李 博

（深圳市地鐵集團(tuán)有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引言

深圳地鐵已建成運(yùn)行5條線路78個(gè)車站，三期在建7、9、11號(hào)線計(jì)107公里68個(gè)車站。地鐵車站低壓配電系統(tǒng)為單母線分段運(yùn)行，配線結(jié)構(gòu)以放射式為主，少量樹(shù)干式。前5條線低壓電器開(kāi)關(guān)全部使用斷路器，而三期設(shè)計(jì)時(shí)除使用斷路器外，部分位置處改用負(fù)荷開(kāi)關(guān)。

下面首先對(duì)負(fù)荷開(kāi)關(guān)（熔斷器式）和斷路器進(jìn)行分析比較，再闡述三期設(shè)計(jì)采用負(fù)荷開(kāi)關(guān)的原因，供同行借鑒。

1 負(fù)荷開(kāi)關(guān)

結(jié)構(gòu)組成：絕緣底座、夾座（靜觸頭）、閘刀（動(dòng)觸頭）、熔斷器、操作杠桿、滅弧裝置

用途：不頻繁地手動(dòng)接通和分?jǐn)嗾Ｘ?fù)載電流，并在短路情況下由熔斷器分?jǐn)喙收舷嚯娏鳌?/p>

特點(diǎn)分析：

·結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，刀臂動(dòng)作直接、故障隱患少。

·各組成零部件直接可視，易發(fā)現(xiàn)異?；蚬收羡E象。

·動(dòng)、靜刀口分開(kāi)時(shí)具有明顯可見(jiàn)的斷開(kāi)點(diǎn)，間距滿足IEC隔離器的電氣間隙要求，可用于檢修隔離。

·帶有簡(jiǎn)單滅弧裝置，具備一定滅弧能力，可以分合額定負(fù)載電流，而不用擔(dān)心如隔離開(kāi)關(guān)的帶負(fù)荷分合閘的誤操作風(fēng)險(xiǎn)。

·短路耐受電流指標(biāo)高，開(kāi)關(guān)自身動(dòng)、熱穩(wěn)定性非常好。

·具兩段保護(hù)（反時(shí)限過(guò)載和瞬動(dòng)短路保護(hù)），但保護(hù)特性曲線不可調(diào)。

·保護(hù)動(dòng)作時(shí)三相熔斷器不能同步分?jǐn)啵自斐韶?fù)載缺相，需額外配置相序保護(hù)。

2 斷路器

結(jié)構(gòu)組成：殼體、觸頭、機(jī)械三連桿、脫扣器、滅弧室

用途：可手動(dòng)不頻繁分合負(fù)載回路，線路故障時(shí)因保護(hù)（過(guò)載、短路、欠壓等）自動(dòng)分閘切除故障線路。

特點(diǎn)分析：

·高短路電流分?jǐn)嗄芰?，由觸頭機(jī)械分離實(shí)現(xiàn)分?jǐn)喽搪冯娏?，但是短路耐受電流較負(fù)荷開(kāi)關(guān)低，目的是分?jǐn)喽搪冯娏鞫皇浅惺堋?/p>

·有多段保護(hù)，保護(hù)功能遠(yuǎn)優(yōu)于負(fù)荷開(kāi)關(guān)。保護(hù)啟動(dòng)后可以自動(dòng)脫扣分閘和發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

·保護(hù)曲線可微調(diào)或自行設(shè)置，上下級(jí)保護(hù)好配合，較易實(shí)現(xiàn)選擇性。

·滅弧設(shè)計(jì)完善，分?jǐn)嘭?fù)載電流時(shí)熄弧快。

·分合閘有彈簧加速，過(guò)程時(shí)間短，因此拉弧小，更易分合大負(fù)載電流。

·機(jī)械連桿關(guān)節(jié)多，除分、合位外還多出一個(gè)脫扣位，機(jī)械可靠性較不如負(fù)荷開(kāi)關(guān)。

·結(jié)構(gòu)密閉、緊湊，但組成部件完全隱藏不可視，因此維修較負(fù)荷開(kāi)關(guān)復(fù)雜。

3 應(yīng)用對(duì)比分析

對(duì)比負(fù)荷開(kāi)關(guān)和斷路器特點(diǎn)，可以總結(jié)出兩者的功能特點(diǎn)是迥異的。負(fù)荷開(kāi)關(guān)最大特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重在有明顯線路斷開(kāi)點(diǎn)，你看到開(kāi)關(guān)分閘了，那它就一定分?jǐn)嗔恕６鴶嗦菲髦荒芸吹介_(kāi)關(guān)外部手柄分閘了，但有可能因斷路器內(nèi)部故障而實(shí)際觸頭并沒(méi)有分離，此時(shí)如果檢修下端設(shè)備就有可能觸電。斷路器最大優(yōu)勢(shì)在于保護(hù)性能強(qiáng)大，重在應(yīng)對(duì)故障時(shí)自動(dòng)切除故障線路，其突出目的是為了線路保護(hù)。因此，盡管兩者都能分合電路，但并不能互相替代任意選擇。線路設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員要先決定是需要安全隔離還是首要切除故障負(fù)載，之后就能明確是用負(fù)荷開(kāi)關(guān)還是斷路器。國(guó)內(nèi)八十年代后斷路器發(fā)展迅速，特別是梅蘭日蘭微斷，如此小體積而又高性能指標(biāo)的開(kāi)關(guān)電器，令不少設(shè)計(jì)院電氣設(shè)計(jì)人員眼前一亮，認(rèn)為斷路器是先進(jìn)的產(chǎn)品，應(yīng)該替代落后的負(fù)荷開(kāi)關(guān)，結(jié)果是斷路器一度風(fēng)靡天下迅速取代了飽受詬病的HK膠蓋負(fù)荷開(kāi)關(guān)，其后九十年代建筑電氣設(shè)計(jì)中幾乎已看不到負(fù)荷開(kāi)關(guān)、熔斷器等類別的產(chǎn)品，而是清一色的各式斷路器。深圳地鐵一、二期車站低壓配電就全部采用了斷路器（包括框架式、塑殼式和微型斷路器）。反觀國(guó)外，斷路器技術(shù)的發(fā)源地歐洲，熔斷器組、刀開(kāi)關(guān)至今仍占據(jù)過(guò)半江山，并沒(méi)有被斷路器替代。由于回路分配適應(yīng)設(shè)備房間分布的需要，全部采用斷路器后車站配電實(shí)際超過(guò)了三級(jí)保護(hù)，參數(shù)整定上已做不到選擇性，造成上下級(jí)甚至三級(jí)同時(shí)跳閘，既擴(kuò)大停電范圍也迷惑故障查找。其二，檢修時(shí)又缺少電源隔離斷開(kāi)點(diǎn)，運(yùn)營(yíng)反映在末級(jí)檢修時(shí)往往要在變電所低壓柜抽屜處斷電并留人看守，期間要通過(guò)對(duì)講通訊協(xié)調(diào)確認(rèn)和送電測(cè)試，作業(yè)效率極低。為此，深圳地鐵三期工程對(duì)車站斷路器的使用進(jìn)行了專題研討。分析地鐵車站配電系統(tǒng)，為了供電的可靠性，基本上采用了星形配線結(jié)構(gòu)，只有少數(shù)回路如檢修插座箱采用的是樹(shù)干式配電。對(duì)于星形回路，低壓柜饋出選擇斷路器，在二級(jí)配電箱進(jìn)線處采用負(fù)荷開(kāi)關(guān)，配電箱饋出至設(shè)備采用斷路器，這樣配電箱饋出斷路器承擔(dān)負(fù)載設(shè)備的保護(hù)，低壓柜饋出斷路器承擔(dān)線路的保護(hù)，配電箱負(fù)荷開(kāi)關(guān)提供設(shè)備檢修所需的停電斷開(kāi)點(diǎn)。對(duì)于樹(shù)干式回路，分支處仍舊采用斷路器以把故障限制在分支點(diǎn)以下，任一分支檢修時(shí)主干線停電。由于樹(shù)干式結(jié)構(gòu)本身對(duì)供電可靠性要求低，對(duì)于很少同時(shí)使用的檢修電源如此設(shè)計(jì)也是完全可以接受的。深圳地鐵三期7、9、10號(hào)線即按此原則落實(shí)車站配電設(shè)計(jì)。

4 負(fù)荷開(kāi)關(guān)選型

首先，開(kāi)關(guān)額定電壓與所在回路額定電壓相適應(yīng)，還應(yīng)考慮正常工作時(shí)可能出現(xiàn)的最高電壓。地鐵車站低壓配電網(wǎng)是交流220380V，考慮夜間停運(yùn)期間網(wǎng)壓升高，選用國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)普通500V產(chǎn)品即可。

其次，開(kāi)關(guān)的額定電流應(yīng)大于回路總負(fù)載的額定電流，且要避開(kāi)電動(dòng)機(jī)正常起動(dòng)電流的熱效應(yīng)。建議按回路額定電流的3-4倍選擇，側(cè)重于熔斷器做為斷路器的短路后備保護(hù)而熔斷器的過(guò)載保護(hù)效果不如斷路器，所以過(guò)載保護(hù)以相鄰斷路器承擔(dān)優(yōu)先。

之后，進(jìn)行短路校驗(yàn)，負(fù)荷開(kāi)關(guān)的動(dòng)穩(wěn)定電流、熱穩(wěn)定電流應(yīng)大于安裝點(diǎn)預(yù)期的三相短路電流峰值。

再后，設(shè)計(jì)人員需選擇確定負(fù)荷開(kāi)關(guān)的操作形式。根據(jù)安裝位置空間條件，選擇前或側(cè)面操作、有無(wú)輔助杠桿，以便后續(xù)確定配電箱尺寸和布線。帶輔助杠桿可以減少操作時(shí)人員觸碰電弧的風(fēng)險(xiǎn)，安全性較好。地鐵車站及區(qū)間環(huán)境潮濕多粉塵，應(yīng)該使用安全性更好的輔助操作杠桿，在箱門關(guān)閉時(shí)進(jìn)行分合閘操作，特別是在分?jǐn)嘭?fù)荷電流時(shí)。國(guó)內(nèi)負(fù)荷開(kāi)關(guān)生產(chǎn)歷史并不短，20世紀(jì)80年代前應(yīng)用非常廣泛，而且系列眾多。綜合對(duì)比技術(shù)差異和價(jià)格，地鐵車站即使是小負(fù)載也不應(yīng)再選用HK膠蓋負(fù)荷開(kāi)關(guān)。受制于經(jīng)濟(jì)條件，國(guó)內(nèi)80年代前小電流場(chǎng)合普遍使用HK膠蓋負(fù)荷開(kāi)關(guān)，可以說(shuō)是一統(tǒng)天下，其雖也能不頻繁分?jǐn)嘈∝?fù)荷電流，但滅弧能力差、通斷能力差，觸刀夾持力不穩(wěn)定而造成刀柄易松動(dòng)，且無(wú)操作杠桿而需人手近距離貼近操作，起火、傷人案例時(shí)有報(bào)道，實(shí)踐證明安全、可靠性遠(yuǎn)低于其它形式的負(fù)荷開(kāi)關(guān)。推薦使用引進(jìn)歐洲技術(shù)的GGLR型負(fù)荷開(kāi)關(guān)，除性能指標(biāo)上均優(yōu)于國(guó)內(nèi)的HH、HR系列，在細(xì)節(jié)方面更有較多優(yōu)點(diǎn)，如組件模塊化，體積小，外殼封閉帶觀察窗等等。ABB、施耐德等國(guó)際品牌負(fù)荷開(kāi)關(guān)的主打系列均是此型技術(shù)或基于此型技術(shù)。隨著技術(shù)引進(jìn)國(guó)內(nèi)，當(dāng)前不但已國(guó)產(chǎn)化且正逐步成為國(guó)內(nèi)負(fù)荷開(kāi)關(guān)的主流。地鐵車站可能選用的負(fù)荷開(kāi)關(guān)在此系列中均可以找到相應(yīng)的規(guī)格。深圳地鐵三期車站配電箱負(fù)荷開(kāi)關(guān)全部選擇此系列產(chǎn)品。

5 總結(jié)

車站400V低壓配電雖不必在斷路器前后均配置隔離開(kāi)關(guān)，但應(yīng)重視和擴(kuò)大負(fù)荷開(kāi)關(guān)的使用，使設(shè)備檢修時(shí)能就近有隔離斷開(kāi)點(diǎn)。過(guò)多級(jí)的保護(hù)并不是就可靠，反而因?yàn)闊o(wú)選擇性而擴(kuò)大影響和增加故障處理難度。本文分析略顯粗糙，僅從使用層面簡(jiǎn)單分析，只是點(diǎn)到并沒(méi)深入，供同行參考。