光伏升壓箱變所用電開關選擇

黃燕飛（1970—），女，高級工程師，從事供配電設計工作。

摘 要：介紹了光伏升壓箱變所用電典型設計方案及所用電開關選擇原則，通過研究低壓斷路器技術參數，分析了斷路器短路分斷能力隨工作電壓升高而迅速下降的特點。使用電力分析計算軟件ETAP計算短路電流，確定系統短路水平，提出所用電開關選型及參數確定解決方案。

關鍵詞：光伏; 開關選擇; 斷路器; 短路電流; 選型

中圖分類號：TU852

文獻標志碼：A

文章編號：1674-8417（2024）03-0001-03

DOI：10.16618/j.cnki.1674-8417.2024.03.001

0 引 言

升壓箱變是光伏電站并網重要電氣設備，目前常用升壓箱變型式有美式、歐式和華式。不管選用何種型式箱變，均需要設置所用電回路，為箱變保護測控、通信、檢修等負荷提供電源。箱變設計時設計人員關注重點是主回路，對所用電容易忽視，從而發生因所用電開關引起的箱變事故。本文總結了光伏升壓箱變所用電開關選型應注意的問題，供設計人員參考。

1 箱變所用電典型方案

光伏升壓箱變所用電電源一般直接取自箱變低壓單元，所用電負荷額定電壓為380/220 V，光伏逆變器交流輸出電壓為220～800 V。根據逆變器的輸出電壓，所用電有是否設置輔助變壓器兩種接線方案，當逆變器交流輸出電壓為400 V及以下時，一般不需要設置輔助變壓器。無輔助變壓器所用電電氣接線圖如圖1所示。當逆變器交流輸出電壓在400 V以上時，所用電總開關QF后還需要設置所用電用輔助變壓器TM1，將電壓降壓至380/220 V，為所用電負荷提供電源。設置輔助變壓器所用電電氣接線圖如圖2所示。

2 所用電開關選擇原則

所用電開關參數應符合GB 50054—2011《低壓配電設計規范》（以下簡稱《規范》）的規定，即開關額定電壓、額定頻率與所在回路標稱電壓、頻率相適應，額定電流不小于所在回路的計算電流，滿足短路條件下的動、熱穩定要求，滿足短路條件下的接通能力和分斷能力等^［1］。通常選用低壓斷路器作為所用電開斷和保護電器，低壓斷路器按設計型式分有框架式斷路器（ACB）、塑殼斷路器（MCCB）、微型斷路器（MCB，以下簡稱微斷），常用低壓斷路器技術參數表如表1所示。

光伏升壓箱變所用電負荷小，且大都為單相負荷，微斷結構緊湊、價格便宜，是所用電回路開關的首選型式，但其絕緣電壓低、短路分斷能力差，短時耐受電流小，而逆變器交流輸出電壓多樣，并不局限于380 V、400 V。當光伏逆變器交流輸出電壓在400 V以上時，升壓箱變變壓器低壓側雖然仍為低壓系統，但其電壓水平遠高于系統低壓電網標稱電壓，因此，光伏升壓箱變所用電回路開關選擇時應特別注意開關的額定電壓、短路分斷能力能否滿足要求。

3 所用電短路電流計算

分別以某10 kV、35 kV光伏升壓箱變為例，電氣接線如圖1、圖2所示，采用電力分析計算軟件ETAP建模進行短路電流計算。10 kV箱變短路電流計算結果如圖3所示。35 kV箱變短路電流計算結果如圖4所示。從計算結果可知，某系統短路容量為300 MVA的10 kV箱變，逆變器輸出電壓400 V，所用電系統未設置輔助變壓器，主回路與所用電回路短路電流水平相當，為32.847 kA。系統短路容量為500 MVA的35 kV箱變，逆變器輸出電壓800 V，輔助變壓器TM1高壓側短路電流為34.332 kA，但低壓側僅0.193 kA。

4 所用電開關選擇應注意的問題

4.1 無輔助變壓器所用電開關選擇

如圖1及圖3所示，所用電總開關QF、饋出開關短路開斷能力均需大于32.847 kA，因此，雖然微斷額定電壓能夠與系統電壓相適應，但其短路分斷能力不足，此時需要選用塑殼斷路器。

塑殼斷路器較微斷價格高，且均為三極、四極產品，所用電大都為單相負荷，單相負荷回路僅接斷路器一相比較浪費，因此，為降低所用電系統短路電流宜使用微斷，可在QF與所用電饋出母線間增加隔離變壓器，再按照設置輔助變壓器的所用電方案進行開關選型。

4.2 設置輔助變壓器所用電開關選擇

如圖2及圖4所示，由于設置有輔助變壓器TM1，所用電饋出單元短路電流水平大大降低，饋出開關按所用電母線短路電流水平選擇適當分斷能力的微斷即可滿足，但總開關QF接于升壓變壓器TM低壓側，其額定電壓及短路分斷能力仍應與箱變主回路開關一致。

圖2中，k1點短路電流為0.193 kA，k1短路時流過QF的短路電流不到100 A，此時應校核QF瞬動脫扣器定值，其值除能在輔助變壓器高壓側短路時可靠動作外，還應保證在k1短路時QF仍能可靠動作，避免k1短路時流過QF的短路電流達不到動作定值而拒動，導致輔助變壓器燒毀，甚至由此引發更大的箱變事故。

4.3 校核開關實際工作電壓下的短路分斷能力

統計某合資、國產品牌殼架電流250 A斷路器在不同工作電壓下的分斷能力性能參數。短路分斷能力性能表如表2所示。由表2可知，隨著工作電壓的升高，斷路器的短路分斷能力迅速下降^［2］，而《規范》也明確規定斷路器的額定電壓應與所在回路標稱電壓相適應，因此，常規產品不能滿足系統電壓要求時，應選用高電壓系列產品，僅絕緣電壓適應系統的斷路器雖也可用，但應校核其在實際工作電壓下的短路分斷能力。

4.4 刀熔開關的選用

刀熔開關結構簡單、價格低廉，很多箱變廠商會選用刀熔開關替代斷路器作為所用電總開關，利用熔斷器高限流、反時限動作特性做短路保護，避免k1短路時高壓側保護拒動情況的發生。刀熔開關參數選擇同樣應遵循《規范》的要求，且其短路分斷能力同樣會隨著實際工作電壓的升高下降，因此，也應進行實際工作電壓下的短路分斷能力校驗。

5 結 語

光伏升壓箱變所用電回路開關選擇時應根據所用電系統標稱電壓、短路電流水平合理選擇開關型式及參數，避免因所用電開關選用不當引起的箱變事故。

參考文獻：

［1］ 中華人民共和國住房和城鄉建設部.低壓配電設計規范：GB 50054—2011［S］.北京：中國計劃出版社，2011.

［2］ 張勇.不同海拔高度環境下塑殼斷路器短路分斷能力的研究［J］.電器與能效管理技術，2017（22）：15-16.

收稿日期：20230625

Selection of Electrical Switches for Auxiliary Power System of Prefabricated Photovoltaic Step-up Substation

HUANG Yanfei

（North China Branch， China Petroleum Engineering amp; Construction Corporation， Renqiu 062552， China）

Abstract：This article introduces the typical design scheme of photovoltaic step-up substation and the selection principle of theswitch used in substation’s auxiliary power system.By studying the technical parameters of low-voltage circuit breakers，the characteristics that the short-circuit breaking capacity of the circuit breaker decreases rapidly with the increase of the working voltage are analyzed.The short-circuit current is calculated by using the power analysis and calculation software ETAP to determine the short-circuit level of the system.The solution of selection and parameter determination of switch for auxiliary power system of prefabricated photovoltaic step-up substation is put forward.

Key words：photovoltaic; switch selection; circuit breaker; short-circuit current; type selection