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摘要：变配电室是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，是联系电网和负荷的中间环节，起着变换和分配电能的作用。高低压开关的选型直接关系着变配电房中电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是变配电室电气部分投资大小的决定性因素
关键词 变配电室；高压开关；低压开关；开关选型
Abstract:Variable power distribution room is an important part of power system, it directly influences the whole power system safe and economic operation of the grid and the load, is the intermediate link, plays a role of transformation and distribution of electricity. High and low voltage switch selection directly affects the power transformation and distribution room in the choice of electrical equipment, power distribution device arrangement, relay protection and automatic devices is identified, variable power distribution room electrical part of the investment is the decisive factor of
Key words:Variable power distribution room; switch; low-voltage switch; switch selection
中圖分类号： 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
1.引言
在1O kV 变配电系统中，变配电室作为一个主要的供配电单元，起着非常重要的作用。变配电室主设备的形式种类繁杂，特别是在高低压开关方面尤为突出，而且相互之间的保护配合也不尽合理，给运行管理带来不少困难。近年来，随着国家城乡电网建设的不断深入以及用户对电能质量要求的不断提高，变配电室设备选型已逐步走向规范化。本文就10 kV变配电室高低压开关及电气设备的选择问题谈几点看法。
2. 高压开关
2．1 负荷开关
负荷开关作为仅开断关合工作电流的开关，国内早已开始使用，起初多为产气式和压气式两种，进入2O世纪9O年代后，开始使用SF6及真空负荷开关，目前主要以SF6三工位负荷开关和真空负荷开关为主，因其可靠性高、成本低、免维护，日益受到广大用户的欢迎。
2．2 负荷开关-熔断器组合电器
负荷开关-熔断器组合电器主要用于保护变压器的开关设备。其中的负荷开关只开断和关合工作电流，具有有限的开断能力，而短路保护功能则由熔断器来完成。在负荷开关与熔断器之间存在着一定的过电流区域段，在该区段内，只有负荷开关与熔断器相互协调、正确配合才能真正实现对配电系统的贴切保护。
2．3 断路器
中压断路器作为能开断短路电流的开关，从灭弧介质和绝缘介质类型来看，主要分为SF6断路器和真空断路器两大类。这两类中压断路器采用弹簧操动机构。目前国内有些厂家已经开始了永磁式操动机构的开发，并取得了一定的成果。随着继电保护智能化的发展，断路器保护越来越齐全，但一般使用二段或三段式保护，或带反时限功能的保护。
2．4配电室高压开关柜与变电站出线开关柜的保护配合
从目前国内大多数变电站出线开关的保护装置来看，由于配电网线路较短，配电单元较多，靠电流的整定来实现继电保护的配合根本无法实现，而由变电站不断延长时间来实现保护配合是电力系统绝对不允许的。目前，大多数变电站出线开关的速断跳闸时间均设定为0 S。实际上，开关分断时间约为40~60 ms，继电保护的响应时间约为3O～40 ms，变电站出线开关的全分断时间约在100 ms左右。对于出线为架空线或架空线与电缆混合的线路，其站内开关设置了一次重合闸。对于全电缆的线路，由于其瞬时性故障极少，重合闸退出运行。在速断保护上，配电室各进线柜与变电站出线柜之间还未实行短延时的保护配合。那么，当变电站一条馈出线上接有多个断路器柜形式的配电室时，在主干线选用架空线或架空线与电缆混合线路的情况下，若某一配电室变压器内部短路故障时，配电室变压器保护开关柜、进线开关柜以及变电站出线开关柜均速断跳闸，接着，变电站出线开关重合，恢复非故障段的供电。若主干线为全电缆线路，发生上述故障时，由于无重合闸配合，将造成全线停电。若配电室开关柜选用负荷开关柜，变压器保护柜选用负荷开关一熔断器组合柜，当变压器内部短路故障时，由于熔断器具有快速切断短路故障的优良特性，可与变电站出线开关很好的配合。熔断器熔断时间约为20 ms，变电站出线开关全分断时间约为100 ms。
3.变压器
3．1 变压器分类
变压器通过升高或降低电压来完成电能的合理输送、分配和使用。变压器的分类为油浸式变压器和干式变压器。按调压方式分为有载调压和无载调压。
3. 2 变压器的选择
变压器在多尘或有腐蚀性气体严重影响变压器安全的场所，应选择密闭型变压器或防腐型变压器；在供电系统中没有特殊要求和民用建筑独立变电所常采用三相油浸自冷电力变压器；对于高层建筑、地下建筑、发电厂、化工等单位对消防要求较高场所，宜采用干式电力变压器；
安装在总降压变电所的变压器通常称为主变压器（简称主变），《35～110kV 变电所设计规范》规定，主变压器的台数和容量，应根据地区供电条件、负荷性质、用电容量和运行方式等条件综合考虑确定。
4. 低压开关
4．1 A类断路器
《低压开关设备和控制设备第二部分断路器》IEC942—2使用类别中规定：“在短路情况下，断路器无明确指明用作串联在负荷侧另一短路保护装置的选择性保护，即在短路情况下，选择性保护无人为的短延时，因而不要求额定短时耐受电流。”这就是A类断路器，此种断路器只有过载长延时、短路瞬动，而无短路短延时保护特性。A类断路器绝大部分是塑壳断路器，如HM3，CM1，TIM1的系列产品，一部分万能式断路器，如采用热继电器和电磁铁作过载、短路保护的也属A类。
4．2 B类断路器
IEC942—2标准还规定：“在短路情况下，断路器明确在作串联在负载侧的另一短路保护装置的选择性保护，即在短路情况下，选择性保护有人为短延时(可调节)，这类断路器具有要求的额定短时耐受电流。”这就是B类断路器。万能断路器、使用电子脱扣器和智能控制器的断路器都属于B类，如HA，CW11的系列产品。这类产品有3段保护，即过载长延时、短路短延时和短路瞬动保护。全额保护是指下级负载发生短路故障时，下级的断路器瞬动，而此故障短路电流也要流向上一级线路，如果上一级断路器没有短路短延时，则在下级发生短路故障的一瞬间，与下级断路器一起跳闸，造成大面积停电，这是非选择保护；如果上级断路器有短路短延时，当下级断路器跳闸(通常它的分断时间在20~30 ms之内)，上级断路器短路的动作时间只要有0．1 S的延时，则可确保下级断路器分断时间内，上级断路器保持不动，这种配合称为选择性保护。
4.3 低压开关类别的选择原则
4.3.1 分支线配电开关均选择A类断路器。
4.3.2当变压器高压侧开关为断路器柜时,低压总开关宜选择带短路短延时的断路器(B 类断路器)，以实现高低压断路器之间的全额保护配合。
4.3.3 当变压器高压侧开关为负荷开关-熔断器组合柜时，经计算,若低压柜母排短路故障,其短路电流折算至高压侧,对照熔丝反时限特性曲线,如果熔丝熔断时间高出100ms的两倍以上,低压总开关应选择带短路短延时的B类断路器,实现全额保护配合。如果高压熔丝与低压总开关、分支开关之间难以实现很好的全额保护配合,提出以下看法:
（1）若低压出线均为大截面电缆出线,其电抗值较小,经计算,在出线的任何一点发生三相短路,其短路电流值均大于变压器低压侧额定电流的10倍。那么,低压总开关宜选择带短路短延时功能的B类断路器。这种保护配合方式,可满足低压总开关与低压出线开关在时间上的配合,其不足之处是当低压母排或低压出线出口处发生三相短路故障时,有可能出现高压侧熔丝熔断的现象。
（2）若低压出线均为架空出线,其电抗值较大,经计算,在出线近处(可定为40～50m)之外发生三相短路故障,其短路电流值小于变压器低压侧额定电流的10倍。那么,低压总开关宜选择不带短路短延时功能的A 类断路器。这样可以避免当低压母排或分支线出口发生三相短路故障而导致高压侧熔丝熔断的现象,其不足之处是当低压出线出口处发生三相短路故障时,可能导致低压总开关跳闸。
4.4主要参数选择
（1）一般额定电压是指相间电压,即线电压。
（2）壳架等级额定电流:代表断路器的外形大小,以此表示断路器的最大额定电流。额定电流:在规定的条件下,保证断路器正常工作的电流,又称脱扣器额定电流。
（3）过载、短路保护特性：过载长延时、短路瞬时,短路瞬时分闸时间一般在20～30ms之内叫二段式保护；过载长延时、短路短延时、短路瞬时,短路短延时一般为0.1s的倍数叫三段保护。
（4）在规定的试验条件下,断路器能承载的短时耐受电流值。短时耐受电流ICW只适用于B类断路器,即具有短路短延时特性的断路器。
（5）短路分断能力又分极限分断能力ICU和运行短路分断能力ICS。根据断路器的额定短路分断能力应大于或等于线路的预期短路电流的原则,就存在断路器的额定短路分断能力是指极限分断能力ICU还是指运行短路分断能力ICS的问题,目前在电气工程设计中有两种意见。笔者认为还是选择运行短路分断能力ICS为好,保险系数更大些。
5. 高低压电气设备选择原则
电气设备的选择是供配电系统设计的重要步骤，其选择的恰当与否将影响到整个系统能否安全可靠的运行，故必须遵循一定的选择原则。本章对常用的高、低压电器即高压断路器、高压隔离开关、仪用互感器、母线、绝缘子、高低压熔断器及成套配电装置（高压开关柜）等分别介绍了其选择方法，为合理、正确使用电气设备提供了依据。
5.1按工作环境及正常工作条件选择电气设备
（1）根据电气装置所处的位置（户内或户外）、使用环境和工作条件，选择电气设备型号等。
（2）按工作电压选择电气设备的额定电压
（3）按最大负荷电流选择电气设备的额定电流
或
5.2按短路条件校验电气设备的动稳定和热稳定
（1）动稳定校验
或
式中，为电气设备的极限通过电流峰值；为电气设备的极限通过电流有效值。
（2）热稳定校验
式中：为电气设备的热稳定电流；为热稳定时间。
5.3 开关电器断流能力校验
对具有断流能力的高压开关设备需校验其断流能力，开关设备的断流容量不小于安装地点最大三相短路容量。即：
IOC ³≥I ³k.max或SOC ³≥Sk.max
6. 结束语
努在配电系统中，配电室的高低压开关及电气设备的选择是一個涉及面很广的问题，既要对开关本身的功能、特性、主要电气参数有一个全面的了解，又要从配电网的现状与发展予以考虑，并结合实际的运行情况综合选择，在规范化的前提下，尽可能实现各级开关的配合，力提高配电系统的供电可靠性，为广大客户提供更好的服务。
参考文献
[1] 连理枝.低压断路器及其应用[M].北京:中国电力出版社，2003.
[2] 李瑞荣.短路电流实用计算[M].北京:中国电力出版社，2001.
[3] 弋东方.电力工程电气设备手册（电气一次部分上、下册）[M].北京：中国电力出版社，1998.
关键词 变配电室；高压开关；低压开关；开关选型
Abstract:Variable power distribution room is an important part of power system, it directly influences the whole power system safe and economic operation of the grid and the load, is the intermediate link, plays a role of transformation and distribution of electricity. High and low voltage switch selection directly affects the power transformation and distribution room in the choice of electrical equipment, power distribution device arrangement, relay protection and automatic devices is identified, variable power distribution room electrical part of the investment is the decisive factor of
Key words:Variable power distribution room; switch; low-voltage switch; switch selection
中圖分类号： 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
1.引言
在1O kV 变配电系统中，变配电室作为一个主要的供配电单元，起着非常重要的作用。变配电室主设备的形式种类繁杂，特别是在高低压开关方面尤为突出，而且相互之间的保护配合也不尽合理，给运行管理带来不少困难。近年来，随着国家城乡电网建设的不断深入以及用户对电能质量要求的不断提高，变配电室设备选型已逐步走向规范化。本文就10 kV变配电室高低压开关及电气设备的选择问题谈几点看法。
2. 高压开关
2．1 负荷开关
负荷开关作为仅开断关合工作电流的开关，国内早已开始使用，起初多为产气式和压气式两种，进入2O世纪9O年代后，开始使用SF6及真空负荷开关，目前主要以SF6三工位负荷开关和真空负荷开关为主，因其可靠性高、成本低、免维护，日益受到广大用户的欢迎。
2．2 负荷开关-熔断器组合电器
负荷开关-熔断器组合电器主要用于保护变压器的开关设备。其中的负荷开关只开断和关合工作电流，具有有限的开断能力，而短路保护功能则由熔断器来完成。在负荷开关与熔断器之间存在着一定的过电流区域段，在该区段内，只有负荷开关与熔断器相互协调、正确配合才能真正实现对配电系统的贴切保护。
2．3 断路器
中压断路器作为能开断短路电流的开关，从灭弧介质和绝缘介质类型来看，主要分为SF6断路器和真空断路器两大类。这两类中压断路器采用弹簧操动机构。目前国内有些厂家已经开始了永磁式操动机构的开发，并取得了一定的成果。随着继电保护智能化的发展，断路器保护越来越齐全，但一般使用二段或三段式保护，或带反时限功能的保护。
2．4配电室高压开关柜与变电站出线开关柜的保护配合
从目前国内大多数变电站出线开关的保护装置来看，由于配电网线路较短，配电单元较多，靠电流的整定来实现继电保护的配合根本无法实现，而由变电站不断延长时间来实现保护配合是电力系统绝对不允许的。目前，大多数变电站出线开关的速断跳闸时间均设定为0 S。实际上，开关分断时间约为40~60 ms，继电保护的响应时间约为3O～40 ms，变电站出线开关的全分断时间约在100 ms左右。对于出线为架空线或架空线与电缆混合的线路，其站内开关设置了一次重合闸。对于全电缆的线路，由于其瞬时性故障极少，重合闸退出运行。在速断保护上，配电室各进线柜与变电站出线柜之间还未实行短延时的保护配合。那么，当变电站一条馈出线上接有多个断路器柜形式的配电室时，在主干线选用架空线或架空线与电缆混合线路的情况下，若某一配电室变压器内部短路故障时，配电室变压器保护开关柜、进线开关柜以及变电站出线开关柜均速断跳闸，接着，变电站出线开关重合，恢复非故障段的供电。若主干线为全电缆线路，发生上述故障时，由于无重合闸配合，将造成全线停电。若配电室开关柜选用负荷开关柜，变压器保护柜选用负荷开关一熔断器组合柜，当变压器内部短路故障时，由于熔断器具有快速切断短路故障的优良特性，可与变电站出线开关很好的配合。熔断器熔断时间约为20 ms，变电站出线开关全分断时间约为100 ms。
3.变压器
3．1 变压器分类
变压器通过升高或降低电压来完成电能的合理输送、分配和使用。变压器的分类为油浸式变压器和干式变压器。按调压方式分为有载调压和无载调压。
3. 2 变压器的选择
变压器在多尘或有腐蚀性气体严重影响变压器安全的场所，应选择密闭型变压器或防腐型变压器；在供电系统中没有特殊要求和民用建筑独立变电所常采用三相油浸自冷电力变压器；对于高层建筑、地下建筑、发电厂、化工等单位对消防要求较高场所，宜采用干式电力变压器；
安装在总降压变电所的变压器通常称为主变压器（简称主变），《35～110kV 变电所设计规范》规定，主变压器的台数和容量，应根据地区供电条件、负荷性质、用电容量和运行方式等条件综合考虑确定。
4. 低压开关
4．1 A类断路器
《低压开关设备和控制设备第二部分断路器》IEC942—2使用类别中规定：“在短路情况下，断路器无明确指明用作串联在负荷侧另一短路保护装置的选择性保护，即在短路情况下，选择性保护无人为的短延时，因而不要求额定短时耐受电流。”这就是A类断路器，此种断路器只有过载长延时、短路瞬动，而无短路短延时保护特性。A类断路器绝大部分是塑壳断路器，如HM3，CM1，TIM1的系列产品，一部分万能式断路器，如采用热继电器和电磁铁作过载、短路保护的也属A类。
4．2 B类断路器
IEC942—2标准还规定：“在短路情况下，断路器明确在作串联在负载侧的另一短路保护装置的选择性保护，即在短路情况下，选择性保护有人为短延时(可调节)，这类断路器具有要求的额定短时耐受电流。”这就是B类断路器。万能断路器、使用电子脱扣器和智能控制器的断路器都属于B类，如HA，CW11的系列产品。这类产品有3段保护，即过载长延时、短路短延时和短路瞬动保护。全额保护是指下级负载发生短路故障时，下级的断路器瞬动，而此故障短路电流也要流向上一级线路，如果上一级断路器没有短路短延时，则在下级发生短路故障的一瞬间，与下级断路器一起跳闸，造成大面积停电，这是非选择保护；如果上级断路器有短路短延时，当下级断路器跳闸(通常它的分断时间在20~30 ms之内)，上级断路器短路的动作时间只要有0．1 S的延时，则可确保下级断路器分断时间内，上级断路器保持不动，这种配合称为选择性保护。
4.3 低压开关类别的选择原则
4.3.1 分支线配电开关均选择A类断路器。
4.3.2当变压器高压侧开关为断路器柜时,低压总开关宜选择带短路短延时的断路器(B 类断路器)，以实现高低压断路器之间的全额保护配合。
4.3.3 当变压器高压侧开关为负荷开关-熔断器组合柜时，经计算,若低压柜母排短路故障,其短路电流折算至高压侧,对照熔丝反时限特性曲线,如果熔丝熔断时间高出100ms的两倍以上,低压总开关应选择带短路短延时的B类断路器,实现全额保护配合。如果高压熔丝与低压总开关、分支开关之间难以实现很好的全额保护配合,提出以下看法:
（1）若低压出线均为大截面电缆出线,其电抗值较小,经计算,在出线的任何一点发生三相短路,其短路电流值均大于变压器低压侧额定电流的10倍。那么,低压总开关宜选择带短路短延时功能的B类断路器。这种保护配合方式,可满足低压总开关与低压出线开关在时间上的配合,其不足之处是当低压母排或低压出线出口处发生三相短路故障时,有可能出现高压侧熔丝熔断的现象。
（2）若低压出线均为架空出线,其电抗值较大,经计算,在出线近处(可定为40～50m)之外发生三相短路故障,其短路电流值小于变压器低压侧额定电流的10倍。那么,低压总开关宜选择不带短路短延时功能的A 类断路器。这样可以避免当低压母排或分支线出口发生三相短路故障而导致高压侧熔丝熔断的现象,其不足之处是当低压出线出口处发生三相短路故障时,可能导致低压总开关跳闸。
4.4主要参数选择
（1）一般额定电压是指相间电压,即线电压。
（2）壳架等级额定电流:代表断路器的外形大小,以此表示断路器的最大额定电流。额定电流:在规定的条件下,保证断路器正常工作的电流,又称脱扣器额定电流。
（3）过载、短路保护特性：过载长延时、短路瞬时,短路瞬时分闸时间一般在20～30ms之内叫二段式保护；过载长延时、短路短延时、短路瞬时,短路短延时一般为0.1s的倍数叫三段保护。
（4）在规定的试验条件下,断路器能承载的短时耐受电流值。短时耐受电流ICW只适用于B类断路器,即具有短路短延时特性的断路器。
（5）短路分断能力又分极限分断能力ICU和运行短路分断能力ICS。根据断路器的额定短路分断能力应大于或等于线路的预期短路电流的原则,就存在断路器的额定短路分断能力是指极限分断能力ICU还是指运行短路分断能力ICS的问题,目前在电气工程设计中有两种意见。笔者认为还是选择运行短路分断能力ICS为好,保险系数更大些。
5. 高低压电气设备选择原则
电气设备的选择是供配电系统设计的重要步骤，其选择的恰当与否将影响到整个系统能否安全可靠的运行，故必须遵循一定的选择原则。本章对常用的高、低压电器即高压断路器、高压隔离开关、仪用互感器、母线、绝缘子、高低压熔断器及成套配电装置（高压开关柜）等分别介绍了其选择方法，为合理、正确使用电气设备提供了依据。
5.1按工作环境及正常工作条件选择电气设备
（1）根据电气装置所处的位置（户内或户外）、使用环境和工作条件，选择电气设备型号等。
（2）按工作电压选择电气设备的额定电压
（3）按最大负荷电流选择电气设备的额定电流
或
5.2按短路条件校验电气设备的动稳定和热稳定
（1）动稳定校验
或
式中，为电气设备的极限通过电流峰值；为电气设备的极限通过电流有效值。
（2）热稳定校验
式中：为电气设备的热稳定电流；为热稳定时间。
5.3 开关电器断流能力校验
对具有断流能力的高压开关设备需校验其断流能力，开关设备的断流容量不小于安装地点最大三相短路容量。即：
IOC ³≥I ³k.max或SOC ³≥Sk.max
6. 结束语
努在配电系统中，配电室的高低压开关及电气设备的选择是一個涉及面很广的问题，既要对开关本身的功能、特性、主要电气参数有一个全面的了解，又要从配电网的现状与发展予以考虑，并结合实际的运行情况综合选择，在规范化的前提下，尽可能实现各级开关的配合，力提高配电系统的供电可靠性，为广大客户提供更好的服务。
参考文献
[1] 连理枝.低压断路器及其应用[M].北京:中国电力出版社，2003.
[2] 李瑞荣.短路电流实用计算[M].北京:中国电力出版社，2001.
[3] 弋东方.电力工程电气设备手册（电气一次部分上、下册）[M].北京：中国电力出版社，1998.