低壓斷路器短路分斷能力選擇

吳素娟 孫遠軍 彭正星 李林東

摘要：低壓斷路器短路分斷能力是選擇低壓斷路器關鍵參數，而短路電流是選擇低壓斷路器分斷能力的依據，通過改變變壓器阻抗電壓值可改變短路電流。本文通過工程實例研究改變變壓器阻抗電壓值來選擇合理的低壓斷路器短路分段能力。

關鍵詞：短路分斷能力、變壓器阻抗電壓、短路電流。

1簡介

低壓斷路器短路分斷能力關系到斷路器能否安全可靠的發揮作用，也直接影響到盤柜的價格，在計算和選擇過程中要綜合考慮各方面因素。本文通過工程實例計算證實變壓器阻抗電壓提高，將電壓偏差、母線及機端壓降限制在合理范圍內，在理論上是可行的，在投資上是經濟合理的。

2 案例分析

某石化裝置負荷等級為二級，設低壓配電室一座;低壓計算負荷為1953.4kVA，其中電動機功率合計為1660kW;根據計算負荷并考慮其他因素，變壓器選擇為2臺SCB10-2500，6.3±2x2.5%/0.4kV，Dyn11;低壓系統接線為單母分段;最大運行方式下變壓器高壓側短路阻抗標幺值（）為;系統可按無限大容量系統考慮。變壓器額定容量。

2.1 短路電流計算仿真

采用ETAP軟件分別模擬仿真變壓器在常規阻抗電壓以及兩種情況下短路電流。

從模擬仿真計算結果可以看出Bus2處發生短路時的短路電流為系統提供的短路電流與電動機反饋電流之和。根據以上計算，要選擇常規阻抗電壓6%的變壓器，低壓斷路器短路分斷能力需選擇70kA;而變壓器阻抗電壓為12%時，低壓斷路器短路分斷能力只要選擇50kA即可。

2.2 變壓器阻抗電壓提高對系統的影響

阻抗電壓12%的變壓器屬于非常規設備，因此有必要對該阻抗電壓下系統運行參數受到的影響進行分析。終端配電用電力變壓器阻抗電壓提高對系統的不利影響主要有兩方面，一是負荷變化時低壓側電壓偏差增大，二是低壓側電動機起動時母線和機端的壓降增大。以下是針對本文案例所做的阻抗電壓分別為6%和12%時兩種不利影響的計算和對比。

2.2.1 負荷變化時電壓偏差計算和對比

本文變壓器電壓偏差是指變壓器一次繞組施加額定電壓，空載與負載兩種情況下，二次側端電壓之差（）與二次側額定電壓之比，即

根據變壓器簡化等效電路的向量圖求電壓變化率，如圖3：

為一次側額定電壓，為負載時折算到一次側電壓，負載系數。

本案例中，取，取。將變壓器分接開關調至0檔，當變壓器高壓側為穩定的系統標稱電壓6.3kV時，變壓器空載電壓比低壓系統標稱電壓高5%，即空載。

a.變壓器阻抗電壓時，從變化，即根據2-1式從變化。在變壓器90%負載情況下，

b.變壓器阻抗電壓時，從變化，從變化。在變壓器90%負載情況下，即。

結論：在變壓器阻抗電壓分別為6%、12%的情況下，空載、90%負載時的電壓偏差均滿足相關標準。

2.2.2 ETAP模擬仿真電動機起動時母線電壓和機端電壓的計算和對比

預接負荷，最大一臺低壓電動機額定功率，線路為2根長40m的3×120mm?銅芯電纜，電動機為全壓啟動方式。

軟件仿真得出，電動機起動時母線電壓相對值約為94%，電動機起動時端子電壓相對值約為92%。，電動機起動時母線電壓相對值約為90%，電動機起動時端子電壓相對值約為88%。

結論：阻抗電壓6%和12%兩種情況下最大一臺低壓電動機啟動時機端和低壓母線上的電壓損失均滿足相關規范要求。

3 考慮技術和經濟因素后斷路器短路分斷能力的選擇

3.1 以某國內一線品牌低壓斷路器為參考，計算本案例不同短路分斷能力低壓斷路器總價，數量來自本項目低壓系統圖的統計數據。本案例采用70kA分斷能力斷路器總價約為76.24萬元，本案例采用50kA分斷能力斷路器總價約為51.7萬元。

3.2 以某國內一線品牌變壓器為參考，選擇不同阻抗電壓價格對比。SCB10-2500，6.3±2x2.5%/0.4kV，Dyn11的變壓器，阻抗電壓為6時價格約為23.1萬;阻抗電壓為12時價格約為24.1萬。

3.3 通過對低壓斷路器和變壓器價格進行綜合比較，方案二較方案一總價少23.5萬元，故方案二投資經濟合理。

總結論：通過提高變壓器阻抗電壓來限制低壓側短路電流，從而降低低壓斷路器短路分斷能力，在理論上是可行的，在投資上也是經濟合理的。

參考文獻：

[1]工業與民用供配電設計手冊/中國航空規劃設計研究總院有限公司組編.-4版.北京：中國電力出版社，2016.12

[2]電機學/湯蘊璆編著.—4版. —北京：機械工業出版社，2011.5