浅谈10kV变配电室高低压开关选择及保护措施

发表时间：2019-07-05T14:43:27.713Z 来源：《电力设备》2019年第4期 作者： 陈永火[导读] 摘要：随着中国经济的快速发展，电力工业为经济发展提供了可靠的后勤保障。 (身份证：44090219801016XXXX)

摘要：随着中国经济的快速发展，电力工业为经济发展提供了可靠的后勤保障。在国内用电量大增的同时，如何确保电力供应的安全性和可靠性是一个值得关注的重要课题。本文分析了10kV变配电室中高、低压开关的特点，并对确保10kV及0.4kV配电柜中高低压开关的安全性提出了一些建议。希望它可以作为电力工业发展和中国电力工业发展的指南。 关键词：10kV配电房；高低压开关；选择；保护 引言

10kV变配电室是电力系统的核心环节之一，对维护电力系统的正常运行具有重要的影响。10kV变配电室内安装有多种的配电设备，设备的技术性能及参数需要做好上下级之间的配合，才能保证电力系统的稳定性。在10kV变配电室中，高、低压开关之间的保护配合不合理将会为电力系统的运行带来很多麻烦，这严重影响了电力系统的正常运行。为了维护电力系统的稳定性，国家逐渐完善了城乡电网，规范了10kV变配电室内的相关设备，大大方便了电力系统的管理。 一、高压开关

10kV变配电室内用于断开或闭合负荷电流的高压开关一般分为：负荷开关、负荷开关+熔断器组合电器和断路器三类。

现时国内主要使用负荷开关为六氟化硫（SF6）开关。由于将开关的触点密封在充满六氟化硫气体的环氧树脂绝缘腔体内，使其具有灭弧功能，可以带负荷操作，故名六氟化硫（SF6）开关。但其不具备速断及过流等保护功能，多用于10kV配电系统中的进线及环网用途。六氟化硫（SF6）开关具有成本低、结构简单等优点，因此很受用户的青睐。

负荷开关+熔断器组合电器，是在负荷开关的基础上串联了熔断器，当中的负荷开关负责负荷电流的开与关，而熔断器起到了限流作用主要负责提供过载及短路保护。这种组合电器中的熔断器可以在电力系统因某些原因产生过高的电流而超过原来设置的限定值时（熔断器的额定值），熔断器中的熔芯就会迷熔断，带动撞针使负荷开关三相同时跳闸，断开故障电流从而达到防止故障扩大及保护设备的目的。但熔断器发生熔断后，必须排除故障后更换新的熔断器，才能恢复供电。组合电器也具有成本低、结构简单等优点，多用于10kV配电系统中的出线用途，例如：变压器出线。

断路器在型式结构上与负荷开关及组合电器不一样，在性能也具有更大的优势，适用于大电流的10kV系统当中。断路器一般采用电动操作机构，操作上也更简单。在发生短路故障或严重过负荷时，借助配套综合继电保护装置能更迅速地切断故障电流，同时，综合继电保护装置能记录产生的故障类型、跳闸时的电流及时间，更便于故障的快速判断及处理。当前主要使用的是真空断路器，由于开关的触点封装在真空胞内，能迅速地开断电流，同时，其综合继电保护装置具有过负荷、短路电流值及动作时间等参数的设定及修改功能，在电力系统中得到了非常广泛的便用，可作为进线、环网及出线等用途。国内现阶段正在研发永磁性操动机构，随着科学技术的不断发展，相信未来断路器的性能将有更大的进步。 1.1 额定电压

以往所述的额定电压指设备的标称电压，其最高运行的电压是额定电压的115%，但是国外所说的额定电压则是指设备的最高承受电压。随着国际化的发展，国内的额定电压标准也在不断的向国际化靠拢。 1.2 额定电流

配电变压器的空载电流一般情况下是额定电流的2%，在高压配电系统中，如果选用负荷开关+熔断器组合电器来控制及保护配电变压器，配电变压器的容量应当低于1250 kVA。如果变压器容量达到或超过了1250kVA，使用负荷开关+熔断器组合将不再安全，而应当选用断路器开关。高压开关具有阻断电流的能力，这就要求其需要具有良好的动热稳定承受能力。 二、低压开关

10kV变配电室中的低压开关一般分为分为A、B类断路器两类。A类断路器可以选择性的保护无人为的延时（不可调节），并不要求额定短时耐受电流。而B类断路器与A类的不同，可以选择有人为短延时（可调节），但是需要具有一定的耐受电流性能。 2.1 额定电压

在10kV变配电室中，低压系统中开关的额定电压一般是指相间电压，即线电压。 2.2 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，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。

2.3 短路分断能力

低压电路中的短路分断能力一般分为极限分断能力、运行短路分断能力两类。根据电力学的基本原理，断路器的额定分断能力应当大于或等于线路的预期短路电流的基本原则，我们可以判断断路器中极限分断能力或者短路分段能力存在的问题，便于维护管理。 三、高低压开关的保护配合 3.1 计算短路电流

在10kV变配电室中，只有做好系统的短路电流的计算工作，才能提高高、低压开关的配合水平。配电系统根据短路电流发生的位置及大小使不同等别的断路器进行跳闸，从而实现设备的自动保护，进而让运维人员能快速判定事故的部位及原因。 3.2 低压总开关与高压断路器的组合

在10kV变配电室中，高压断路器的电流速断保护是按躲开变压器二次侧短路，并将之归算到一次侧三相最大短路电流来对高压断路器进行保护的。在此过程中，其电流计算公式为：I1=K・I2，其中，I1表示一次侧的三相最大短路电流，I2为变压器低压侧短路时候，三相最大短路电流经过折算后到高压侧的电流数值。从这一原则中我们可以发现，如果高压侧的速断保护是固定值，那么开关是不会采取相应动作的。这就要求在10kV变配电室中选择开关时，应当选用智能型开关，实现高、低压开关的上、下级匹配，避免高、低压开关动作过程出现时差发生越级跳闸，影响电力系统的稳定性。智能型的带短路延时的开关，可以通过自动化设备实现低压侧总开关的相互配合，从而节

省人力资源。

3.3 低压开关类别的选择原则

在高、低压开关类别选择过程中，选择合适的开关类型对提高电力系统的稳定性具有很高的价值。在选择低压开关的过程中应当遵的循重要原则：分支配线的开关应当选择A类的断路器，当变压器高压侧开关为断路器时，低压总开关宜选择B类的断路器，可以对保护动作的时间进行人为的设定，从而实现高、低压开关的配合。 四、电气系统的选择 （一）电力变压器选择

电力变压器的选择应根据用电负荷大小及密度等特点、经济运行条件、节能和降低工程造价等因素综合而定。一般来说在进行电力变压器选择时首先考虑的应该是变压器的使用年限，而变压器的使用年限主要取决于变压器的绝缘老化速度。绝缘老化速度又取决于绕组最热点的温度变压器的绕组导体和铁心，一般可以长期经受较高的温升而不致损坏，但绕组长期受热时其绝缘的弹性和机械强度要逐渐减弱，这就是绝缘的老化现象。绝缘老化严重时就会变脆，容易裂纹和剥落，导致电气绝缘性能降低；其次，再考虑电力变压器的台数及单台容量，一般而言，10kV变配电室中变压器的选择应满足用电负荷，对供有大量一、二级负荷的应采用两台变压器，并以一台变压器发生故障或检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电进行考虑。对只有二级负荷而无一级负荷的变电所也可以只采用一台变压器但必须在低压系统中引入备用柴油发电机电源或与其他变配电室相连的低压联络电源作为备用电源。还应适当考虑今后5到10年用电量的增长，使变压器容量留有一定的余地。最后变电所主变压器台数和容量应结合变电所主接线方案的选择，对几个较合理的方案进行比较，择优而定。

（二）电力电缆

电力电缆主要用在变配电线路中起到的传输电能的作用。电力电缆种类较多，按电压等级可分为：8.7/15kV、6kV、1kV等。目前，10kV变配电室中使用的主要是8.7/15kV及1kV。按绝缘材料可分为油浸纸绝缘、塑料绝缘、塑胶绝缘、交联聚乙烯绝缘。因交联聚乙烯绝缘电力电缆具有良好的电气性能等一系列优点，被广泛得到使用。 （三）10kV变配电室电气主接线

作为10kV变配电室的重要设备设施，输电线路和变压器在完成电压、电流和功率转换的过程中，要连接电力系统与主接线。因此整个电力系统中，电气主接线是非常重要的一环，其电力系统的安全稳定直接受到设计管理质量的直接影响，并且对于10kV变配电室电气工程中的设备维护与选择、施工进度、整体管理方案、设备布置有着相当大的影响。

电气主接线首先是对安全性要求的满足，在高压侧和低压侧都应该有隔离措施，并且在高、低压母线上均应安装避雷器；其次，要满足可靠性的需求，由于10kV变配电室主要用于满足民用建筑（工厂、办公楼、住宅小区、医院等）的用电需求，因此供电的可靠性保障是相当重要的，既要在事故发生时能够做到持续供电，并且维护快速方便，对断路器进行检修或者发生母线故障时，应该确保停电时间的减少；再次，应该满足其灵活性的要求，尽量对倒闸的操作要求做到便捷，及时排查发生事故；最后，应该符合经济性的原则，优先选择成本节约、技术性强的产品，对于一次性设备应该尽量减少采用。应该尽可能选择成套配电装置的主接线方案。

主接线有两种方案，单母线分段接线和单母线两种方案各有所长，单母线连接的设备少并且接线很便捷，有利于方便的操作，并且直接促进10kV变配电室的扩建作用。但是其灵活性较差，并且对整个系统进行停电才能检修故障，排除故障后才能继续供电，这种方案一般适用于由一台主变压器或一台发电机的少数情况；而重要用户的供电要采用单母线分段接线的方式，并采用两个电源进行供电。当其中某一段母线或开关等元器件损坏时，分段断路器将自动对故障段进行切断，对非故障段的母线继续保持供电。 结束语

在电力系统中，10kV变配电室是电力系统的一个核心环节，高、低压开关对配电系统的安全性能具有很大的影响。而且，高、低压开关的选型涉及很广的知识，我们应当参照高、低压开关的性能、特征、参数，并结合电网的实际运行需要，来选择高、低压开关。在规范管理的情况下，实现高、低压开关的配合，才能维护电力系统的稳定性，为我国电力事业的发展提供助力。 参考文献:

[1] 赵国梁.南方电网动态电压稳定对其西电东送能力的影响[J].电网技术，2015. [2] 李锡芝.关于低压断路器短路分断能力选择的讨论[J].低压电器，2014. [3] 冯关水.智能型万能式断路器的选型与应用[J].电气技术，2013.