配电系统一次设备及其参数配合

1、配电系统一次设备及其参数配合摘要：介绍了城网配电网一次设备及负荷开关与熔断器的配合关键词：配电网箱式变电站断路器自动分段器Abstrat：Thepaperpresentspriaryequipentfdistributingnetrkfitynetrkandladbreakersithgearrdinatinithfuses.Keyrds：distributinnetrk；bxtransfrersubstatin；trausfrer；fuse；iruitbreaker；autatise-tinalizer;autatirelsingdevie;urrenttransfrer1前言由发电厂发出的

2、电能，最后降到635kV等级，经过配电网变为城乡居民、工业，农业，商业用电。因此，配电网的可靠性直接关系到人民生活、工农业消费平安，另外，完善的电力市尝电价也要求配电网进步经济性及可靠性。配电网的主要设备是负荷开关熔断器组合电器、断路器、箱式变电站、自动重合器、自动分段器、环网开关柜和中压电流互感器等，二次设备是自动控制、数据采集、规划、故障定位、检测计量、通讯等。随着一、二次技术(特别是二次技术)的开展，使两者严密结合，形成了自动化配电网。例如：自动配电开关设备互相配合的配电自动化系统(称为ASDAS)；基于馈线终端设备(FTU)的配电自动化系统(称为FTDAS)，它们自动对故障线路进展判断

3、及实现故障隔离；故障排除后，重合器重合恢复供电；在调度中心对配电网负荷测定，进展管理及重组，因此，决定配电网综合自动化性能的因素有三个：一是一次设备的技术性能；二是二次设备的技术性能；三是配电网接线方式。2负荷开关熔断器组合电器负荷开关是用来开、合负载电流的开关装置，它一般具有关合短路电流才能，但是它不能开断短路电流。负荷开关可以单独使用在远离电源中心、且容量较小的终端变电站，用于投切无功补偿回路、并联电抗器及电动机等。熔断器构造简单、价格廉价、维护方便，仍然具有开展前途。熔断体是熔断器的主要元件，当熔断体通过的电流超过一定值时，熔断体本身产生的焦耳热，使本身温度升高，在到达熔断体熔点时，熔断

4、体自行熔断切断过载电流或短路电流。图1限流熔断器切断短路电流时电流波形1切断前电流波形：2切断过程中电流波形ia1截止电流；tb2动作时间负荷开关熔断器组合电器中使用限流型高压熔断器，这种熔断器是依靠填充在熔体周围的石英砂冷却电弧，到达有效熄灭电弧，用于在强力冷却熄弧过程中建立起高于工作电压的电弧电压，因此具有很强限流才能(图1)。由曲线可见到，短路开场后电流上升，熔体发热，温度上升，电流升到a点，熔体熔化，由于熔断器的限流作用，电流上升停顿，开场沿ab线段下降，在b点电流下降到零，此时完成熄唬这种熔断器的整个动作过程发生在密封的瓷管中，在熄灭电弧时，宏大气流不会冲出管外。熔断器的限流特性，它

5、是指熔断器的开断电路时，最大截止电流和预期电流稳态方均根的关系，可以从限流特性的截止电流值可估算出被限流熔断器所保护的电器设备内发生短路故障时产生的机械和热效应。负荷开关与熔断器配合使用于箱变和环网柜，可替代断路器，作为变压器的保护开关设备。2.1负荷开关熔断器组合电器保护变压器的优点试验说明，当变压器内部发生故障，为使油箱不爆炸，故障切除时间必须限在20s内。采用断路器保护的话，断路器最快全开断时间(继电保护动作时间+断路器固有动作时间+燃弧时间)一般需要23个周波(40es60s)左右，而限流熔断器那么可保证在10s以内切除故障。由于同电压等级负荷开关的价格大约是断路器的价格的1/41/5

6、，而负荷开关+熔断器的价格仅仅是断路器的价格的1/3，因此采用负荷开关+熔断器有较大经济性。由于断路器是用于开断短路故障电流、大负荷电流、容性电流等通用的开关设备，因此体积大、笨重，构造也复杂。相比之下负荷开关体积小，简单易开发。2.2负荷开关与熔断器的配合概念组合电器将控制和保护功能分开，大量经常发生的切负荷工作由负荷开关来完成，而极少发生的短路开断那么由熔断器来完成(图2)。由于熔断器是一次性开断元件，负荷开关可连续屡次“合、分，因此，一般原那么是尽可能延伸负荷开关动作范围，使负荷开关多动作，而熔断器少动作。图2负荷开关与熔断器的功能配合区域I：(IInk)为工作电流范围，Ink为组合电器

7、的额定电流，它小于熔断器的额定电流InHH，组合电器的额定电流开断由负荷开关单独完成。负荷开关三相开断，三相熄唬区域：(InkI3InHH)时，在此范围内器承受超过其额定电流的过电流，从2InHH起，熔体动作，但熔断器尚不能熄唬熔断器撞击器触发，使负荷开关动作，三相开断并熄唬区域：转移电流范围内(3InHHI15InHH)，从3InHH起，三相熔断器之一首先动作，同时撞击器触发负荷开关分闸。另外两相线路可能由负荷开关切断，也可能由熔断器开断，即熔断器与负荷开关配合共同完成开断任务。区域：限流范围。当故障电流更大时(大约从20倍熔断器额定电流起)，熔断器在电流的第个半波就已动作，并使故障电流的峰

8、值限制到它的允许通流电流ID，熔断器在过半波后，已开断三相电路，三相短路电流全由熔断器开断，负荷开关是无电流开断。因此，转移电流是指熔断器与负荷开关转换开断职能时的三相对称电流值。大于该值时，三相电流仅由熔断器开断；小于该值时，首开相电流由熔断器开断，其它两相由负荷开关开断。2.3熔断器、负荷开关与变压器参数适配如何合理选配熔断器、负荷开关与变压器参数，涉及到能否合理发挥熔断器和负荷开关作用，这里仅举例说明。例：现有11kV、400kVA变压器，高压侧最大故障短路电流16kA，短路阻抗5，试决定“负荷开关熔断器组合电器参数。解：(1)变压器的满负荷电流为(2)允许过载15，5分接头处抽头，这时

9、变压器短时过载电流IP为：IP=211501.05=33A(3)变压器励磁电流为：Is2112=252A，其持续时间Is0.1s。(4)兹选用某公司熔断器12kV，额定电流IN=40A，额定开断电流16kA，最小开断电流为(2.53)Ie(2.53)40100120A。从该熔断器产品说明书查得(从熔断器40A的时间电流特性曲线)：满足在252A励磁电流、且持续0.1s的要求。熔断器最小开断电流(2.53)Ie100120A，在负荷开关额定开断电流范围内。(5)变压器二次侧直流短路故障时，反映到变压器一次侧的最大短路电流Ik为：从40A熔断的时间电流特性中查得熔断器的动作时间为0.040.06s

10、。(6)选择负荷开关VN=12kV；IN=400A，分闸时间0.05s(50s)，转移电流1000A。因负荷开关分闸时间T00.05s，所以T0.9T00.045s，从时间电流曲线上查得：所需组合电器转移电流为280A。这个值小于由负荷开关额定分断才能决定的组合电器的额定转移电流(1000A)，也小于二次侧直接短路时一次侧的短路电流IK(420A)，因此进步转移电流数值，可以减少限流熔断器的动作次数。图3示出了“与11kV、400kVA的变压器保护相关的特性。(a)现选择负荷开关VN=12kV；IN400A。(b)转移电流1000A是满足要求的。()目前变压器容量为315630kVA，取变压器

11、短路阻抗5时，得到因变压器二端子短路引起短路电流约330660A，而负荷开关转移电流要避开这一短路电流(一般转移电流控制在这一短路电流的70，即230460A)，因此用于环网配电单元变压器的负荷开关的转移电流取1000A已有足够裕度。(d)采用脱扣器操作的组合电器，那么要求求取交接电流。(当故障电流小于交接电流时，由脱扣装置动作触发负荷开关，分断电流；当故障电流高于交接电流时，由熔断器动作分断电流，而负荷开关仅作无电流分闸)。由图4看出最大交接电流不得大于负荷开关额定电流最小交接电流，不得小于熔断器的最小熔化电流，由此可看出，适当进步交接电流数值，可以减少限流熔断器的动作次数(限流熔断器中电流

12、要大于故障电流时才动作)，从而可减少熔断管的更换，使用SF6真空负荷开关可以进步交接电流。图3与11kV、400kVA变压器保护相关的特性2.4负荷开关限流熔断器组合电器型号因为限流熔断器额定电流为125A，而负荷开关为630A，因此组合电器额定电流为125A，短路开断电流为熔断器的短路开断电流。由于限流熔断器是截流开断，其截止电流(瞬时值)要小于预期短路电流，因此型号中标出的短路电流不能用来配选主回路。转贴于论文联盟.ll.3箱式变电站3.1箱式变电站的构造通常供电容量在315630kVA时，采用户外紧凑型箱式变电站，供电容量在7505000kVA时，那么不采用紧凑型箱式变电站。箱式变电站有

13、三个主要组成局部(见图5)：高压开关设备、变压器及低压开关(配电)装置。箱式变电站到货后即可接线投入使用，可以节省大量现场及技术效劳费。箱式变电站，一般在地下埋入一个水泥构造体，而在地面箱体高度2.5左右。“德国式箱式变电站那么埋入地下1，露出地面高度不超过1.6。“德国式变电站的优点是箱变与环境协调而不影响视线，缺点是洪水季节，水能浸入箱体，危害设备。箱式变电站的总体布置有两种形式：其一是组合式(欧式)；其二是一体式(美式)。组合式是高压开关设备、变压器及低压开关(配电)装置各为一室(见图9)。一体式是指以变压器为主体的油箱体，熔断器及负荷开关等装入油箱体内而构成一体，箱体采用全封闭构造，变

14、压器一般是三相五柱式。3.2中压开关设备假如箱式变电站处于终端接线，那么使用负荷开关熔断器组合电器(在第三节中表达)；假如处于环网接线，那么采用环网供电单元。环网供电单元的构造见图6，它至少由三个间隔组成，即2个环缆进出间隔和一个变压器回路间隔(负荷开关+熔断器)。通过断开接通开关A、B，可以隔离故障段，及时恢复对正常回路供电，熔断器F在中压/低压变压器发生内部故障及变压器二次端点发生直接短路时起保护作用，而开关对熔断器和变压器还起隔离和接地作用。3.3变压器箱式变电站用的变压器是降压变压器，一般将10kV降到380V/220V，直接供用户使用。变压器容量般为1601600kVA，变压器可以是

15、油浸变压器、耐燃液变压器、环氧树脂干式变压器。在防火要求严格的场合，如在高层建筑中规定不能使用带油的电器，所以使用真空、SF6开关、干式变压器。由于S9系列配电变压器的负荷损耗要比ST系列配电变压器低25左右，要积极采用之。城镇居民用电时间集中(如晚上)，而其余时间用电量少，为了减少配电变压器的空载损耗，可使用非晶合金铁心变压器，非晶合金铁心变压器比硅钢铁心变压器的空载损耗减少6070，空载电流下降70左右。变压器的通风散热可采用自然通风和机械强迫通风两种，从经济效益考虑，当然应优化考虑自然通风。3.4低压开关设备低压开关设备单独装在低压室，在低压开关设备内装有一台主保护开关(主开关)和48台

16、馈线开关。由馈线开关将电能送到用户。低压室内还装有低压计量装置及静补装置图4决定交接电流的特性图A：最小分闸时间与最大熔断时间交点B：最大开断时间与最小熔断时间交点图5箱式变电站外形及构造3.5电缆图6环网供电单元图7智能温湿度控制器由于架空线路暴露在大气中，易受雷击，绝缘易受工业污秽，受大风吹动易与大树相碰，因此故障率极高，为了降低故障，在城网中一般采用地下电缆。在环网单元中，装有电缆插接件，用于连接电缆与环网供电单元。为了平安，电缆插接件做成封闭式。高压交联聚乙烯绝缘(XLPE)电缆附件是20世纪60年代后技术开展最快的电力电缆品种，附件有终端与接头。高压XLPE电缆连同附件，在城市电网改

17、造及箱式变、大型工矿的变电站等输配电系统应用广泛，但目前我国XLPE电缆及附件与国际先进程度尚有一定差距。3.6测控保护单元箱式变电站安置于户外，其箱内温度、湿度受箱外环境影响大。假如高压室和低压室发生凝露，那么危及电器绝缘及导致开断失败。而变压器温度超过一度范围，那么会影响受压的输出功率。所以箱内应安装温度、湿度监控装置，当到达某一湿度及露点温度前，发出命令，使温度调节器动作；当温度超过某一范围时，发出命令，起动风扇，强迫排风。凝露控制器在箱内安装见图7。假如需要，箱内还安装FTU，遥控、讯接口，通过FTU采集故障信息，经遥控、讯口，与控制中心联络，实现保护功能，对馈线支路电能量计量，及时向

18、控制中心报告支路电能量计量，及时向控制中心报告支路负荷状况；并接收控制中心命令，投切功率补偿单元等。4自动分段器4.1自动真空分段器在箱式变电站节已提到，负荷开关可以合、分正常的负荷电流，它不能开断短路电流。自动分段器是由配电动弹簧操作机构的负荷开关、一台自动分段控制器及辅助装置组成，它是一种可以记忆通过故障电流次数，并且到达整定次数后，在无电压及无电流的情况下自动分闸的开关设备，它具有关合短路电流及开断与关合负荷电流才能。分段器在10kV配电系统中用来自动隔离故障区域。自动分段器按灭弧介质不同可分为空气、油、SF6和真空四种类型。4.2自动分段器与自动重合器在辐射式配电网中应用(图8)(1)

19、设Q01Q03的X时限10s，Q04的X时限30s，故障发生在第V段。图8自动分段器与自动重合器配合应用(2)A处发生故障，重合器(QR)检测到故障后跳闸，所有区段断电，分段器因断电而分闸。(3)自动重合器(QR)经过第一次重合间隔时间延时后重合，而各个分段器Q01Q04按预先设定的延时时间依次合闸，即Q01在10s后，Q02在20s后，Q03在30s后，Q04那么在10s+30s=40s合闸，完成线路供电。(4)假如永久性故障，那么因Q04合闸在故障线路上，使重合器再次跳闸，从而所有区段再次断电，分段器再次分闸，但这时Q04的控制器在Y时限内检测到又失去电压，而使其闭锁在分闸状态。(5)重合

20、器第二次重合后，Q01Q03依次合闸，完成上述区段正常供电，由于Q04已处于分闸状态，已将故障区与电网隔开，因此重合器第二次合闸成功。5断路器、自动重合器(12kV)5.1真空断路器断路器是指能关合、承载、开断运行回路正常电流，也能在规定时间内关合、承载及开断规定的短路电流的开关设备。也就是说断路器在合闸状态时，应该是接触良好的导体，可以承受正常负荷电流及规定短路电流下的发热及电动力；在合闸状态下，能尽可能短的时间内开断故障短路电流，在分闸状态下，能尽可能短地关合规定的短路电流，且断路器触头不发生熔焊；可单独作为主保护设备。因断路器的灭弧介质而异，而形成不同断路器油断路器、SF6断路器、真空断

21、路器。它们在中压配电系统(335kV)已得到普遍应用，而无油真空断路器因重量轻、分断才能强，在城市配电中越来越多地受到青睐。5.2自动重合器真空断路器加上控制器和辅助装置后，可以构成真空重合器，真空重合器是一种新型的开关设备，它可以按预定的开断和重合顺序自动进展开断和重合操作。当系统上出现瞬时故障时，重合器自动重合功能可以使系统自动恢复供电；假设是永久性故障，经过数次重合均不成功，由分段器将存在故障的支路隔分开，完成对无故障线路供电，最大限度缩小停电区域。图9重合器与熔断器配合例5.3真空重合器的应用这里介绍重合器与10kV熔断器在配电系统中配合应用图9。(1)由图10，额定电流40T的熔断器的最小电流时间曲线与重合器修正后的快速电流时间特性曲线交点为1420A，F1侧最大的短路电流为1190A，满足由重合器开断的要求。(2)如图10，熔断器40T的最大电流时间特性曲线处于重合器慢电流时间特性曲线下方，因此最小配合电流取重合器的最小分闸电流280A，所以熔断器F1在重合器第三次动作前(第三次是慢动作)切断故障。(3)重合器与熔断器F1之间出现的短路故障电流应由重合器AR1开断。转贴于论文联盟.ll.6电流互感器电流互感器在电力系统保护