淺析負荷開關(guān)在地鐵車站低壓配電系統(tǒng)的應(yīng)用

李 博

（深圳市地鐵集團有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引言

深圳地鐵已建成運行5條線路78個車站，三期在建7、9、11號線計107公里68個車站。地鐵車站低壓配電系統(tǒng)為單母線分段運行，配線結(jié)構(gòu)以放射式為主，少量樹干式。前5條線低壓電器開關(guān)全部使用斷路器，而三期設(shè)計時除使用斷路器外，部分位置處改用負荷開關(guān)。

下面首先對負荷開關(guān)（熔斷器式）和斷路器進行分析比較，再闡述三期設(shè)計采用負荷開關(guān)的原因，供同行借鑒。

1 負荷開關(guān)

結(jié)構(gòu)組成：絕緣底座、夾座（靜觸頭）、閘刀（動觸頭）、熔斷器、操作杠桿、滅弧裝置

用途：不頻繁地手動接通和分?jǐn)嗾Ｘ撦d電流，并在短路情況下由熔斷器分?jǐn)喙收舷嚯娏鳌?/p>

特點分析：

·結(jié)構(gòu)簡單，刀臂動作直接、故障隱患少。

·各組成零部件直接可視，易發(fā)現(xiàn)異?；蚬收羡E象。

·動、靜刀口分開時具有明顯可見的斷開點，間距滿足IEC隔離器的電氣間隙要求，可用于檢修隔離。

·帶有簡單滅弧裝置，具備一定滅弧能力，可以分合額定負載電流，而不用擔(dān)心如隔離開關(guān)的帶負荷分合閘的誤操作風(fēng)險。

·短路耐受電流指標(biāo)高，開關(guān)自身動、熱穩(wěn)定性非常好。

·具兩段保護（反時限過載和瞬動短路保護），但保護特性曲線不可調(diào)。

·保護動作時三相熔斷器不能同步分?jǐn)啵自斐韶撦d缺相，需額外配置相序保護。

2 斷路器

結(jié)構(gòu)組成：殼體、觸頭、機械三連桿、脫扣器、滅弧室

用途：可手動不頻繁分合負載回路，線路故障時因保護（過載、短路、欠壓等）自動分閘切除故障線路。

特點分析：

·高短路電流分?jǐn)嗄芰?，由觸頭機械分離實現(xiàn)分?jǐn)喽搪冯娏鳎嵌搪纺褪茈娏鬏^負荷開關(guān)低，目的是分?jǐn)喽搪冯娏鞫皇浅惺堋?/p>

·有多段保護，保護功能遠優(yōu)于負荷開關(guān)。保護啟動后可以自動脫扣分閘和發(fā)出報警信號。

·保護曲線可微調(diào)或自行設(shè)置，上下級保護好配合，較易實現(xiàn)選擇性。

·滅弧設(shè)計完善，分?jǐn)嘭撦d電流時熄弧快。

·分合閘有彈簧加速，過程時間短，因此拉弧小，更易分合大負載電流。

·機械連桿關(guān)節(jié)多，除分、合位外還多出一個脫扣位，機械可靠性較不如負荷開關(guān)。

·結(jié)構(gòu)密閉、緊湊，但組成部件完全隱藏不可視，因此維修較負荷開關(guān)復(fù)雜。

3 應(yīng)用對比分析

對比負荷開關(guān)和斷路器特點，可以總結(jié)出兩者的功能特點是迥異的。負荷開關(guān)最大特點是結(jié)構(gòu)簡單，重在有明顯線路斷開點，你看到開關(guān)分閘了，那它就一定分?jǐn)嗔恕６鴶嗦菲髦荒芸吹介_關(guān)外部手柄分閘了，但有可能因斷路器內(nèi)部故障而實際觸頭并沒有分離，此時如果檢修下端設(shè)備就有可能觸電。斷路器最大優(yōu)勢在于保護性能強大，重在應(yīng)對故障時自動切除故障線路，其突出目的是為了線路保護。因此，盡管兩者都能分合電路，但并不能互相替代任意選擇。線路設(shè)計時，設(shè)計人員要先決定是需要安全隔離還是首要切除故障負載，之后就能明確是用負荷開關(guān)還是斷路器。國內(nèi)八十年代后斷路器發(fā)展迅速，特別是梅蘭日蘭微斷，如此小體積而又高性能指標(biāo)的開關(guān)電器，令不少設(shè)計院電氣設(shè)計人員眼前一亮，認為斷路器是先進的產(chǎn)品，應(yīng)該替代落后的負荷開關(guān)，結(jié)果是斷路器一度風(fēng)靡天下迅速取代了飽受詬病的HK膠蓋負荷開關(guān)，其后九十年代建筑電氣設(shè)計中幾乎已看不到負荷開關(guān)、熔斷器等類別的產(chǎn)品，而是清一色的各式斷路器。深圳地鐵一、二期車站低壓配電就全部采用了斷路器（包括框架式、塑殼式和微型斷路器）。反觀國外，斷路器技術(shù)的發(fā)源地歐洲，熔斷器組、刀開關(guān)至今仍占據(jù)過半江山，并沒有被斷路器替代。由于回路分配適應(yīng)設(shè)備房間分布的需要，全部采用斷路器后車站配電實際超過了三級保護，參數(shù)整定上已做不到選擇性，造成上下級甚至三級同時跳閘，既擴大停電范圍也迷惑故障查找。其二，檢修時又缺少電源隔離斷開點，運營反映在末級檢修時往往要在變電所低壓柜抽屜處斷電并留人看守，期間要通過對講通訊協(xié)調(diào)確認和送電測試，作業(yè)效率極低。為此，深圳地鐵三期工程對車站斷路器的使用進行了專題研討。分析地鐵車站配電系統(tǒng)，為了供電的可靠性，基本上采用了星形配線結(jié)構(gòu)，只有少數(shù)回路如檢修插座箱采用的是樹干式配電。對于星形回路，低壓柜饋出選擇斷路器，在二級配電箱進線處采用負荷開關(guān)，配電箱饋出至設(shè)備采用斷路器，這樣配電箱饋出斷路器承擔(dān)負載設(shè)備的保護，低壓柜饋出斷路器承擔(dān)線路的保護，配電箱負荷開關(guān)提供設(shè)備檢修所需的停電斷開點。對于樹干式回路，分支處仍舊采用斷路器以把故障限制在分支點以下，任一分支檢修時主干線停電。由于樹干式結(jié)構(gòu)本身對供電可靠性要求低，對于很少同時使用的檢修電源如此設(shè)計也是完全可以接受的。深圳地鐵三期7、9、10號線即按此原則落實車站配電設(shè)計。

4 負荷開關(guān)選型

首先，開關(guān)額定電壓與所在回路額定電壓相適應(yīng)，還應(yīng)考慮正常工作時可能出現(xiàn)的最高電壓。地鐵車站低壓配電網(wǎng)是交流220380V，考慮夜間停運期間網(wǎng)壓升高，選用國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)普通500V產(chǎn)品即可。

其次，開關(guān)的額定電流應(yīng)大于回路總負載的額定電流，且要避開電動機正常起動電流的熱效應(yīng)。建議按回路額定電流的3-4倍選擇，側(cè)重于熔斷器做為斷路器的短路后備保護而熔斷器的過載保護效果不如斷路器，所以過載保護以相鄰斷路器承擔(dān)優(yōu)先。

之后，進行短路校驗，負荷開關(guān)的動穩(wěn)定電流、熱穩(wěn)定電流應(yīng)大于安裝點預(yù)期的三相短路電流峰值。

再后，設(shè)計人員需選擇確定負荷開關(guān)的操作形式。根據(jù)安裝位置空間條件，選擇前或側(cè)面操作、有無輔助杠桿，以便后續(xù)確定配電箱尺寸和布線。帶輔助杠桿可以減少操作時人員觸碰電弧的風(fēng)險，安全性較好。地鐵車站及區(qū)間環(huán)境潮濕多粉塵，應(yīng)該使用安全性更好的輔助操作杠桿，在箱門關(guān)閉時進行分合閘操作，特別是在分?jǐn)嘭摵呻娏鲿r。國內(nèi)負荷開關(guān)生產(chǎn)歷史并不短，20世紀(jì)80年代前應(yīng)用非常廣泛，而且系列眾多。綜合對比技術(shù)差異和價格，地鐵車站即使是小負載也不應(yīng)再選用HK膠蓋負荷開關(guān)。受制于經(jīng)濟條件，國內(nèi)80年代前小電流場合普遍使用HK膠蓋負荷開關(guān)，可以說是一統(tǒng)天下，其雖也能不頻繁分?jǐn)嘈∝摵呻娏?，但滅弧能力差、通斷能力差，觸刀夾持力不穩(wěn)定而造成刀柄易松動，且無操作杠桿而需人手近距離貼近操作，起火、傷人案例時有報道，實踐證明安全、可靠性遠低于其它形式的負荷開關(guān)。推薦使用引進歐洲技術(shù)的GGLR型負荷開關(guān)，除性能指標(biāo)上均優(yōu)于國內(nèi)的HH、HR系列，在細節(jié)方面更有較多優(yōu)點，如組件模塊化，體積小，外殼封閉帶觀察窗等等。ABB、施耐德等國際品牌負荷開關(guān)的主打系列均是此型技術(shù)或基于此型技術(shù)。隨著技術(shù)引進國內(nèi)，當(dāng)前不但已國產(chǎn)化且正逐步成為國內(nèi)負荷開關(guān)的主流。地鐵車站可能選用的負荷開關(guān)在此系列中均可以找到相應(yīng)的規(guī)格。深圳地鐵三期車站配電箱負荷開關(guān)全部選擇此系列產(chǎn)品。

5 總結(jié)

車站400V低壓配電雖不必在斷路器前后均配置隔離開關(guān)，但應(yīng)重視和擴大負荷開關(guān)的使用，使設(shè)備檢修時能就近有隔離斷開點。過多級的保護并不是就可靠，反而因為無選擇性而擴大影響和增加故障處理難度。本文分析略顯粗糙，僅從使用層面簡單分析，只是點到并沒深入，供同行參考。