關于10kV 配電房高低壓開關的選擇與保護配合探討

沈彬冰

（浙江智輝電力工程有限公司，浙江 嘉興 314000）

從某種角度上講，10kV 配電房在整個電力系統中處于中樞環節，配電房的運行直接決定著整個用電環節的穩定性。在10kV 配電房中，高低壓開關的選擇和保護配合至關重要，如果不能采取有效措施將二者進行協調，就會直接影響各個地區的用電情況。

1 10kV 配電房高低壓開關

1.1 高壓開關

1.1.1 負荷開關

國內早期的負荷開關分為兩種，分別是產氣式和壓氣式，二者的主要作用均為斷開工作電流。隨著技術的不斷發展，現階段高壓負荷開關多選SF6 或真空負荷開關，這兩種開關有很多優點，例如穩定性較強、成本消耗低、維護費用低、適用期限長等，因此在很多10kV 配電房的高壓開關中均被廣泛使用。

1.1.2 斷路器

斷路器是指當電流出現短路時則會自動斷路，通常情況下，斷路器由絕緣介質組成，常見的有SF6 斷路器和真空斷路器[1]。人工智能化時代的到來，斷路器也在進行不斷發展和創新。現階段斷路器基本上是由永磁式操作機構成，在工作中可以自動化控制或對電路起到二段式及三段式的保護。在整個電力系統中，若出現故障或設備超負荷等現象，斷路器會自動切斷電流，從而保護其它電路裝置。

1.1.3 負荷開關-熔斷器組合電器

負荷開關首先可以對供電系統中的電流進行切斷或者轉移，如果在整個電路中出現較大的電流，比如通常情況下有短路電流或者由于電氣負荷超載產生的電流，此時就可以使用到熔斷器組合電器，從而對所有電路進行斷開。這樣一來，不僅能夠保護到負荷開關，同時也會保護其他電器，將負荷開關和熔斷器進行組合，運行穩定性會更高，對電流的操作靈活性更好，且對電力系統的保護性也會更強，因此在10kV 的配電房供電系統中，經常可以看到該組合電器。

1.1.4 主要參數設置

1.定電壓。不同國家對額定電壓的概念解釋不同，例如最初階段，在中國額定電壓是指設備能夠承受的標稱電壓，而國外額定電壓是指設備承受的最大電壓。現階段隨著概念的不斷完善，中國也對額定電壓重新定義，指設備所能承受的最高電壓。

2.額定電流。額定電流具有四種能力，首先，它具有斷開空載變壓器的能力。例如，假設開關設備進線和出線的橫截面積為240mm2，可以看出充電電流應保持在每公里1.8A 左右。若假設電線的截面積是300mm2，則充電電流每千米大概保持在2A 左右。因此可見，在設備正常運行的情況下，操作人員應當使開關關斷電纜的充電電流大于或者等于16A。其次，它具有斷開電纜充電電流的能力。在配電房具體設計和安裝階段，技術人員會按照配電網的實際需求，正確選擇可靠的斷路設備，并且也會有效結合未來電網的發展前景等各種影響因素，最終綜合判定并選擇合適的設備。當然，在選擇開關設備時，無需參考此參數。額定電流的第三種能力為具有動熱穩定承受能力，最后一個功能是關閉短路電流的能力。

3.轉移電流。對于三相對稱電流來講，通常電力設備運行穩定時，該值也是穩定的。若低于該值，會由熔斷器進行切斷電流，變成兩相電流。若高于該值，三相電流就會由熔斷器進行開斷，若整個電力系統出現故障時，熔斷器就會憑借機械動作對電流進行轉移，從而保護各個通電設備。

1.1.5 變壓器的分類及工作原理

變壓器的具體選擇會受到周圍環境的影響，例如在一些公共場所中塵土較多，此時應當選擇耐腐蝕度較高的變壓器，例如密閉型變壓器或者防腐型變壓器。再如，若是民用建筑的用電，一般對供電系統的要求不太嚴格，此時就可以選擇三廂油浸自冷變壓器。若是在高層建筑或者化工廠、電廠的環境下，對變壓器的要求就會非常嚴格，此時應當采用干式變壓器。除此之外，專業人員在選擇主變壓器的數量與種類時，還要確保滿足供電區域的供電條件、總功耗和負荷。

1.2 低壓開關

1.2.1 A 類斷路器

在《低壓開關設備和控制設備——第二部分：斷路器》中明確規定，若電力供電過程中出現短路，切斷路器沒有明確用在串聯的負荷側另一短路保護裝置中，就會進行選擇性保護，簡單來講是指當電流出現短路時，人為無法及時解決，就會依賴斷路器對電流進行處理，該類斷路器就是A 類斷路器。A 類斷路器具有使用時間較長，反應較靈敏的優勢，但是保護特性較低。通常情況下，市面上的A 類斷路器一般是由塑殼斷路器構成，當然也有一部分熱繼電器或電磁鐵過載，短路保護等的萬能式斷路器也被歸為A 類斷路器中。

1.2.2 B 類斷路器

在《低壓開關設備和控制設備——第二部分：斷路器》中也明確規定出，若斷路器明確安裝在負載的一側，并且起到選擇性的保護作用，同時可以通過人為干預對電流進行調節作用，這類斷路器就是B 類斷路器[2]。B 類斷路器通常有三段保護，分別為過載長延時短路，短延時以及短路瞬動保護等。例如，若整個電流中下級負載出現短路故障，則此時斷路器會瞬動保護，若上級斷路器出現短路時，下級斷路器則會跳閘，且時間會延長0.1 秒左右，此時就能對下級所有的電器設備進行保護，此時被稱為選擇性保護。

1.2.3 主要參數設置

1.額定電壓。相間電壓，即線電壓，是所謂的額定電壓。

2.額定電流。殼架等級額定電流表示斷路器的最大額定電流。

3.過載、短路保護特性。在二段式保護中，若出現載長延時、瞬間短路的情況，通常會在20ms 到30ms之內產生斷路瞬時分閘。在三段式保護中，通常短路短延時是0.1 秒的倍數。

4.短時耐受電流ICW。經過多種實驗測定，斷路器所能承載的短時耐受電流值一般是在B 類斷路器中才能發揮作用，也就是具有短路短延時的特征。

5.短路分斷能力。短路分斷能力可以分成兩種，它們分別是極限分斷能力和操作短路分斷能力[3]。在具體運行過程中，斷路器的額定短路分斷能力通常大于或等于預期短路電流。電力操作人員通常也會選擇運行短路分斷能力，因為這樣一來，可以最大程度提高用電的安全性。

2 10kV 配電房高低壓開關的選擇原則

2.1 高壓開關選擇原則

若配電房中的總變壓器容量小于等于800kVA，且干式變壓器容量小于等于1250kVA，通常會選擇高壓開關，且會與負荷開關-熔斷器進行組合，提高用電安全性。

2.2 低壓開關選擇原則

第一，在分支線配電開關選擇低壓開關之后，應當配合選用A 類斷阻器。第二，若高壓開關使用了斷路器，低壓開關就會選擇B 類斷路器。第三，若配電房的高壓開關使用了負荷開關-熔斷器組合，低壓開關應當分情況討論。若熔絲的熔斷時間大于20ms，則會選擇B 類斷路器，若有架空情況出現，才會選擇A類斷路器。

3 10kV 配電房高低壓開關的保護配合

3.1 配電房高壓開關柜與變電站出線開關柜的保護配合

在變電站的一條線上出現多個斷路器時，配電室的正線應為架空線或架空線與電纜的混合線，在眾多配電房中，若有一個配電房出現短路故障，則該配電房中的變壓器保護開關柜、進線開關柜和變電站出線開關柜，都會迅速跳閘進行保護，然后變電站出線的開關就會出現重合，恢復沒有出現故障的路段供電。但是如果主干線全部為全電纜線路，出現同樣故障之后，就不會出現跳閘重合，因此也會造成全路線停電。如果配電房的開關柜選擇負荷開關柜，而變壓氣的保護柜選擇負荷開關-熔斷器組合柜，此時若變壓器內部出現短路，熔斷器則會利用快速切斷短路故障的作用與變電站的出線開關做好配合工作，在20ms 或100ms 以內將變電站的出線開關全部分斷。如果是架空線或架空線與電纜的混合線，通常情況下站內開關會設置一次重合閘，這樣一來，瞬時性故障就會較少出現。

3.2 高壓開關與低壓開關的保護配合

3.2.1 短路電流的計算

某配電房線路及變壓器參數，計算結果如表1。變電站到配電房的主干線路為LGJ-240/3km，1km 線路電阻R=0.14，電抗X=0.31；變壓器容量SN=500kVA，阻抗電壓Uk=0.045p.u.，變比=10/0.4；變壓器低壓出口d2 與低壓出線柜下母排d3 的距離為5m，1km 母線電阻R=0.04，電抗X=0.168；低壓出線（支線一）d4與低壓出線柜下母排d3 的距離取50m；低壓出線（支線一）d5 與低壓出線柜下母排d3 的距離取100m；BVV 架空線路，線橫截面積為120mm2，1km 線路電阻R=0.143，電抗X=0.32。

表1 相關點三相短路計算值

3.2.2 低壓總開關與高壓斷路器柜的保護配合

通常情況下，高壓斷路器柜電流速斷保護整定原則會按照以下公式進行：

其中可靠性系數Krel的值為1.3，但是在具體運行過程中，高壓端的速斷保護會有時間限制，因此變壓器的低壓側發生短路之后，開關動作就會停止[4]，而此時也會對整個電路起到最大的保護作用。低壓側總開關選用時可以選擇智能式的帶短路短延時的開關，這樣可以提升整個線路的穩定性。但是如果高壓斷路器柜采用了反時限的保護方式，通過人為可以對斷路器的選擇進行保護值設定，根據值的變化，對整個斷路器的功能進行調節。低壓側通常情況下會選擇智能式帶短路的延時的開關，與高壓側進行配合，從而起到保護作用。

3.2.3 低壓總開關與高壓負荷開關-熔斷器組合電器的保護配合

在高壓負荷開關-熔斷器組合柜中所使用的熔絲會與變壓器相配套，并且反時限熔斷的時間也會由于安裝的位置不同而產生各種差異。若低壓柜母排d3 或者分支線出口出現了三相短路故障，短路的電流會折算到高壓側，此時的熔斷時間會在100ms 左右，而支線二中的d6 也會發生三相短路故障，同時電流也會折算到高壓側，熔斷時間會在120ms 左右。由此可見，若低壓總開關有短路短延時功能，且變壓器的低壓出口與支線二d6 之間也會發生三相短路故障，最大的原因可能是低壓總開關沒有進行瞬動，導致高壓側熔絲率先熔斷，又或者是由于低壓總開關出現了動作，高壓側的熔絲也同時熔斷，二者均會造成電流故障。

4 總結

綜上所述，在整個配電系統中，配電房的高低壓開關選擇會有牽一發而動全身的作用，因此相關操作人員首先應當全面掌握各類開關的類別、作用、安裝、特性等，同時也要對具體的使用環境加以了解，只有將二者充分結合，選擇符合實際情況的高低壓開關，再通過規范操作，及時檢查和維修，確保整個配電系統供電的穩定性，從而為更多的用戶提供更好的用電服務。