10kV配电房高低压开关的选择与保护配合

8卷第6期 第1005年6月 2

文章编号:)1007-290X(200506-0019-05

广东电力

GUANGDONGELECTRICPOWER

Vol.18No.6

Jun.2005

10kV配电房高低压开关的选择与保护配合

颜琰

(广东电网公司中山供电局,广东中山5)28445

摘

要:针对配电房高低压开关的选型问题,通过分析比较10kV高压开关及低压开关的性能和参数,结合实

际运行情况,提出10kV配电房高低压开关选择及保护配合的合理建议。关键词:配电房;高压开关;低压开关;选择;配合中图分类号:TM641 文献标识码:A

OnselectionandprotectioncoordinationofHV&LV

switchesin10kVswitchhouses

YANYan

(,G,)ZhonshanPowerSulureauuandonowerGridCorZhonshan,Guandon28445,ChinagppyBggPp.ggg5

:A,AbstractiminttheteselectionofHV&LVswitchesinswitchhousesthispaercomarestheperformanceandgayppp,arametersof10kVHV&LVswitchesandoffersproosalsfortheselectionandprotectioncoordinationofHV&LVppswitchesin10kVswitchhousesinthelihtofpracticaloeration.gp:;HVsKeordsswitchhousewitch;LVswitch;selection;coordinationyw

0kV配电系统中,配电房作为一个主要 在1

的供配电单元,起着非常重要的作用。配电房主设备的形式种类繁杂,特别是在高低压开关方面尤为突出,而且相互之间的保护配合也不尽合理,给运行管理带来不少困难。近年来,随着国家城乡电网建设的不断深入以及用户对电能质量要求的不断提高,配电房的设备选型已逐步走向规范化。笔者根据近年来对广东省中山市配电网建设、运行管理的实际感受,就10kV配电房高低压开关的选择及保护配合谈几点看法。

开关为主,因其可靠性高、成本低、免维护,日益受到广大用户的欢迎。

1.2 负荷开关-熔断器组合电器

负荷开关-熔断器组合电器,主要用于保护变压器的开关设备。其中的负荷开关只开断和关合工作电流,具有有限的开断能力,而短路保护功能则由熔断器来完成。在负荷开关与熔断器之间存在着一定的过电流区域段,在该区段内,只有负荷开关与熔断器相互协调、正确配合,才能真正实现对配电系统的贴切保护。

1.3 断路器

中压断路器作为能开断短路电流的开关,从灭弧介质和绝缘介质类型来看,主要分为SF6断路器和真空断路器两大类,这两种类型的中压断路器采用了弹簧操动机构。目前,国内正在开发永磁式操动机构。

随着继电保护智能化的发展,断路器保护越来越齐全,但一般使用的大致分为二段或三段式保护,或带反时限功能的保护。

1 高压开关

1.1 负荷开关

负荷开关作为仅开断关合工作电流的开关,国内早已开始使用,起初多为产气式和压气式两种,进入20世纪90年代后,开始使用SF6及真空负荷开关,目前主要以SF6三工位负荷开关和真空负荷

收稿日期:2005-03-09

1.4 主要参数选择1.4.1 额定电压

过去国内所说的额定电压是指设备的标称电压,并非最高运行电压,最高运行电压为额定电压的115%。而国外所说的额定电压,是指设备承受的最高运行电压。现行国家标准向国际电工委员会(标准靠拢,因此现在国内所说的额定电压也IEC)

是指设备承受的最高运行电压。1.4.2 额定电流淆,正确配合的转移电流是小于变压器二次端头直接短路的一次侧电流值。

1.5 配电房高压开关柜与变电站出线开关柜的保

护配合

从中山市目前变电站出线开关的保护装置来看,由于配电网线路较短,配电单元较多。靠电流的整定来实现继电保护的配合根本无法实现,由变电站不断延长时间来实现保护的配合是电力系统绝对不允许的。目前,中山地区变电站出线开关的速.4.2.1 具有开断空载变压器的能力

配电变压器(以下简称“配变”)空载电流一般为额定电流的2%左右,如果选用负荷开关-熔断器组合柜控制配变,配变容量不宜大于1250VA,否则应选用断路器柜。.4.2.2 具有开断电缆充电电流的能力

若接入开关柜的进出线电缆截面为240mm

2

,其充电电流可按1.8A/km进行估算,若进出线电

缆截面为300mm2

,其充电电流可按2.0A/km进

行估算。因此一般要求开关在正常情况下能开断不小于16A的电缆充电电流。

.4.2.3 具有动热稳定承受能力

国内规程要求热稳定电流耐受时间为4s,国外标准有的是3s,也有的是2s。一般情况下,中山地区热稳定电流按20kA/3s选择即可满足要求,特殊

情况下,可按12

,相等的原则进行校验。动稳定电流则按标准规定为相应热稳定电流的2.5倍。.4.2.4 具有开断短路电流的能力

如果选用负荷开关,则不必考虑这个参数。如果选用断路器,应结合配电网的实际进行计算后,再考虑将来网络的发展因素,综合选定。

.4.3 转移电流

对于熔断器与负荷开关转换开断职能时的三相对称电流值而言,当低于该值时,首开极电流由熔断器开断,而后两相电流则由负荷开关开断;大于该值时,三相电流仅由熔断器开断。当三相熔断器间的动作时差与熔断器触发负荷开关分闸时间相等时,负荷开关与另两相熔断器同时开断剩下的两相电流,此时的三相电流即为转移电流。熔断器开断所有大于转移电流的故障电流时,负荷开关无电流分断,成为空载的机械动作。应注意的是,不能把负荷开关柜产品说明书中所标称的开断转移电流的概念与负荷开关-熔断器组合柜正确配合值相混

断跳闸时间均设定为0s(实际上,开关分断时间约为40～60ms,继电保护的响应时间约为30～40ms,变电站出线开关的全分断时间约在100ms左右)。对于出线为架空线或架空线、电缆混合的线路,其站内开关设置了一次重合闸。对于全电缆的线路,由于其瞬时性故障极少,重合闸退出运行。在速断保护上,配电房各进线柜与变电站出线柜之间还未实行短延时的保护配合。

那么,当变电站一条馈出线上接有多个断路器柜形式的配电房时,在主干线选用架空线或架空线、电缆混合线路的情况下,若某一配电房变压器内部短路故障时,配电房变压器保护开关柜、进线开关柜以及变电站出线开关柜均速断跳闸,接着,变电站出线开关重合,恢复非故障段的供电。若主干线为全电缆线路,发生上述故障时,由于无重合闸配合,将造成全线停电。

若配电房开关柜选用负荷开关柜,变压器保护柜选用负荷开关-熔断器组合柜,当变压器内部短路故障时,由于熔断器具有快速切断短路故障的优良特性,可与变电站出线开关很好的配合(熔断器熔断时间约为20ms,变电站出线开关全分断时间约为100ms

)。1.6 高压开关类别的选择原则

根据GB50062-92《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》:“0.8MVA及以上的油浸式变压器和0.4MVA及以上的车间内油浸变压器,均应装设瓦斯保护。当壳内故障产生轻微瓦斯或油面下降时,应瞬时动作信号;当产生大量瓦斯时,应动作于断开变压器的各侧断路器,当变压器安装处电源侧无断路器或短路开关时,可作用于信号。”目前,有些地方对于800kVA的油浸变压器也采用负荷开关-熔断器组合柜作保护柜,重瓦斯动作于负荷开关来实现开断功能。笔者认为还是不宜这

1k1111

样做,虽然瓦斯继电器为气动式的,当变压器发生内部短路故障时,其动作时间比熔丝熔断的时间要长。但是,如果熔丝的发散性较大,那么,负荷开关就有可能开断大于额定转移电流的电流值,导致开关损坏。

综合上述各方面的因素,笔者认为:

)单台油浸变压器变电容量在8a00kVA以

下,干式变压器变电容量在1250kVA及以下者,配电房进出线应首选负荷开关柜,变压器保护柜应级的断路器瞬动,而此故障短路电流也要流向上一级线路,如果上一级断路器没有短路短延时,则在下级发生短路故障的一瞬间,与下级断路器一起跳闸,造成大面积停电,这是非选择保护;如果上级断路器有短路短延时,当下级断路器跳闸(通常它的分断时间在2,上级断路器短路0～30ms之内)的动作时间只要有0的延时,.1s(0.02s的5倍)则可确保下级断路器分断时间内,上级断路器保持不动,这种配合称为选择性保护。首选负荷开关-熔断器组合柜。那么,当配电房变压器内部短路故障时,由负荷开关-熔断器组合电器的熔丝快速熔断,隔离故障点,变电站出线开关不跳闸。

b)单台油浸变压器容量在800kVA及以上,干式变压器容量在1250kVA以上者,应选择断路器开关柜。当一条全电缆线路接有多个配电房,且配电房多以断路器柜形式,可建议将变电站出线柜速断保护调整为带0.2～0.3s延时的短路短延时保护。

低压开关

.1 A类断路器

按照IEC942-2《低压开关设备和控制设备第二部分断路器》使用类别中规定:“

在短路情况下,断路器无明确指明用作串联在负荷侧另一短路保护装置的选择性保护,即在短路情况下,选择性保护无人为的短延时,因而不要求额定短时耐受电流。”这就是A类断路器,此种断路器只有过载长延时、短路瞬动,而无短路短延时保护特性。A类断路器绝大部分是塑壳断路器,如HM3,CM1,TIM1的

系列产品,一部分万能式断路器(如采用热继电器和电磁铁作过载、短路保护的)也属于A类。

.2 B类断路器

在上述IEC942-2标准中还规定:“在短路情况下,断路器明确在作串联在负载侧的另一短路保护装置的选择性保护,即在短路情况下,选择性保护有人为短延时(可调节),这类断路器具有要求的额定短时耐受电流。”这就是B类断路器。万能断路器、使用电子脱扣器和智能控制器的断路器都属于类。它们有三段保护,即过载长延时、短路短延时和短路瞬动保护,如HA,CW11的系列产品。

全额保护:是指下级负载发生短路故障时,下

.3 主要参数选择

a

)额定电压一般额定电压是指相间电压,即线电压。b

)额定电流壳架等级额定电流:代表断路器的外形大小,以此表示断路器的最大额定电流。

额定电流:在规定的条件下,保证断路器正常工作的电流,又称脱扣器额定电流。

c

)过载、短路保护特性二段式保护:过载长延时、短路瞬时,短路瞬时分闸时间一般在20～30ms之内。

三段保护:过载长延时、短路短延时、短路瞬时,短路短延时一般为0.1s的倍数。

d)短时耐受电流ICW

在规定的试验条件下,断路器能承载的短时耐受电流值。短时耐受电流ICW只适用于B类断路器,即具有短路短延时特性的断路器。

e

)短路分断能力短路分断能力又分极限分断能力ICU和运行短路分断能力ICS。根据断路器的额定短路分断能力应大于或等于线路的预期短路电流的原则,就存在断路器的额定短路分断能力是指极限分断能力ICU还是指运行短路分断能力ICS的问题,目前在电气工程设计中有两种意见。笔者认为还是选择运行短路分断能力ICS为好,保险系数更大些。.4 高压开关与低压开关的保护配合.4.1 短路电流的计算

现以一个配电房为例,计算相关点的三相短路电流值。线路及变压器参数如下,示意图见图1,计算结果见表1。

变电站至配电房的主干线路为LGJ-240/3km,m线路电阻R=0.14Ω,电抗>=0.31Ω;

变压器容量;N=500kVA,阻抗电压2k=

2221k222B

/0.045p.u.,变比=100.4;

变压器低压出口d2与低压出线柜下母排d3的距离取5m,1km母线电阻=0.168Ω;

低压出线(支线一)d4与低压出线柜下母排d3的距离取5支线一)0m;低压出线(d5与低压出线柜下母排d3的距离取100m;BVV架空线路,线

2

,1k横截面积为1m线路电阻

(3)Ⅰ

()II.1relK1,maxSU,1=K

Ⅰ

--一次侧的三相最大短路电流;式中:ISU,1-

--可靠性系数,取1.3;Krel-(3)

--变压器低压侧短路时三相最大短路IK1,max-电流折算到高压侧的电流值。

从上述整定原则分析,由于可靠性系数Krel取1.3,当变压器低压侧短路故障时,若高压侧速断

保护为定时限,从理论上说开关是不会动作的。所Ω,电抗>=

0.32Ω;低压出线(支线二)d6与低压出线柜下母排d3的距离取50m;低压出线(支线二)d7与低压出线柜下母排d3的距离取100m,VV电缆线路,线

横截面积为240mm2

。1km线路电阻

mΩ,电抗>=0

.076mΩ。图1配电房一次接线示意图表1

相关点三相短路计算值

三相短

低压侧短路

短路点

路电流电流与变压折算到10kVI(器低压额定侧短路电流m3a)x/kA电流的比值

I(m3a)x

,折/kA配电房高压母线侧d15.505.50变压器低压出口d214.5020.010.58低压柜出线下母排d313.7119.000.56低压出线(支线一)距

低压柜50md46.859.480.27低压出线(支线一)距低压柜100md54.526.260.18低压出线(支线二)距低压柜50md610.8515.020.43低压出线(支线二)距低压柜100md7

8.96

12.400.36

.4.2 低压总开关与高压断路器柜的保护配合高压断路器柜电流速断保护的整定是按躲开变压器二次侧短路时,归算到一次侧的三相最大短路电流来整定的,其计算公式为:

以,低压侧总开关选用智能式带短路短延时的开关,可实现很好的保护配合。若高压断路器柜的保护为反时限,由于保护整定值可调,那么,低压侧总开关选用智能式带短路短延时的开关,也可实现保护配合。这样就能够满足低压总开关折算到高压侧的动作反时限曲线在高压断路器动作反时限曲线下方的原则。

2.4.3 低压总开关与高压负荷开关-熔断器组合电器的保护配合

由于高压负荷开关-熔断器组合柜所配的熔丝是与变压器相配套的,其反时限熔断的时间随着安装地点的不同将有所变化。如图1所示,当低压柜母排d3或分支线出口发生三相短路故障,其短路

电流折算到高压侧以后,经查阅熔断器时间-电流特性曲线,熔断时间在70～100ms之间。支线二

d6发生三相短路故障,其短路电流折算到高压侧以后,熔断时间在110～120ms之间。所以,当低压总开关设有短路短延时(0.1s以上)功能时,若变压器低压出口与支线二d6之间发生三相短路故障,极有可能出现低压总开关未动作而高压侧熔丝先熔断的现象,或者是低压总开关动作时,高压侧熔丝也同时熔断的现象。

2.4.4 低压开关类别的选择原则

a)分支线配电开关均选择A类断路器。b

)当变压器高压侧开关为断路器柜时,低压总开关宜选择带短路短延时的断路器(B类断路器),以实现高低压断路器之间的全额保护配合。c

)当变压器高压侧开关为负荷开关-熔断器组合柜时,经计算,若低压柜母排短路故障,其短路电流折算至高压侧,对照熔丝反时限特性曲线,如果熔丝熔断时间高出100ms的两倍以上,低压总开关应选择带短路短延时的B类断路器,实现全额保护配合。如果高压熔丝与低压总开关、分支开关之间难以实现很好的全额保护配合,笔者提出

2

以下看法:

若低压出线均为大截面电缆出线,其电抗值较小,经计算,在出线的任何一点发生三相短路,其短路电流值均大于变压器低压侧额定电流的10倍。那么,低压总开关宜选择带短路短延时功能的B类断路器。这种保护配合方式,可满足低压总开关与低压出线开关在时间上的配合,其不足之处是当低压母排或低压出线出口处发生三相短路故障时,有可能出现高压侧熔丝熔断的现象。

若低压出线均为架空出线,其电抗值较大,经计算,在出线近处(可定为4之外发生三0～50m)相短路故障,其短路电流值小于变压器低压侧额定电流的10倍。那么,低压总开关宜选择不带短路短延时功能的A类断路器。这样可以避免当低压

母排或分支线出口发生三相短路故障而导致高压侧熔丝熔断的现象,其不足之处是当低压出线出口处发生三相短路故障时,可能导致低压总开关跳闸。

3 结束语

在配电系统中,配电房的高低压开关的选型是一个涉及面很广的问题,既要对开关本身的功能、特性、主要电气参数有一个全面的了解,又要从配电网的现状与发展予以考虑,并结合实际的运行情况综合选择,在规范化的前提下,尽可能实现各级开关的配合,努力提高配电系统的供电可靠性,为广大用电客户提供更好的服务。

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作者简介:颜琰(,女,湖南岳阳人,电气助理工程师,1975-)工学学士,从事配电网运行及施工管理工作。

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)南方电网电力体制改革已走在全国前列,c

电力市场化改革的开展和深入,要求加强电力改革配套政策法规问题的研究,包括电力规划的统一制定、分步实施,电源与电网规划协调统一的关系,电厂与电网统一调度运行等,并将研究成果应用到电网发展战略研究中。

4 结束语

南方电网是世界上最大的交直流互联电网,电网规模大,电源结构多元化,电网结构复杂,运行管理难度大。在电力体制改革和西电东送力度加大的情况下,电力规划需研究的问题是复杂而多样的,本文对需重点关注和研究的电源、电网、无功、短路电流、新技术和电力改革、发展战略等问题进行了分析探讨,对促进南方电网建设成“统一开放、结构合理、技术先进、安全可靠”的现代化大电网具有一定的现实意义。

参考文献:

作者简介:陈旭(,男,广东普宁人,电力系统规划工程1976-)

[]广东省广电集团有限公司,广东省电力设计研究院.广东省1

师,工学学士,从事电力系统规划研究管理工作。