雷平

摘要：根據(jù)實(shí)際工程需要選用變壓器及低壓開(kāi)關(guān)柜，同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)性，合規(guī)性。因此在項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中要考慮變壓器選型，變壓器低壓側(cè)出線開(kāi)關(guān)電流的計(jì)算、配置，按照長(zhǎng)延時(shí)、短延時(shí)和瞬時(shí)保護(hù)來(lái)選擇進(jìn)線開(kāi)關(guān)，同時(shí)考慮上下極差配合問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：變壓器出線開(kāi)關(guān);框架電路器;長(zhǎng)延時(shí)、短延時(shí)、瞬時(shí)保護(hù)

1.引言

在不同等級(jí)電壓的變電所中，會(huì)使用各種與電壓等級(jí)相適應(yīng)的電氣設(shè)備，如110kV開(kāi)關(guān)站，110/35kV變壓器，35kV開(kāi)關(guān)柜，35/10kV變壓器，10kV中壓開(kāi)關(guān)柜，10/0.4kV變壓器，低壓開(kāi)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(yùn)行，我們?cè)谶x擇電氣設(shè)備時(shí)，必須考慮電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行和故障狀態(tài)下的工作情況，根據(jù)電氣設(shè)備在整個(gè)電力系統(tǒng)中所處的地位和任務(wù)來(lái)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(dāng)?shù)牧粲性６?，力求在滿足規(guī)范的基礎(chǔ)上，盡量在經(jīng)濟(jì)上進(jìn)行節(jié)約，本文將結(jié)合工程實(shí)例，闡述變壓器及低壓側(cè)開(kāi)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(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中變壓器選型進(jìn)行淺談，由于本項(xiàng)目工藝提供的用電設(shè)備的負(fù)荷等級(jí)為三級(jí)負(fù)荷，并且當(dāng)?shù)毓╇姴糠种惶峁┝艘宦?0kV供電電源。因此為了滿足一級(jí)負(fù)荷應(yīng)由雙重電源供電的要求，本項(xiàng)目采用市電作為主要供電電源，柴油機(jī)組作為備用電源，當(dāng)市電失壓或者故障后，要求30秒內(nèi)自啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組，為項(xiàng)目?jī)?nèi)主要用電負(fù)荷提供電源，下面著重闡述10/0.4kV變壓器選型，項(xiàng)目?jī)?nèi)用電負(fù)荷見(jiàn)表1.

本項(xiàng)目采用高壓計(jì)量低壓補(bǔ)償方式，要求功率因數(shù)cosφ≥0.9，無(wú)功補(bǔ)償480kvar，故補(bǔ)償后的無(wú)功功率Qjs2=560.83kvar，有功功率同時(shí)系數(shù)=0.92，無(wú)功功率同時(shí)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(jì)手冊(cè)》（第四版）要求變壓器容量應(yīng)根據(jù)計(jì)算負(fù)荷選擇，變壓器的長(zhǎng)期負(fù)荷率不宜大于85%，按照75%～85%選擇變壓器是經(jīng)濟(jì)地，安全可靠地，因此本項(xiàng)目變壓器選用干式變壓器，與低壓進(jìn)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(fù)荷負(fù)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(xiàng)目一期用電負(fù)荷經(jīng)過(guò)計(jì)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(jìn)線柜并排布置。

1.2.1框架斷路器長(zhǎng)延時(shí)過(guò)負(fù)荷保護(hù)設(shè)定

依據(jù)《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50054-2011）第6.3.3條規(guī)定：過(guò)負(fù)荷保護(hù)電器的動(dòng)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(hù)電器可靠動(dòng)作的電流（A）。當(dāng)保護(hù)電器為斷路器時(shí)，I2為約定時(shí)間內(nèi)的約定動(dòng)作電流，當(dāng)為熔斷器時(shí)，I2為約定時(shí)間內(nèi)的約定熔斷電流，I2由產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定或由制造廠給出。

IB-回路計(jì)算電流（A）

Iset1-長(zhǎng)延時(shí)過(guò)電流脫扣器整定電流（A）

當(dāng)如果按照廠區(qū)一期項(xiàng)目正常工作時(shí)負(fù)荷回路計(jì)算電流：

本項(xiàng)目一期工作時(shí)低壓開(kāi)關(guān)柜總進(jìn)線開(kāi)關(guān)選用框架斷路器，額定電流選取In=2500A，長(zhǎng)延時(shí)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(dòng)作時(shí)間tset1=15秒動(dòng)作。

1.2.2框架斷路器短延時(shí)脫扣器保護(hù)設(shè)定

在設(shè)計(jì)時(shí)，考慮第二級(jí)低壓母線短路時(shí)，即電機(jī)端母線短路時(shí)，電機(jī)端上級(jí)斷路器脫扣器選用瞬時(shí)脫口器保護(hù)，瞬時(shí)脫口器電流?I set3=1600A，瞬時(shí)動(dòng)作保護(hù)時(shí)間tset3=0秒，能快速地切斷短路故障點(diǎn)，防止事故發(fā)生;總進(jìn)線開(kāi)關(guān)采用短延時(shí)脫扣器保護(hù)設(shè)定，如果電機(jī)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(diǎn)，這是總進(jìn)線開(kāi)關(guān)應(yīng)采用定時(shí)限短延時(shí)保護(hù)動(dòng)作時(shí)間tset2=0.3秒來(lái)切斷短路故障點(diǎn)，有時(shí)時(shí)間非常短，同樣能防止事故發(fā)生，因此總進(jìn)線開(kāi)關(guān)設(shè)置定時(shí)限短延時(shí)保護(hù)非常有必要性的。

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

式中Iset2-定時(shí)限過(guò)電流脫扣器的整定電流，A;

Kset2-低壓斷路器定時(shí)限過(guò)電流脫扣器的可靠系數(shù)，可取1.2;

IstM1-線路中最大一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流，A;

IC（n-1）-除啟動(dòng)電流最大的一臺(tái)電動(dòng)機(jī)以外的線路計(jì)算電流，A。

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

式中Ijs-環(huán)水泵額定計(jì)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(shí)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(dòng)方式，設(shè)計(jì)按照額定電流7倍率選取啟動(dòng)電流。所以循環(huán)水泵啟動(dòng)電流IstM1=7.0*132.6=928.2A根據(jù)上述公式可以計(jì)算短延時(shí)保護(hù)電流值Iset2：

在設(shè)計(jì)時(shí)也可根據(jù)長(zhǎng)延時(shí)過(guò)電流脫扣器整定電流Iset1來(lái)確定定時(shí)限短延時(shí)保護(hù)電流值Iset2，根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)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(gè)公式計(jì)算來(lái)看：3840A

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

Id（2），Id（1）– 電動(dòng)機(jī)端部或車間母線上的兩相和單相短路電流（A），根據(jù)ETAP計(jì)算Id（3）=32.05kA，得

Iset1 –定時(shí)限過(guò)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(jì)算結(jié)果可知，定時(shí)

限短延時(shí)保護(hù)電流值Iset2=6000A是可行的，因此設(shè)計(jì)時(shí)，定時(shí)限短延

時(shí)保護(hù)動(dòng)作時(shí)間tset2=0.3秒。

1.2.3框架斷路器瞬時(shí)脫扣器設(shè)定

在設(shè)計(jì)時(shí)，考慮第一級(jí)低壓母線短路時(shí)，總進(jìn)線開(kāi)關(guān)采取反時(shí)限瞬時(shí)保護(hù)，瞬時(shí)切斷短路故障點(diǎn)，有效地嚴(yán)防二次事故發(fā)生。

總進(jìn)線開(kāi)關(guān)電子脫扣器的瞬時(shí)過(guò)流脫扣器的整定電流，應(yīng)能躲過(guò)配電線路的尖峰電流，即Iset3≥Kset3 *[IstM2+ IC（n-1）]

式中Iset3-總進(jìn)線開(kāi)關(guān)瞬時(shí)脫扣電流整定值，A;

Kset3-低壓斷路器瞬時(shí)脫扣的可靠系數(shù)，考慮電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流誤差、負(fù)荷計(jì)算誤差和開(kāi)關(guān)瞬時(shí)動(dòng)作電流誤差，可取1.2;

IstM2-線路中啟動(dòng)電流最大一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的全啟動(dòng)電流，A。它包括周期分量和非周期分量，其值為電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流IstM1的1.7倍，其中1.7是計(jì)入了非周期分量因素。

IC（n-1）-除啟動(dòng)電流最大的一臺(tái)電動(dòng)機(jī)以外的線路計(jì)算電流，A。

選擇型自動(dòng)開(kāi)關(guān)瞬時(shí)脫扣電流整定值Iset3，不僅要躲過(guò)被保護(hù)線路正常的尖峰電流，而且要滿足被保護(hù)線路各級(jí)極差配合靈動(dòng)性要求，即大于或等于下一級(jí)開(kāi)關(guān)瞬時(shí)動(dòng)作電流整定值的1.2倍，還需要躲過(guò)下一級(jí)開(kāi)關(guān)所需要保護(hù)線路故障時(shí)短路電流。

如果非選擇型自動(dòng)開(kāi)關(guān)瞬時(shí)脫扣電流整定值，只要躲過(guò)回路的尖峰電流即可，而且應(yīng)盡可能整定的小一些，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中選用的是選擇型開(kāi)關(guān)瞬時(shí)脫扣電流，因此可以得出：

在設(shè)計(jì)時(shí)需要驗(yàn)證一下取值是否合理，下級(jí)斷路器最大選用框架式斷路器630A，其瞬時(shí)脫扣器電流選型Iset3B=6300A，那么總進(jìn)線開(kāi)關(guān)電子脫扣器瞬時(shí)脫扣電流：

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

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

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

（3）當(dāng)主母線發(fā)生最嚴(yán)重三相短路時(shí)，Id（3）=32.05kA，斷路器瞬時(shí)脫扣電流Iset3=9600A≤Id（3）可以瞬時(shí)脫扣，防止最嚴(yán)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(jì)過(guò)程中，作為設(shè)計(jì)者應(yīng)該合理選擇變壓器容量，既能滿足設(shè)計(jì)負(fù)荷需求，還要考慮預(yù)期負(fù)荷需求;同時(shí)考慮節(jié)約初期投入成本，運(yùn)行時(shí)經(jīng)濟(jì)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(jì)用電負(fù)荷，以及預(yù)期負(fù)荷，合理選擇進(jìn)線總開(kāi)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(fù)荷計(jì)算設(shè)定長(zhǎng)延時(shí)參數(shù)、短延時(shí)、和瞬時(shí)脫扣電流的設(shè)定;接下來(lái)校驗(yàn)靈敏度來(lái)檢驗(yàn)設(shè)定參數(shù)合理性，最后根據(jù)ETAP軟件校驗(yàn)一下上下極差配合協(xié)調(diào)性是否滿足要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]《鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計(jì)手冊(cè)》 冶金工業(yè)出版社

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

[3]《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB50054-2011 中國(guó)計(jì)劃出版社

[4]《中小型變電所實(shí)用設(shè)計(jì)手冊(cè)》中國(guó)水利水電出版社

[5]《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)》中國(guó)電力出版社