低壓進(jìn)線斷路器一般用于變壓器低壓側(cè)，是一個比較重要的斷路器，如果選擇不當(dāng)，一旦發(fā)生故障或誤動，將可能造成較大范圍的停電。本文將闡述筆者在低壓進(jìn)線斷路器設(shè)計選型工作中所遇到的兩個實際問題及處理方法，供同行們參考。若有不當(dāng)之處，望給予指正。
1. 關(guān)于斷路器短路分?jǐn)嗄芰?/p>
斷路器一般具有兩個反映斷路器短路分?jǐn)嗄芰Φ膮?shù)：其一是額定極限短路分?jǐn)嗄芰Γㄒ韵潞喎Q極限分?jǐn)嗄芰Γ㊣cu，其試驗順序是o-t-co(o表示分?jǐn)嗖僮?，co表示接通操作后緊接著分?jǐn)嗖僮?，t表示時間間隔，一般為3min)，在按規(guī)定的試驗順序動作后，不考慮斷路器繼續(xù)承載它的額定電流；其二是額定運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰Γㄒ韵潞喎Q運(yùn)行分?jǐn)嗄芰Γ㊣cs，其試驗操作順序是o-t-co-t-co，在按規(guī)定的試驗順序動作后，需考慮斷路器繼續(xù)承載它的額定電流。
斷路器設(shè)計選型中應(yīng)采用哪一個參數(shù)，規(guī)范中沒有明確的規(guī)定，各種手冊也沒有明確的說法。大多數(shù)手冊指出：斷路器的額定短路通斷能力等于或大于線路中可能出現(xiàn)的大短路電流，一般按有效值計算。具體是極限分?jǐn)嗄芰€是運(yùn)行分?jǐn)嗄芰]有說明。只有個別手冊指明采用極限分?jǐn)嗄芰?，但是我認(rèn)為，對于低壓進(jìn)線斷路器應(yīng)采用運(yùn)行分?jǐn)嗄芰?，理由如下?/p>
1. 從可靠性方面考慮
采用運(yùn)行分?jǐn)嗄芰x擇斷路器，在斷路器開短路電流后，還可以保證斷路器承受它的額定電流，減少斷路器出故障的可能性，從而可以提高斷路器運(yùn)行的可靠性。
2. 從可行性方面考慮
對于新型斷路器，運(yùn)行分?jǐn)嗄芰σ话愣驾^大，都能滿足短路電流的要求。表1列出了幾種有代表性的新型斷路器的運(yùn)行分?jǐn)嗄芰Α?/p>
表1
變壓器容量KVA 400 630 800 1250 1600 2000
變壓器額定電流 A 610 960 1200 1900 2432 3040
變壓器電路電壓 4 4 4.5 4.5 4.5 4
短路電流有效值KA 13.7 21 23.5 35.2 43.5 66.88
Ics/IcwKA ME 50／30 50／50 50／50 50／50 80／80 80／80
CB11 50／50 50／50 50／50 65／65 65／65 65／65
M 130／65 130／65 130／65 130／75 130／75 130／75
DZ20 25／－ 38／－ 38／－－－－
TM30 75／8 50／15 50／15 50／25 －－
NS（C） 150／－ 150／15 150／15 －－－
表中短路電流有效值指變壓器10KV側(cè)短路容量按150－200MVA考慮，在距變壓器低壓出線端3m母線處發(fā)生金屬性短路時的短路電流。CB11是長征電氣十一廠近年推出的框架式斷路器，TM30是天津低壓開關(guān)廠近推出的塑殼式斷路器，M、NS（C）為梅蘭日蘭公司產(chǎn)品。表中所列的Ics和Icw(短時耐受電流)數(shù)值均為各系列斷路器中滿足變壓器容量要求的相應(yīng)殼架電流等級斷路器的數(shù)值。
從表1可以看出，對框架式斷路器,除CB11當(dāng)變壓器為2000KVA時，其運(yùn)行分?jǐn)嗄芰β燥@不足外，其他斷路器都能滿足要求；對于塑殼式斷路器，只要容量滿足要求，分?jǐn)嗄芰σ话銢]有問題。
對于老型斷路器，廠家沒有提供運(yùn)行分?jǐn)嗄芰@一參數(shù)，只有極限分?jǐn)嗄芰ΑＴO(shè)計選型中可按Ics=Icu50%考慮。這樣選擇，當(dāng)斷路器的額定電流合適時，其運(yùn)行分?jǐn)嗄芰ν粔?，需通過提高斷路器的殼架電流等級來滿足分?jǐn)嗄芰Φ囊蟆＠鐚τ?00KVA的變壓器，查表1可知其額定電流為1200A，短路電流為23.5kA，按額定電流可選DW15－1500型斷路器，其極限分?jǐn)嗄芰?0kA，若按極限分?jǐn)嗄芰x擇，它滿足要求；若按運(yùn)行分?jǐn)嗄芰x擇，則不滿足要求，需選擇更大殼架電流等級的斷路器。如DW15－2500型，其極限分?jǐn)嗄芰?0KA。所以，對于老型斷路器，按運(yùn)行分?jǐn)嗄芰x擇也是可行的。
3. 從經(jīng)濟(jì)性方面考慮
對于老型斷路器，按運(yùn)行分?jǐn)嗄芰x擇，一般需提高斷路器的殼架電流等級，以滿足分?jǐn)嗄芰Φ囊?；對于新型斷路器，雖然其運(yùn)行分?jǐn)嗄芰^高，一般不需為滿足分?jǐn)嗄芰Φ囊蠖岣邤嗦菲鳉ぜ茈娏鞯燃?，但是其價格比同電流等級的老型斷路器高。所以按運(yùn)行分?jǐn)嗄芰x擇斷路器，一般投資會有所增加。
但是，由于低進(jìn)線斷路器所需數(shù)量較少，其引起的投資增加在整個工程投資中所占比例很小，而且它的重要性又較高，它的故障或誤動都將造成較大面積的停電，給生產(chǎn)和生活帶來不便，甚至造成較大經(jīng)濟(jì)損失。所以，為低壓進(jìn)線斷路器的可靠運(yùn)行增加一點投資，在經(jīng)濟(jì)上是合理的。
另外，新型斷路器取代老型斷路器是一種必然趨勢。當(dāng)它完全取代老型斷路器后，按運(yùn)行分?jǐn)嗄芰x擇斷路器，將不再存在投資增加問題。到那時，按運(yùn)行分?jǐn)嗄芰x擇斷路器將成為一種必然的選擇。
1. 關(guān)于斷路器結(jié)構(gòu)型式選擇
低壓斷路器按結(jié)構(gòu)型式分，可分為塑殼式和框架式兩大類。
作為進(jìn)線開關(guān)，一般選擇框架式斷路器，但是框架式斷路器有體積大、價格高、接觸防護(hù)較差等弱點，所以作為進(jìn)線斷路器，它并不是佳選擇。
塑殼式斷路器有體積小，安裝緊湊、外形美觀、價格低、接觸防護(hù)好等特點，以往它沒有成為進(jìn)線開關(guān)的*，主要受到其容量小，短路分?jǐn)嗄芰Φ?，選擇性和短時耐受能力差這幾方面因素的限制，但是隨著技術(shù)的發(fā)展和新產(chǎn)品的推出，這些問題已經(jīng)獲得了不同程度的改進(jìn)。下面我將就這幾方面的問題分別加以說明。
2.1容量問題
對于老式塑殼式斷路器，其大容量一般是600A左右，這樣的容量，作為進(jìn)線開關(guān)是顯得太小了。但是現(xiàn)在的新型殼式斷路器，其容量已經(jīng)有了大幅度的提高，例如DZ20型大可達(dá)1250A，TM30型大可達(dá)2000A，有的產(chǎn)品甚至高達(dá)3000A。所以對于新型斷路器，其容量對于大型變壓器尚顯得不足，但是對中小型變壓器，已經(jīng)完全可以勝任了。
2.2分?jǐn)嗄芰栴}
近年來，我國生產(chǎn)的斷路器，不論是框架式，還是塑殼式，其短路分?jǐn)嗄芰Χ加辛舜蠓忍岣摺?/p>
就塑殼式而言，其分?jǐn)嗄芰μ岣叩姆确浅ｓ@人。例如以往是常用的DZ10型斷路器，其大短路分?jǐn)嗄芰Φ姆逯狄矁H僅達(dá)到40kA，而新型斷路器的運(yùn)行分?jǐn)嗄芰τ行е刀家呀?jīng)達(dá)到了很高水平。從表1就可以看出，DZ20型的運(yùn)行分?jǐn)嗄芰Ω呖蛇_(dá)50kA、TM30更高達(dá)到75kA，兩種型號的極限分?jǐn)嗄芰τ行е稻筛哌_(dá)到100kA。
所以就分?jǐn)嗄芰Χ裕軞な綌嗦菲魍耆梢詣偃巫鳛榈蛪哼M(jìn)線斷路器的要求。
2.3 選擇性問題
老式塑殼式斷路器一般沒有短延時脫扣器，很難實現(xiàn)選擇性保護(hù)。但是現(xiàn)在生產(chǎn)的部分新型斷路器已經(jīng)具備了這一功能。例如TM30系列的智能脫扣器就可以實現(xiàn)短延時功能，完成選擇性保護(hù)；NS系列的電子脫扣器也可以實現(xiàn)這一功能。按照低壓斷路器智能化、模塊化、組合化、電子化、多功能化的發(fā)展趨勢，今后具有選擇性功能的塑殼式斷路器將會越來越多，選擇性對于塑殼式斷路器將不會再成為一個問題。
2.4 短時耐受能力問題
短時耐受能力是塑殼式斷路器一個弱項，目前多數(shù)塑殼式斷路器廠家都沒有提從額定短時耐受電流Icw這一參數(shù)。不過已有部分廠家提供了這一參數(shù)。
表1中列出了TM30和C序列斷路器的額定短時耐受電流。從表中數(shù)據(jù)看，塑殼式斷路器的短時耐受電流與框架式斷路器相比，還有很大差距，其值還遠(yuǎn)小于變壓器低壓側(cè)短路電流的數(shù)值，但是作為進(jìn)線開關(guān)，只要選好斷路器瞬時脫扣器的整定電流，將短延時電流限制在斷路器可以承受的耐受電流范圍內(nèi)，塑殼式斷路器就可以滿足耐受電流的要求。
例如，有一臺630kVA變壓器，查表1可知，其變壓器低壓側(cè)額定電流為960A，短路電流為21kA，可選擇TM30－1000型斷路器，其運(yùn)行分?jǐn)嗄芰?0kA，滿足要求；其短時耐受電流為15kA，不滿足要求。這時可以將斷路器的瞬時脫扣器動作電流整定在15kA，當(dāng)短路電流超過15kA時，使斷路器瞬時跳閘。這樣做的后果是損失了保護(hù)的部分選擇性。
要想大幅度提高塑殼式斷路器的短時耐受能力，尚需等待技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和新材料的出現(xiàn)。
對于不需要選擇性保護(hù)的場合，塑殼式斷路就可以避開其弱點，使其優(yōu)越性更得以表現(xiàn)。
從以上分析可以看出，作為低壓進(jìn)線開關(guān)，塑殼式斷路器在一定條件下已經(jīng)可以取代框架式斷路器。
真空斷路器的優(yōu)越性不僅是無油化設(shè)備，而且還表現(xiàn)在它具有較長的電壽命、機(jī)械壽命、開斷絕緣能力大、連續(xù)開斷能力強(qiáng)、體積小、重量輕、可頻繁操作、免除火災(zāi)、運(yùn)行維護(hù)少、故障率低等優(yōu)點，是無人值守變電所較為理想的電氣設(shè)備。目前國內(nèi)外都在大量開發(fā)和使用，并具有完全替代油滅弧介質(zhì)的趨勢。目前，變電所大多采用了多功能微機(jī)(電子)保護(hù)裝置，綜合自動化程度也隨之提高，趨向無人值守的要求已經(jīng)基本具備。因此，對主電氣設(shè)備要求具有一定的在線檢測(自檢)功能，真空斷路器也不應(yīng)例外。真空斷路器的常見故障主要表現(xiàn)有兩大部分：
(1) 機(jī)械故障。由于這類故障率與電氣故障率相比，幾率較小，要實施在線檢測還待有關(guān)部門進(jìn)一步在構(gòu)造、尺寸、組合方式上統(tǒng)一方案。
(2) 電氣故障。這類故障是直接威脅電網(wǎng)*持久穩(wěn)定運(yùn)行的主要問題，而且它的幾率不容忽視。就真空斷路器的一次電氣故障與機(jī)械故障相對而言，不僅故障性質(zhì)嚴(yán)重而且有較大的隱蔽性、突發(fā)性、隨機(jī)性、并且難以及時預(yù)報。因此，也常見到廠家在出廠報告中提醒用戶觀察真空滅弧室的斷弧物理現(xiàn)象。因此，這類故障不僅威脅電網(wǎng)的*也是極易造成人身、國民經(jīng)濟(jì)損失的主要問題。
2 解決真空斷路器的在線檢測方法
目前，有關(guān)真空斷路器的在線檢測方法不少，常見的有下列幾種：①電容感應(yīng)法；②人工中性點法；③高壓電場感應(yīng)法；④阻容分壓法；⑤光電遙感法。
除此以外還有利用潘寧放電原理(電磁風(fēng))構(gòu)成的真空斷路器在線測量方法。
概括起來看，各有特點。它們雖然也能在特定的情況下，獲取真空滅弧室因漏氣而導(dǎo)致真空斷路器斷口開斷能力下降的信號，經(jīng)過電化處理達(dá)到告警、閉鎖的目的。若要全面推廣使用還有許多問題可以商榷。
圖1 人工中性點法示意圖
就人工中性點法的方法來看(見圖1)，圖中的C、R用高壓電容或者高值電阻來形成人工中性點，盡管整體回路阻(抗)值或很大(用高壓電容構(gòu)成時容抗很大)，在正常工作狀態(tài)下對整個系統(tǒng)確實沒有多大影響。用高壓電位與N(接地)點參考來進(jìn)行真空斷路器是否完好狀態(tài)的檢測，是有一定道理和特點。如果該類方法大量使用，而部分真空斷路器檢修或者故障時，顯而易見它們是主系統(tǒng)與地之間形成的一個虛擬接地點，因此在*工作和繼電保護(hù)的定值計算，運(yùn)行配網(wǎng)的組織方案上是不能不考慮的。至于其他的方案也不免存在體積大、結(jié)構(gòu)繁、抗干擾差、抗震能力低、數(shù)據(jù)不易遠(yuǎn)傳以及只能對玻璃外殼或者便于觀察的真空斷路器有效等。因此使這些方法在普及和實際采納時都要認(rèn)真考慮實際影響和可行性。
其實，真空斷路器的在線檢測也是可以用其他方法實現(xiàn)的，而且也不算十分復(fù)雜。這個課題的興趣是測量真空滅弧室的負(fù)壓變化情況。它的要點是在線檢測裝置本身不僅要有較好的電氣絕緣能力和較小的體積、可靠的運(yùn)行性能，還要盡量具備*規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)合理、使用方便、維護(hù)少、周期穩(wěn)定。此外，還要具有數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳和就地告知的雙重功能，通訊方面也要具備標(biāo)準(zhǔn)的傳輸特點，不能象繼電保護(hù)那樣各樹一幟。
要搞好真空斷路器滅弧室在線檢測的工作必須符合當(dāng)前電網(wǎng)的運(yùn)行機(jī)制和反饋要求，否則一相情愿的結(jié)果也只能解決一個局部問題而帶來一些不必要的重復(fù)工作或累贅。
3 具體方法的實現(xiàn)
實現(xiàn)的基本方法是利用機(jī)械傳感器來改變光纖傳輸光信號的折射角度和導(dǎo)通量，以改變接受端光纖的傳送量，然后經(jīng)過后續(xù)處理電路來判別、處理、傳訊等工作，從而達(dá)到在線檢測的目的。利用這個方法的好處是：
(1) 可以很好地解決高壓電器對地的絕緣問題。
(2) 檢測靈敏度不但實際而且比較高。
(3) 對光電、磁場、輻射、震動以及環(huán)境污染等都有比較強(qiáng)的抗拒能力。
(4) 結(jié)構(gòu)簡單，與真空滅弧室自成一體
(5) 使用非常方便，基本無需檢修。
(6) 具有實現(xiàn)就地和遠(yuǎn)方監(jiān)控的基本條件。
(7) 壽命持久，基本與真空滅弧室同等壽命。
(8) 成本低廉。
在真空滅弧室的頂或地蓋部有一個壓力檢測部件--傳感器(波紋管、彈性薄膜或者其他彈性元件下同)，在其內(nèi)部設(shè)有一個輔助張力元件，以增強(qiáng)檢測器件的抗疲勞能力。在檢測器件頂部還設(shè)有調(diào)整裝置和信息傳遞元件一道構(gòu)成信息傳感器。在正常情況下，壓力檢測部件(在真空滅弧室內(nèi)部呈現(xiàn)高度真空狀態(tài)下)受外界自然大氣壓的作用呈現(xiàn)高度壓縮狀態(tài)。當(dāng)真空滅弧室有泄漏后(外界大氣進(jìn)入)，將會改變真空滅弧室的內(nèi)部真空度壓力，從而迫使壓力檢測部件改變它的壓縮狀態(tài)，啟動信息傳感器、改變發(fā)射與接收光纖的光源傳遞接合部；改變光纖B接受光纖A的照射量。后繼處理電路(見圖2)的光電轉(zhuǎn)換器G1隨著光纖B的傳送量改變而改變IC1(運(yùn)算放大器)的輸出參量。然后經(jīng)過后繼處理電路對此參量進(jìn)行再一次加工，以終達(dá)到報警、閉鎖目的。
圖2 在線檢測基本方法示意圖
該方法的可行性不僅具有選材方便、整體設(shè)計結(jié)構(gòu)合理、電氣絕緣能力較高的優(yōu)點，而且實現(xiàn)方法簡單和即使斷路器嚴(yán)重事故時也不會因為檢測裝置的存在而給電網(wǎng)造成額外影響。該方法可實施的理由是：
(1) 用特殊材料制造的檢測器件具有自由恢復(fù)鋼度好，測量能力可以達(dá)到10-7。
(2) 有機(jī)光纖具有較好的導(dǎo)光性能(短距)，并且自身轉(zhuǎn)換特性具有一定的線性能力。
(3) 有機(jī)光纖具有較好的電氣絕緣能力，平均可以達(dá)到每kV/cm以上。
(4) 有機(jī)光纖在短距離內(nèi)傳送信號不需要做專門的光電轉(zhuǎn)換工作。
(5) 有機(jī)光纖的柔韌性、防腐能力、阻燃能力比較好，比較適合此項目使用。
以塑殼外部附件中的安裝接線方式為例，對塑殼斷路器的固定式安裝、插拔式安裝與抽出式安裝三種安裝方式進(jìn)行解析；
其中重點對抽出式安裝方式進(jìn)行詳細(xì)說明，供用戶在不同場合下選擇適合的方式提供幫助。
1.固定式安裝方式
固定式安裝方式是塑殼式斷路器中用戶較為普遍使用的方式，也是較為簡單的一種方式；
斷路器本體直接固定在內(nèi)安裝板或安裝支架上用隨機(jī)螺桿固定即可，電纜配端子或母排直接連接在斷路器本體的進(jìn)線與出線接線螺桿上。
固定式安裝方式根據(jù)應(yīng)用場所的要求也可配外置擴(kuò)展排聯(lián)結(jié)，分為板前接線與板后接線兩種方式；
其配套的接線排結(jié)構(gòu)一般為擴(kuò)展式，如需要可在訂貨時注明后廠家會隨產(chǎn)品一起配發(fā)。
用戶需要檢修或更換斷路器時，首先需分?jǐn)嗌弦患墧嗦菲?，再將電纜或接線排從斷路器的固定螺桿拆卸后方可維修或更換斷路器；
固定式安裝方式對于更換斷路器時操作有點麻煩，但價格相對實惠。
2.插拔式安裝方式
插拔式安裝方式是指由插入式安裝底座和可移動本體兩部分組成，類似插座和插頭結(jié)構(gòu)。
底座由螺釘固定在配電柜內(nèi)橫梁上，進(jìn)出線電纜（母排）直接連接在固定好的底座上。
底座進(jìn)出相觸頭上均有一個可供導(dǎo)電桿插拔的觸頭裝置，該觸頭裝置一般是由導(dǎo)電桿、接觸片和彈簧、支持件等組成；
觸頭內(nèi)的導(dǎo)電桿四周均勻開設(shè)有定位槽，接觸片均勻包裹在定位槽內(nèi)；
接觸片需穩(wěn)定可靠的固定在導(dǎo)電桿上，接觸片的中間設(shè)置有定位孔，支持件的外邊緣設(shè)置有多個支撐腳；
支撐腳卡裝在定位孔內(nèi)，外圈的接觸片成圓狀包裹在導(dǎo)電桿的四周，接觸片的上下兩端包裹有彈簧。
其配套的另一部分插拔導(dǎo)電柱用螺桿固定在斷路器背面即可。
需要插入時，將可移動本體背面的導(dǎo)電柱對準(zhǔn)底座上的插孔用力推入即可；
為保證插入后不會因斷路器正常合分出現(xiàn)松動，可用螺桿穿過斷路器安裝孔后固定在底座上。
需要檢修或更換斷路器時，斷路器只需處于分閘狀態(tài)，松開固定螺桿后用力將可移動本體直接從固定底座上拔下來即可。
這個插入與拔出過程一般不需要使用特殊的專用工具，也不需要拆卸進(jìn)出線電纜或母排。
因插拔式斷路器是直接插拔，比較費(fèi)力，一般應(yīng)用時的額定電流都不會太大，使用時需要特別注意，接觸的可靠性將直接影響斷路器的正常使用。
因此，安裝時需檢查觸頭是否壓緊，接觸是否可靠，以減小接觸電阻來提高產(chǎn)品可靠性。
相對于固定式安裝方式來說，小電流規(guī)格塑殼斷路器用插拔式安裝方式確實也能給用戶更換維修時帶來方便。
3.抽出式安裝方式
抽出式斷路器的結(jié)構(gòu)：
抽出式裝置與插拔式裝置原理類似，也是由固定安裝底座和可抽出式斷路器本體兩部分組成。
但是抽出式裝置結(jié)構(gòu)比插入式裝置要復(fù)雜多，因其采用杠桿原理，故抽出式斷路器的電流規(guī)格可以更大；
操作員只需很小力量即能完成更換大規(guī)格電流斷路器的更換操作，大大減輕因斷路器維修或更換帶來的勞動強(qiáng)度。
斷路器本體背面跟插入式一樣先將附件袋中的導(dǎo)電主觸頭用螺桿固定在斷路器背面；
其斷路器左右兩面還需安裝上傳動用支架，下文針對抽出式安裝方式的工作方式及應(yīng)用詳細(xì)說明。
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