低压断路器在火电厂低压配电系统中的应用

摘要：在火电厂中，发电机用到的断路器的选择是低压配电系统中一项重要的设计，低压断路器可以对整个电路的回路进行短路保护、过载保护以及控制和隔离等，如果设计得不好，对电路的正常工作有着很大的影响。文章从低压断路器的各个方面进行分析，论述了火电厂发电原理和低压断路器应用要注意的问题，并对其保护整定进行了探讨。

关键词：低压断路器；火电厂；低压配电系统；火力发电；短路保护；过载保护

中图分类号：TM561 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）34-0045-03

1 低压断路器

1.1 低压断路器的选择性

低压断路器的选择和级联保护性是设计低压配电系统时应该注意的重点问题，为了保证电流脱扣器足够的灵敏，一定要对选择和规定低压断路器过流脱扣器额定电流。如果实际的环境的温度和标准的温度值不一样的话，就要以制造商所给的温度值和载流能力修正系数为依据，去对低压断路器的额定电流值进行调整。低压电路器能够对电路进行断路保护、过载保护，起到控制和隔离的作用，在火电厂的配电系统中有重要的应用。低压断路器在配电系统中必须合理地设计和应用，否则将会影响电路的正常供电。所以，低压断路器的选择是保证低压配电系统安全、稳定的重要内容。低压断路器所要求的选择性就是如果配电系统中发生电气故障，有断路器保护的系统，靠近故障点的断路器会发出Qn动作，将故障清除，除此以外的断路器不会发生此动作，为了能将断电范围控制在最小，保证其他地方的供电回路不受干扰。非选择性低压断路器则是指发生电气故障时，所有的断路器均会发生动作，无故障的回路也不能保证正常的供电。低压配电器使供电回路有连续性，给用户带来方便，其选择性在低压配电系统中举足轻重。

选择性低压断路器的保护分为两种：两段保护，三段保护。在发生短路时，其瞬时特性和短延时性就发挥作用，而长延时性则是多用于过载保护。对于非选择性低压断路器而言，其多为瞬时动作，一般都只用来做短路保护，而其长延时动作一般都用于负荷保护。在低压配电系统中，若上一级断路器用的是选择性断路器，那么下一级可能同为选择性断路器，也可能为非选择性断路器。这主要的依据是短延时脱扣器的延时动作和其延时时间的不一样，从而得到选择性。获得上一级的延时动作时，需要注意：（1）不管下一级是什么样的断路器，选择性还是非选择性，下一级断路器出线端的最大三相短路电流都要比上一级断路器的瞬时过电流脱扣器整定电流的1.1倍小；（2）在下一级是非选择性断路器的情况下，通常下一级的瞬时过电流脱扣器要小于上一级断路器的短延时过电流脱扣器的1.2倍。这样是为了避免当下一级断路器所保护的回路发生短路电流时，因为其瞬时动作没有足够的灵敏性，导致上一级短延时过电流脱扣器先发出动作，失去了其选择性；（3）在下一级也是选择习惯断路器的情况下，一般上一级的断路器的短延时动作的时间和下一级断路器的短延时动作的时间相比，至少多出0.1秒；（4）通常情况下，上一级的断路器适合选择短延时的过流脱扣器，并且其动作电流要超过下一级过流脱扣器的动作电流一级以上。

1.2 低压断路器的级联保护性

低压配电系统的设计中的低压断路器的上下两级之间在进行选择性配合时，一定要有三个特性，即选择性、快速性和灵敏性，而级联保护性使其对电流进行限制的具体应用，它的主要原理是为了能够降低成本、降低费用。在选择下级断路器时，利用上级的断路器的限流作用，尽量选择分断能力比较弱的断路器。

可以通过上级的限流型断路器来对最大预期短路电流做一个判断，在配电系统中，上下级低压断路器的安装是要串联的，这样发生短路时，下级低压断路器才能根据实际值和预期短路电流的比较进行判断。这就是级联保护，但是其也有一定的条件要求，比如说：在相邻的回路中是不可以有重要负载的，级联数据的测定只能用实验的方法，如何对上下级的低压断电器进行配合选择，这要看低压断路器的制造商提供的数据。

1.3 低压断路器的灵敏度

低压断路器在对电路进行保护时，其灵敏度必须有保证，即使发生最细微的短路故障，断路器也能够产生动作，以确保其瞬时和短延时过流脱扣器能在系统最小运行下进行保护。《低压配电设计规范》中强调低压断路器保护的灵敏度必须在1.3以上，即SP=lK·min/IOP≥1.3，不等式中的IOP是指瞬时或短延时过流脱扣器的动作电流，SP就表示低压断路器的灵敏度，一定要注意对低压断路器的灵敏度的检验，如果选择性断路器既具有短延时，又具有瞬时过电流脱扣器，那么就只需要检验短延时的过电流脱扣器的动作灵敏度，瞬时过电流脱扣器的灵敏度就无需检验了。

2 火电厂配电系统中低压断路器的选择与应用

2.1 低压断路器过流脱口额定电流的选择

线路的计算电流为130，低压断路器的过流脱扣器的额定电流一定不能比计算电流小，也就是IN·OR≥130。

2.2 低压断路器过流脱扣额定电流的整定

首先是瞬时电流脱扣器动作电流的整定，在启动过程中，某些电器设备作为低压断路器的保护对象，在短时间内产生的高峰值电流会高于额定电流数倍，这样低压断路器在短时间内承受的尖峰电流非常大。瞬时过电流脱扣器的动作电流Iop（o）必须超过线路的尖峰电流IPK，即Iop（o）≥Krel·IPK式中Krel为可靠系数，这样才能保证电路的安全。所以，在选择断路器时，为了避免低压断路器发出错误的动作，注意低压断路器的瞬时过电流脱扣器的整定电流一定要躲过尖峰电流。其次是短延时过流脱扣器动作电流和动作时间的整定：同样其也要躲过尖峰电流，即Iops≥Krel·Ipk。

2.3 过流脱扣器的动作电流和被保护线路的配合要求

线路负荷过重或短路可能会导致绝缘线温度过高而受损，严重情况下可以导致失火，低压断电器就会一直跳闸，为了避免这种情况的发生，低压断路器过流脱扣器的动作电流要满足Iop不大于Kol·Ial，其中Ial就是绝缘线缆可以通过的截流量，Kol是负荷系数。endprint

若是这几种情况的配合条件都不能满足，那么脱扣器动作电流就是选择了，也可以将导线适当地加粗，或者是加大电缆线芯的截面积。

3 火电厂配电系统中低压断路器应注意的问题

3.1 注意低压断路器的环境温度

低压断路器是借助热脱扣器来完成过载保护的，一般情况下低压断路器的热脱扣器的额定电流是在30℃的基准温度下，制造商根据IEC898标准制定的。热脱扣器的组成主要是两个金属片，过载电流会在电路发生过载时，通过加热电阻丝将双金属片加热变形甚至是发生弯曲，从而会顶开搭钩，断开低压电路器的触点。低压断路器的热脱扣器和环境温度有着密不可分的关系和影响，低压断路器的额定电流会随着环境温度的变化而变化。通常情况下，低压断路器在配电盘上有序的排列，再把配电盘安装在配电箱内。配电箱有明装和暗装两种方式，和暗装配电箱的散热效果相比，明装配电箱的散热效果明显要更好，这是因为暗装配电箱中的空气不能产生对流，那么它的散热效果就不好，低压断路器的升温使得配电箱内周围的环境的空气温度迅速上升。因此，低压断路器的实际工作温度就会高出首位环境的温度10℃～15℃左右。环境温度不符合校准温度时，一定要对低压断路器的额定电流进行修正，这要依据制造商提供的载流能力和温度修正的系数表。拿C65N/H举个例子，若是单个安装C65N/H低压断路器，周围的环境温度是30℃，而C65N/H的额定电流是20A，某公司的实际工作电流为20A；当C65N/H低压断路器单个安装时，周围的环境温度为40℃，其额定电流是20A，那么其实际工作的电流就会是18.97A；若是低压断路器C65N/H多个一起安装在配电箱内，环境的温度是30℃，低压断路器的额定电流是20A，那么其工作电流就是16A；若是低压断路器C65N/H多个一起安装在配电箱内，环境的温度是40℃，低压断路器的额定电流是20A，那么其工作电流就是15.18A。通过这几条我们可以得出，低压断路器的实际电流是会受环境温度和安装方式的影响的，无论其中哪一个变化了，低压断路器的实际电流都会发生变化。

3.2 注意断路器配出导线界面的选择

导线截面选取的原则就是导线的截流量要超过保护电器的额定电流，但是在实际设计的时候，选取时要考虑两个问题，才能对低压配电线路起到保护作用：

3.2.1 长延时过电流脱扣器脱口电流确定导线截面：要按持续电流截流量超过1.35来选择导线截面。如果选择的持续截流量刚刚超过额定电流的导线，那么就会导致在这段时间内，导线由于超负荷工作而发热，进而影响其使用寿命。

3.2.2 电压损失校验截面：导线的截面是通过脱扣器整定电流来确定的，电压损失可能会因为配电线路过长而变大，那么就有必要加大导线的截面，这样才能满足电压损失的要求。

4 火力发电厂的原理、设备及过程

4.1 原理

利用石油、煤炭、天然气等燃料燃烧时产生的热能来加热水，使水变成能推动发电机发电的高温、高压水蒸气，这种发电的方式就是火力发电，而以煤、石油、天然气这几种燃料发电的厂叫火电厂。

4.2 设备

火力发电以五大系统为基础，包括燃料供给系统、蒸汽系统、电气系统、汽水系统以及冷却系统，同时配有相应的辅助设备。火力发电的关键是提高热效率，直观上就是提高锅炉上显示的蒸汽的压强和温度。20世纪90年代的时候，世界上最好的火电厂的热效率也不过是40%，大行宫热电厂的热能的利用率也只是在60%～70%。但是，火电发电使用的原料造成的污染却是很严重的，渐渐成为人们关注的焦点。

4.3 火力发电的过程

其基本生产流程为：

4.4 火电厂的特点

（1）火电厂的布局很精巧，装机的容量可以根据大小适当地调节；（2）建造火电厂耗费的时间很短，投资也少和水电厂相比，无论是建造时间，还是耗费的资金都是水电厂的一半；（3）火电厂的运营成本比较高，因为火电厂是以燃煤为主，每年发电耗费的煤量占全国煤炭用量的1/4左右，这其中还有运煤的耗费和用水的费用，相对于水电厂来说，成本就要高出三四倍左右；（4）火电厂运行的系统多，所需要的设备就比较复杂繁多，用电量和所需的工作人员比较多，运行费用很高；（5）火电厂燃烧的燃料会造成很大的空气污染和环境污染；（6）汽轮开机和停机的过程消耗时间久，浪费资金，作为调峰电源来用不是很合适。

5 火电厂低压配电系统中断路器的应用与保护鉴定

断路器的保护鉴定：低压电路有一个基本的整定原则，就是机器设备在正常使用或正常启动时，不应该发生保护动作，一旦机器设备不能正常启动或是正常运作过程中出现故障了，在规定时间内，保护动作一定要发生，切断故障，保护整个电路的回路安全。保护在切断故障时，是要有一定的选择性的，实际意思就是说，保护要尽可能地把障碍在靠近故障点的地方就切除，在这个过程中，上一级不应该发生保护动作。

低压断路器的应用恒定有五种特殊的情况：

5.1 变压器低压侧总开关

现在，越来越多的低压断路器被选择用于变压器低压侧总开关，但这些断路器是有其特殊性要求的。低压侧总开关安装的位置一般都在低压配电柜里面，低压配电柜的质量在不断提高，一般低压侧总开关和各支路出线断路器之间是基本上不会发生短路和接地故障的，所以是可以不用设置保护的，短路仅仅是为了起到隔离的作用。但是，有的时候为了安全起见，也会将这个开关设置成长延时，这样就可以对过负电荷起到保护作用。

5.2 低压配电柜进线开关

低压配电柜进线开关类似于变压器低压侧总开关，在其选用低压断路器时，是可以不设置保护的，亦或是只设置过荷保护即可。

5.3 短线路出线断路器

因为线路电缆是比较短的，所以如果按照电缆末端短路对出线断路器的瞬时保护进行整定，就不容易与上一级的断路器的瞬时保护进行配合，这时的舒适保护就达不到选择性的要求，没有发挥保护的作用。发生这种情况时就要根据实际的具体情况，在选择性上做一些相应的改变，一种处理是可以直接就把瞬时保护取消，如果在本线路发生短路故障，那就依靠延时保护动作对故障进行切除或者是参照上一级的瞬时保护值，人为地把本级的瞬时保护值降低，这个时候就可能会加大本级瞬时保护发生错误动作的几率，一般都用在下一级负荷不是很重要的时候。

5.4 照明回路

照明回路中，设备的启动问题是不存在的，照明负荷就相对也会很稳定，那么以下原则进行整定是再合适不过了：

瞬时保护：Idz3=10Ied

短延时保护：Idz2=（3～4）Ied

长延时保护：Idz1=Ied

5.5 电动机启动时间很长

有些电动机启动的时间比较长，短延时保护的时限一般为30～60秒之间，在启动过程中出现短延时保护动作是很容易的，主要就是因为启动的时间太长。同样，这时要根据实际的具体情况，拉长短延时的保护的时限，可能到120秒甚至是更长，这样就能错开发动机的启动时间。

6 结语

低压断路器被广泛地用到火电厂的低压配电系统中，如何对低压断路器进行保护整定一直是专家不断探索和思考的问题。火电厂的低压配电系统采用何种低压断路器进行保护，存在一定的问题。而且，实际情况的不同，也会对保护整定的结果有一定影响，总之，关于低压断路器在火电厂低压配电系统中的应用这一问题还需要进一步研究、总结和完善。

参考文献

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[2] 张纯忆.配电系统中低压断路器的选择和应用[J].建筑电气，2009，（28）.

[3] 苏叔阳.低压断路器在配电系统设计中应注意的问题[J].内蒙古煤炭经济，2008，（3）.

作者简介：李亚军（1982-），男，陕西周至人，神华陕西国华锦界能源有限责任公司工程师，研究方向：火电厂集控运行。endprint