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能
北极星电力网技术频道 作者:佚名 2008/3/21 15:56:35
西安高压电器研究所陈振生
由发电厂发出的电能，最后降到６～３５ｋｖ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、工农业生产；另外，完善的电力市场、电价也要求配电网提高经济性及可靠性。
配电网的主要设备是负荷开关--熔断器组合电器、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）的发展，使两者紧密结合，形成了自动化配电网。例如：自动配电开关设备相互配合的配电自动化系统（称为ａｓｄａｓ）；基於馈线终端设备（ｆｔｕ）的配电自动化系统（称为ｆｔｄａｓ），它们自动对故障线路进行判断及实现故障隔离：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，进行管理及重组，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。
１ 城网一次结线
根据用户对用电质量及可靠性要求而异，比较典型的结线有如下几种。
１．１辐射形式（图１）
这种供电方式在一回出线上带有许多用户，一旦线路出现故障，引起ｃｂ跳闸，则使该线路上所有用户停电，所以供电可靠性较差。一般使用於对供电要求不高的负荷。
１．２双电源供电（图２）
开闭所及重大用户可以通过ｃｂ３，ｃｂ４倒闸，及时隔离故障线路，由另一回非故障线路完成供电，这样可以保证对重大用户供电。
在城市，特别是城市繁华区，其用电负荷密集，且对供电连续性和可靠性要求很高，为此，可以在线路中间或两条线路终端结合处，建立开闭所，由开闭所向这些用户供电。开闭所的进线都为１０ｋｖ，但来自不同电源。
１．３环网供电（图３）
四单元环网开关柜配置四台具有远方操作和就地操作（由电动操作机构组成）的负荷开关。正常情况下，ａ、ｂ、ｃ、ｄ处於闭合状态，ｅ处於分断状态，ｌ１、ｌ２由ｓ１电源供电，ｌ３、ｌ４由ｓ２电源供电。一旦ｌ１～ｌ４中任何一段发生永久性故障，环网供电都能保证３／４线路正常供电。例如ｌ１故障，则ｃｂ１分闸，ａ、ｂ分闸，ｅ合闸，由ｃｂ２继续对ｌ３、ｌ４、ｌ２供电。
１．４采用主环路和副环路的一次结线路（图４）
图中ａ１、ａ２、ａ３为主环路环网开关；ｂ１、ｂ２、ｂ３为副环路三单元箱式变。
主环路对重要电力用户供电，主环路环网开关柜中的进出线负荷开关具有远方操作功能；副环路对分布较集中的用户供电，副环路环网开关柜采用三单元箱式变，环网柜负荷侧用熔断器取代负荷开关，要求熔断器的容量能够满足要求，且熔断时间与馈线出口断路器的速断保护相匹配，以免越级跳闸。
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能力，但是它不能开断短路电流。负荷开关可以单独作用在远离电源中心、且容量较小的终端变电站，用於投切无切补偿回路、并联电抗器及电动机等。
熔断器结构简单、价格便宜、维护方便，仍然具有发展前途。熔断体是熔断器的主要元件，当熔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，在达到熔断体熔点时，熔断体自行熔断切断过载电流或短路电流。
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，达到有效熄灭电弧，用於在强力冷却熄弧过程中建立起高於工作电压的电弧电压，因而具有很强限流能力（图５）。由曲线可见到，短路开始后电流工作上升，熔体熔化，由於熔断电器的限流作用，电流上升停止，开始沿ａｂ线段下降，在ｂ点电流下降到零，此时完成熄弧。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，巨大气流不会冲出管外。
负荷开关与熔断器配合使用於箱变和环网柜，可替代断路器，作为变压器的保护开关设备。
２．１熔断器组合电器保护变压器的优点
试验表明，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２０ｍｓ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３个周波（６０ｍｓ）左右，而限流熔断器则可保证在１０ｍｓ以内切除故障。
２．２负荷开关与熔断器的配合
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则由熔断器来完成。
区域ⅰ：（ｉ≤ｉｎｋ）为工作电流范围，ｉｎｋ为组合电器的额定电流，它小於熔断器的额定电流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，三相熄弧。
区域ⅱ：（ｉｎｋ＜ｉ＜３·ｉｎｈｈ）时，在此范围内，熔断器承受超过其额定电流的过电流，从２·ｉｎｈｈ起，熔体动作，但熔断器尚不能熄弧。熔断器撞击器触发，使负荷开关动作，三相开断并熄弧。</p><p> 区域ⅲ：转移电流范围为（３·ｉｎｈｈ＜ｉ≤１５·ｉｎｈｈ），从３·ｉｎｈｈ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ⅳ：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），熔断器在电流的每一个半波就已动作，并使故障电流的峰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，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。大於该值时，三相电流仅由熔断器开断；小於该值时，首开相电流由熔断开断，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。
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。
（１）变压器的满负荷电流为：ｉｎ＝＝２１ａ
（２）允许过载１５％，－５％分接头处抽头，这时变压器短时过载电流ｉｐ为：ｉｐ＝２１×１５０％×１．０５＝３３ａ
（３）变压器励磁电流为：ｉｓ＝２１×１２＝２５２ａ，其持续时间ｉｓ＝０．１ｓ
（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（２．５～３）ｉｅ＝（２．５～３）×４０＝１００～１２０ａ。
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（２．５～３）ｉｅ＝１００～１２０ａ，在负荷开关额定开断电流范围内。
（５）变压器二次侧直接短路故障时，反映到变压器一次侧的最大短路电流ｉｋ为：ｉｋ＝＝４２０ａ，从４０ａ熔断器的时间--电流特性中查得熔断器的动作时间为０．０４ｓ～０．０６ｓ。
（６）选择负荷开关ｖｎ１２ｋｖ；ｉｎ４００ａ，分闸时间０．０５ｓ（５０ｍｓ），转移电流１０００ａ。
由於负荷开关分闸时间ｔ０＝０．０５ｓ，所以ｔｍ＝０．９ｔ０＝０．０４５ｓ，从时间～电流曲线上查得：组合电器转移电流为２８０ａ。这个值小於由负荷开关额定分断能力决定的组合电器的额定转移电流（１０００ａ），也小於二次侧直接短路时一次侧的短路电流ｉｋ（４２０ａ），提高转移电流数值，可以减少限流熔断器的动作次数。
图６示出了"与１１ｋｖ、４００ｋｖａ的变压器保护相关的特性"。
（１）现选择负荷开关ｖｎ１２ｋｖ；ｉｎ４００ａ；
（２）转移电流１０００ａ是满足要求的。
（３）目前变压器容量为３１５～６３０ｋｖａ，取变压器短路阻抗５％时，得到因变压器二端子短路引起短路电流约３３０～６６０ａ，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２３０～４６０ａ），因此用於环网配电单元变压器的负荷开关的转移电流取１００ａ已有足够裕度。
（４）采用脱扣器操作的组合电器，则要求求取交接电流。（当故障电流小於交接电流时，由脱扣装置动作触发负荷开关，分断电流；当故障电流高於交接电流时，由熔断器动作分断电流，而负荷开关仅作无电流分闸。）由图７看出最大交接电流不得大於负荷开关额定电流，最小交接电流不得小於熔断器的最小熔化电流，由此可看出，适当提高交接电流数值，可以减少限流熔断器的动作次数（限流熔断器中电流要大於故障电流时才动作），从而可减少熔断管的更换。使用ｓｆ６真空负荷开关可以提高交接电流。
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