,要了解斷路器整定計算原則,同時調研市面上最新產品的功能,將擁有最新技術,功能全面的斷路器應用到配電方案中,滿足多樣化的配電方案需求.

[1]上海電器科學研究所(集團)有限公司等.GB 14048.2-2008/IEC 60947-2:2006,IDT.低壓開關設備和控制設備第2部分:斷路器[S].北京:中國標準出版社,2008.

[2]中國建筑標準設計研究院,住房和城鄉建設部工程質量安全監管司.全國民用建筑工程設計技術措施電氣[M].北京:中國計劃出版社,2009.

[3]楊浩.淺析10kV變配電所主要一次、二次電氣設備的選擇[J].科技傳播,2011,14:161,159.