淺談負(fù)荷開關(guān)

李景堂 田輝鵬

[摘要] 本文通過對(duì)10KV配電變壓器保護(hù)配置方案的綜合比較分析，以及對(duì)負(fù)荷開關(guān)—熔斷器組合電器在正確選用時(shí)一些相關(guān)事項(xiàng)的介紹，論述了負(fù)荷開關(guān)—熔斷器組合電器在企業(yè)終端用戶中應(yīng)用的合理性和發(fā)展前景。

[關(guān)鍵詞] 負(fù)荷開關(guān)熔斷器組合電器

1.引言

近年來，地方企業(yè)配電規(guī)模逐年擴(kuò)大。以我廠為例，2010年年用電量已達(dá)3.4億Kwh。根據(jù)筆者多年的企業(yè)電氣管理經(jīng)驗(yàn)及企業(yè)的自身特點(diǎn)，并參考國外設(shè)備的一些資料，摸索出一套用負(fù)荷開關(guān)—熔斷器組合電器來對(duì)終端配電變壓器進(jìn)行保護(hù)的方式，為企業(yè)節(jié)約了大量的資金，同時(shí)也大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的復(fù)雜程度。經(jīng)過多次事故的檢驗(yàn)?zāi)壳斑\(yùn)行良好，保護(hù)動(dòng)作行為正確。一方面做到有效保護(hù)10KV配電變壓器，保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行水平，另一方面可以降低工程的整體造價(jià)，減少企業(yè)的投資成本，提高企業(yè)管理水平。

2.我廠配電系統(tǒng)簡(jiǎn)介

我廠配電系統(tǒng)由一個(gè)66KV中心變電所和十幾個(gè)10KV變電所組成，10KV配電變壓器60余臺(tái)。根據(jù)電業(yè)系統(tǒng)的規(guī)定，10KV配電系統(tǒng)可以由企業(yè)自行管理。配電方式以放射性配電為主，10KV變電所均為雙回線進(jìn)線，單母線分段帶母聯(lián)形式。根據(jù)企業(yè)的自身特點(diǎn)，對(duì)于配電變壓器保護(hù)配置方案主要原則是：快速、簡(jiǎn)單、靈敏，兼顧選擇性。

3.負(fù)荷開關(guān)—熔斷器組合電器與斷路器保護(hù)的比較

3.1兩種配置各自的特點(diǎn)

高壓負(fù)荷開關(guān)—熔斷器組合電器是由高壓負(fù)荷開關(guān)來承擔(dān)過載電流（此過載電流對(duì)高壓負(fù)荷開關(guān)來說仍在高壓負(fù)荷開關(guān)額定開斷電流的范圍內(nèi)）和正常工作電流的關(guān)合和開斷，并且還要求承擔(dān)“轉(zhuǎn)移電流”的開斷。而變壓器高壓側(cè)的短路保護(hù)和過載保護(hù)由熔斷器來承擔(dān)。這是一組負(fù)荷開關(guān)及三個(gè)帶觸發(fā)器的熔斷器，只要任何一個(gè)觸發(fā)器動(dòng)作，其聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)會(huì)使負(fù)荷開關(guān)三相同時(shí)自動(dòng)分閘。兩者的有機(jī)結(jié)合可滿足配電變壓器各種正常和故障運(yùn)行方式下操作保護(hù)的要求。因此其最大的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、價(jià)格便宜。如能合理選配熔斷器、負(fù)荷開關(guān)與變壓器的參數(shù)，也能達(dá)到可靠保護(hù)的要求。

對(duì)于斷路器而言，斷路器具備所有保護(hù)功能與操作功能，斷路器參數(shù)的確定和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)制造均嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，因而其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、選材嚴(yán)格、造價(jià)昂貴，在終端用戶中大量使用不現(xiàn)實(shí)。

3.2保護(hù)配電變壓器性能比較

對(duì)保護(hù)配電變壓器，采用負(fù)荷開關(guān)—熔斷器組合電器比斷路器更為有效。試驗(yàn)表明，當(dāng)油浸變壓器發(fā)生短路時(shí)，為使油箱體不變形和開裂，必須在20ms內(nèi)切除故障。如果采用斷路器保護(hù)，斷路器最快全開斷時(shí)間（繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間+斷路器固有動(dòng)作時(shí)間+燃弧時(shí)間），一般需要3個(gè)周波（60 ms）左右，而限流熔斷器則可在10ms內(nèi)切除故障并限制短路電流，能夠有效地保護(hù)變壓器。即使是干式變壓器，因熔斷器的保護(hù)動(dòng)作快，也比采用斷路器好。

3.3繼電保護(hù)性能比較

在配電網(wǎng)絡(luò)的上一級(jí)斷路器(變電所10kV饋出線斷路器)的保護(hù)一般設(shè)置為速斷0s，過流0.5s（或以內(nèi)），零序0.5s。若環(huán)網(wǎng)柜中采用斷路器，即使整定時(shí)間為0 s動(dòng)作，由于斷路器固有動(dòng)作時(shí)間的分散性，也很難保證不是上一級(jí)斷路器首先動(dòng)作。而限流熔斷器不受短路引起的壓降的影響，在極短的時(shí)間內(nèi)切除故障，不會(huì)造成越級(jí)跳閘。企業(yè)配電系統(tǒng)，由于配電線路較短，以前采用斷路器保護(hù)變壓器時(shí)，無法進(jìn)行選擇性配合，經(jīng)常越級(jí)跳閘。改用負(fù)荷開關(guān)--熔斷器組來進(jìn)行保護(hù)后，由于熔斷器是一次元件，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，熔斷器都能快速熔斷，基本上沒有再發(fā)生過越級(jí)跳閘的情況。

3.4開合空載變壓器的性能比較

企業(yè)的配電變壓器一般容量不大于2000 kVA，以1600KVA及以下容量為主，配變空載電流一般為額定電流的2%左右，較大的配電變壓器空載電流較小。若采用斷路器時(shí)，因其滅弧能力按開斷大短路電流設(shè)計(jì)，在開斷空載變壓器小電流時(shí)，容易發(fā)生強(qiáng)制滅弧，產(chǎn)生截流過電壓。就此點(diǎn)來講，并不希望使用具有強(qiáng)滅弧能力的斷路器。而負(fù)荷開關(guān)開合空載變壓器小電流時(shí)，性能良好，不會(huì)產(chǎn)生較高過電壓。

從以上各點(diǎn)可以看出，使用負(fù)荷開關(guān)—熔斷器組合電器不比斷路器效果差，在某些方面還具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，可費(fèi)用卻可以大大降低但是使用的前提條件是要做到正確選用組合電器，特別是熔斷器的熔斷電流。斷路器與組合電器在性能上的比較如表1所示。

4.負(fù)荷開關(guān)—熔斷器組合電器在正確選用時(shí)需注意的相關(guān)事項(xiàng)

4.1 10KV負(fù)荷開關(guān)的選用類型

負(fù)荷開關(guān)通常分為一般型和頻繁型兩種，以空氣為絕緣介質(zhì)的產(chǎn)氣式和壓氣式負(fù)荷開關(guān)為一般型，真空和SF6負(fù)荷開關(guān)為頻繁型。頻繁型負(fù)荷開關(guān)的機(jī)械壽命、電壽命和其它一些性能指標(biāo)要強(qiáng)于一般型負(fù)荷開關(guān)。我國在發(fā)展的初始階段以產(chǎn)氣式和壓氣式負(fù)荷開關(guān)為主，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，頻繁型負(fù)荷開關(guān)產(chǎn)量不斷提升，各地電力系統(tǒng)已較多采用頻繁型負(fù)荷開關(guān)，尤其是真空負(fù)荷開關(guān)。而產(chǎn)氣式負(fù)荷開關(guān)由于滅弧能力差，在我國已經(jīng)很少采用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前在我國市場(chǎng)對(duì)負(fù)荷開關(guān)的應(yīng)用中，真空負(fù)荷開關(guān)占了約50%的份額，壓氣式負(fù)荷開關(guān)、SF6負(fù)荷開關(guān)各占了約25%的份額。由于到2030年后,將被國際環(huán)保衛(wèi)生組織全面禁用SF6氣體，SF6開關(guān)的發(fā)展前景不予樂觀。因此，從發(fā)展的觀點(diǎn)看，真空負(fù)荷開關(guān)是最有發(fā)展前途的一種負(fù)荷開關(guān)，在性能上與SF6負(fù)荷開關(guān)基本相同，而在價(jià)格上比SF6負(fù)荷開關(guān)要便宜。目前，我廠主要以真空負(fù)荷開關(guān)為主，而壓氣式負(fù)荷開關(guān)應(yīng)用較少。

4.2開斷轉(zhuǎn)移電流對(duì)負(fù)荷開關(guān)的要求

由于三相熔斷器熔體熔化具有時(shí)間差，當(dāng)其中某相的熔斷器先于其他兩相熔斷器熔斷時(shí)，其撞擊器開始使高壓負(fù)荷開關(guān)分閘，同時(shí)其余兩相的過載電流將減少至87%，并轉(zhuǎn)移到高壓負(fù)荷開關(guān)，由它來開斷。因此轉(zhuǎn)移電流是指熔斷器與負(fù)荷開關(guān)轉(zhuǎn)換職能時(shí)的三相對(duì)稱電流。低于該值時(shí)，首開相電流由熔斷器開斷，其他兩相電流由負(fù)荷開關(guān)開斷。大于該值時(shí)，三相電流僅由熔斷器開斷。轉(zhuǎn)移電流是我們?cè)谶x用組合電器時(shí)應(yīng)注意的一個(gè)重要指標(biāo)，假如選用不當(dāng)，負(fù)荷開關(guān)所能承受的轉(zhuǎn)移電流不足夠，將無力承擔(dān)開斷兩相短路電流的任務(wù)而引起開關(guān)的爆炸。

值得注意的是，對(duì)于多臺(tái)配變并列運(yùn)行的系統(tǒng)，在選用組合電器時(shí)要特別注意轉(zhuǎn)移電流的校驗(yàn)問題，如果是兩臺(tái)同型號(hào)、容量的配變并列運(yùn)行，當(dāng)出現(xiàn)變壓器低壓側(cè)短路時(shí)，此時(shí)變壓器阻抗將只有單臺(tái)配變系統(tǒng)的一半，從而使高壓側(cè)最大三相短路電流增加一倍，相應(yīng)可能出現(xiàn)的轉(zhuǎn)移電流也隨之增加了一倍。因此對(duì)于多臺(tái)配變并列運(yùn)行的系統(tǒng)，在選用時(shí)更應(yīng)進(jìn)行轉(zhuǎn)移電流的驗(yàn)算，根據(jù)本系統(tǒng)的短路容量，選擇相應(yīng)分?jǐn)嗄芰Φ呢?fù)荷開關(guān)。

4.3 在要求裝有過電流脫扣裝置的負(fù)荷開關(guān)-熔斷器組中，須注意交接電流指標(biāo)的選配

在裝有過電流脫扣裝置的組合電器中，當(dāng)過電流較小時(shí)，由負(fù)荷開關(guān)的過流脫扣裝置動(dòng)作來推動(dòng)負(fù)荷開關(guān)開斷電流；當(dāng)過電流較大時(shí)，由熔斷器直接動(dòng)作來開斷電流。這兩個(gè)過電流互相延伸相交點(diǎn)的電流稱作交接電流。當(dāng)故障電流小于交接電流時(shí)，開斷電流的任務(wù)由脫扣器觸發(fā)的負(fù)荷開關(guān)來承擔(dān)；當(dāng)故障電流高于交接電流時(shí)，開斷電流的任務(wù)由熔斷器來承擔(dān)。為此選配交接電流參數(shù)較高的負(fù)荷開關(guān)特別是頻繁型負(fù)荷開關(guān)，可有效地減少熔斷器的動(dòng)作次數(shù)，從而大大減少了更換熔斷件的數(shù)量，一來一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義，二來可以增加保護(hù)的可靠性。

4.4 保護(hù)變壓器用熔斷器的選配

采用環(huán)網(wǎng)柜作為變壓器保護(hù)的負(fù)荷開關(guān)熔斷器的方案后，設(shè)計(jì)人員不再進(jìn)行繁瑣的設(shè)計(jì)，以及對(duì)短路電流和繼電保護(hù)的整定計(jì)算，繼電保護(hù)計(jì)算和整定變的十分簡(jiǎn)單。選用制造廠提供的成套設(shè)備即可。選用熔斷器時(shí)，熔斷器的額定電流要與變壓器的容量相匹配，制造廠也會(huì)向我們提供這方面的數(shù)據(jù)。比如選用撫瓷生產(chǎn)的全范圍熔斷器保護(hù)10KV變壓器，一般按表2進(jìn)行選擇。

5.負(fù)荷開關(guān)—熔斷器組合電器的應(yīng)用情況及發(fā)展前景

目前，由于設(shè)備的檢修維護(hù)保養(yǎng)周期，我廠目前是斷路器和負(fù)荷開關(guān)—熔斷器組合電器并存使用的情況。

由于負(fù)荷開關(guān)—熔斷器組合電器的諸多優(yōu)點(diǎn)，在10KV終端配電環(huán)節(jié)，正逐步取代斷路器。據(jù)有關(guān)資料介紹，用負(fù)荷開關(guān)與熔斷器組合來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的斷路器在國外已推行了半個(gè)世紀(jì)，工業(yè)發(fā)達(dá)國家負(fù)荷開關(guān)與斷路器產(chǎn)量之比為7∶1，而我國據(jù)1993年的初步統(tǒng)計(jì)，負(fù)荷開關(guān)與斷路器產(chǎn)量之比為1:6，2000年負(fù)荷開關(guān)與斷路器產(chǎn)量之比為1:2.5，與工業(yè)發(fā)達(dá)國家還有很大差距，這說明我國在這方面還處于比較落后的狀況，同時(shí)也說明負(fù)荷開關(guān)在我國還有很大的發(fā)展空間，發(fā)展前景是樂觀的，希望我廠的一些應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，能給其他企業(yè)提供幫助。