淺析變壓器及低壓側(cè)出線開關(guān)選型、保護設(shè)定值

雷平

摘要：根據(jù)實際工程需要選用變壓器及低壓開關(guān)柜，同時考慮經(jīng)濟性，合規(guī)性。因此在項目設(shè)計過程中要考慮變壓器選型，變壓器低壓側(cè)出線開關(guān)電流的計算、配置，按照長延時、短延時和瞬時保護來選擇進線開關(guān)，同時考慮上下極差配合問題。

關(guān)鍵詞：變壓器出線開關(guān);框架電路器;長延時、短延時、瞬時保護

1.引言

在不同等級電壓的變電所中，會使用各種與電壓等級相適應(yīng)的電氣設(shè)備，如110kV開關(guān)站，110/35kV變壓器，35kV開關(guān)柜，35/10kV變壓器，10kV中壓開關(guān)柜，10/0.4kV變壓器，低壓開關(guān)柜等，這些電氣設(shè)備的任務(wù)是保證整體電力系統(tǒng)安全、可靠的運行，我們在選擇電氣設(shè)備時，必須考慮電力系統(tǒng)在正常運行和故障狀態(tài)下的工作情況，根據(jù)電氣設(shè)備在整個電力系統(tǒng)中所處的地位和任務(wù)來確定他們的電氣參數(shù)。電氣設(shè)備選擇的總體原則是保證安全、可靠工作的前提下，適當?shù)牧粲性６?，力求在滿足規(guī)范的基礎(chǔ)上，盡量在經(jīng)濟上進行節(jié)約，本文將結(jié)合工程實例，闡述變壓器及低壓側(cè)開關(guān)選型與配置合理性。

1.1變壓器的選型

以西里西亞年產(chǎn)3000噸食用液體香精項目設(shè)計過程中變壓器選型進行淺談，由于本項目工藝提供的用電設(shè)備的負荷等級為三級負荷，并且當?shù)毓╇姴糠种惶峁┝艘宦?0kV供電電源。因此為了滿足一級負荷應(yīng)由雙重電源供電的要求，本項目采用市電作為主要供電電源，柴油機組作為備用電源，當市電失壓或者故障后，要求30秒內(nèi)自啟動柴油發(fā)電機組，為項目內(nèi)主要用電負荷提供電源，下面著重闡述10/0.4kV變壓器選型，項目內(nèi)用電負荷見表1.

本項目采用高壓計量低壓補償方式，要求功率因數(shù)cosφ≥0.9，無功補償480kvar，故補償后的無功功率Qjs2=560.83kvar，有功功率同時系數(shù)=0.92，無功功率同時系數(shù)=0.93。

故視在功率Sjs1== 1312.52kVA

根據(jù)《工業(yè)與民用供配電設(shè)計手冊》（第四版）要求變壓器容量應(yīng)根據(jù)計算負荷選擇，變壓器的長期負荷率不宜大于85%，按照75%～85%選擇變壓器是經(jīng)濟地，安全可靠地，因此本項目變壓器選用干式變壓器，與低壓進線柜并排布置，變壓器容量選用1600kVA 10/0.4kV雙繞組變壓器，聯(lián)接組別：dyn11 短路阻抗電壓 6%，變壓器滿負荷負載率為82%。

1.2變壓器低壓側(cè)出線端框架斷路器選型

西里西亞年產(chǎn)3000噸食用液體香精項目一期用電負荷經(jīng)過計算得知視在功率Sjs1=1312.52kVA，因此選用額定容量為1600kVA的干式變壓器，與低壓進線柜并排布置。

1.2.1框架斷路器長延時過負荷保護設(shè)定

依據(jù)《低壓配電設(shè)計規(guī)范》（GB50054-2011）第6.3.3條規(guī)定：過負荷保護電器的動作特性，應(yīng)滿足下列公式的要求：

式中In-熔斷器熔體額定電流或斷路器額定電流或整定電流（A）;

Iz-導(dǎo)體允許持續(xù)載流量（A）;

I2-保證保護電器可靠動作的電流（A）。當保護電器為斷路器時，I2為約定時間內(nèi)的約定動作電流，當為熔斷器時，I2為約定時間內(nèi)的約定熔斷電流，I2由產(chǎn)品標準規(guī)定或由制造廠給出。

IB-回路計算電流（A）

Iset1-長延時過電流脫扣器整定電流（A）

當如果按照廠區(qū)一期項目正常工作時負荷回路計算電流：

本項目一期工作時低壓開關(guān)柜總進線開關(guān)選用框架斷路器，額定電流選取In=2500A，長延時電子脫扣器整定電流Iset1 =0.8xIn =2000A設(shè)定，滿足IB≤Iset1，電子脫扣器約定動作時間tset1=15秒動作。

1.2.2框架斷路器短延時脫扣器保護設(shè)定

在設(shè)計時，考慮第二級低壓母線短路時，即電機端母線短路時，電機端上級斷路器脫扣器選用瞬時脫口器保護，瞬時脫口器電流?I set3=1600A，瞬時動作保護時間tset3=0秒，能快速地切斷短路故障點，防止事故發(fā)生;總進線開關(guān)采用短延時脫扣器保護設(shè)定，如果電機上端口斷路器出現(xiàn)故障情況下不能有效地快速地為切斷短路故障點，這是總進線開關(guān)應(yīng)采用定時限短延時保護動作時間tset2=0.3秒來切斷短路故障點，有時時間非常短，同樣能防止事故發(fā)生，因此總進線開關(guān)設(shè)置定時限短延時保護非常有必要性的。

總斷路器采用定時限短延時保護，斷路器電子脫扣器的整定電流應(yīng)能躲過短時間出現(xiàn)的負荷尖峰電流，即

式中Iset2-定時限過電流脫扣器的整定電流，A;

Kset2-低壓斷路器定時限過電流脫扣器的可靠系數(shù)，可取1.2;

IstM1-線路中最大一臺電動機的啟動電流，A;

IC（n-1）-除啟動電流最大的一臺電動機以外的線路計算電流，A。

甲類生產(chǎn)車間內(nèi)裝機容量624.30kW，其中循環(huán)水泵額定功率Pe =70kW，直接啟動方式，計算循環(huán)水泵額定計算電流 Ij：

式中Ijs-環(huán)水泵額定計算電流，A;

Pe-循環(huán)水泵額定功率，kW;

Ue –循環(huán)水泵額定工作時線電壓，380V;

cosφ-功率因數(shù)，一般取0.8。

由于循環(huán)水泵（P-101）采用直接啟動方式，設(shè)計按照額定電流7倍率選取啟動電流。所以循環(huán)水泵啟動電流IstM1=7.0*132.6=928.2A根據(jù)上述公式可以計算短延時保護電流值Iset2：

在設(shè)計時也可根據(jù)長延時過電流脫扣器整定電流Iset1來確定定時限短延時保護電流值Iset2，根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗值可以取值：Iset2=Ks* Iset1，其中Ks取值范圍1.5-10之間，Iset1=2000A，因此按照這個公式計算來看：3840A

上兩式中Km（2），Km（1）–分別為兩相短路和單相短路時的靈敏度，一般取1.5;

Id（2），Id（1）– 電動機端部或車間母線上的兩相和單相短路電流（A），根據(jù)ETAP計算Id（3）=32.05kA，得

Iset1 –定時限過電流脫扣器的整定電流（A）。

根據(jù)斷路器脫扣器整定電流的靈敏度計算結(jié)果可知，定時

限短延時保護電流值Iset2=6000A是可行的，因此設(shè)計時，定時限短延

時保護動作時間tset2=0.3秒。

1.2.3框架斷路器瞬時脫扣器設(shè)定

在設(shè)計時，考慮第一級低壓母線短路時，總進線開關(guān)采取反時限瞬時保護，瞬時切斷短路故障點，有效地嚴防二次事故發(fā)生。

總進線開關(guān)電子脫扣器的瞬時過流脫扣器的整定電流，應(yīng)能躲過配電線路的尖峰電流，即Iset3≥Kset3 *[IstM2+ IC（n-1）]

式中Iset3-總進線開關(guān)瞬時脫扣電流整定值，A;

Kset3-低壓斷路器瞬時脫扣的可靠系數(shù)，考慮電動機啟動電流誤差、負荷計算誤差和開關(guān)瞬時動作電流誤差，可取1.2;

IstM2-線路中啟動電流最大一臺電動機的全啟動電流，A。它包括周期分量和非周期分量，其值為電動機啟動電流IstM1的1.7倍，其中1.7是計入了非周期分量因素。

IC（n-1）-除啟動電流最大的一臺電動機以外的線路計算電流，A。

選擇型自動開關(guān)瞬時脫扣電流整定值Iset3，不僅要躲過被保護線路正常的尖峰電流，而且要滿足被保護線路各級極差配合靈動性要求，即大于或等于下一級開關(guān)瞬時動作電流整定值的1.2倍，還需要躲過下一級開關(guān)所需要保護線路故障時短路電流。

如果非選擇型自動開關(guān)瞬時脫扣電流整定值，只要躲過回路的尖峰電流即可，而且應(yīng)盡可能整定的小一些，本項目設(shè)計過程中選用的是選擇型開關(guān)瞬時脫扣電流，因此可以得出：

在設(shè)計時需要驗證一下取值是否合理，下級斷路器最大選用框架式斷路器630A，其瞬時脫扣器電流選型Iset3B=6300A，那么總進線開關(guān)電子脫扣器瞬時脫扣電流：

結(jié)合上兩式計算，可以選取Iset3=9600A比較合適，瞬時脫扣器動作時間設(shè)定為tset3=0秒，設(shè)定完參數(shù)后需要校驗一下電子脫扣器瞬時脫扣電流選值是否合理，需要通過主母線發(fā)生單相接地、兩相短路及三相短路情況下驗證。

（1）當主母線發(fā)生單相接地時，Id（1）=16.03kA，斷路器瞬時脫扣電流Iset3=9600A≤Id（1）可以瞬時脫扣，防止事故發(fā)生;

（2）當主母線發(fā)生兩相短路時，Id（2）=27.76kA，斷路器瞬時脫扣電流Iset3=9600A≤Id（2）可以瞬時脫扣，防止事故發(fā)生;

（3）當主母線發(fā)生最嚴重三相短路時，Id（3）=32.05kA，斷路器瞬時脫扣電流Iset3=9600A≤Id（3）可以瞬時脫扣，防止最嚴重事故發(fā)生。

1.3總結(jié)篇

在石油化工企業(yè)工廠設(shè)計過程中，作為設(shè)計者應(yīng)該合理選擇變壓器容量，既能滿足設(shè)計負荷需求，還要考慮預(yù)期負荷需求;同時考慮節(jié)約初期投入成本，運行時經(jīng)濟效益等。

合理選定滿足使用要求的變壓器后，首先根據(jù)設(shè)計用電負荷，以及預(yù)期負荷，合理選擇進線總開關(guān)，即框架斷路器框架（ACB）斷路器殼體電流;然后選擇電子脫扣器，已經(jīng)負荷計算設(shè)定長延時參數(shù)、短延時、和瞬時脫扣電流的設(shè)定;接下來校驗靈敏度來檢驗設(shè)定參數(shù)合理性，最后根據(jù)ETAP軟件校驗一下上下極差配合協(xié)調(diào)性是否滿足要求。

參考文獻：

[1]《鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計手冊》 冶金工業(yè)出版社

[2]《工業(yè)與民用供配電設(shè)計手冊》 第四版 中國電力出版社

[3]《低壓配電設(shè)計規(guī)范》 GB50054-2011 中國計劃出版社

[4]《中小型變電所實用設(shè)計手冊》中國水利水電出版社

[5]《電力工程電氣設(shè)計手冊》中國電力出版社