配电开关柜（精选9篇）
配电开关柜 篇1
1 10 k V配电开关柜的设计和结构
高压开关柜是由高压断路器、负荷开关、接触器、高压熔断器、隔离开关、接地开关、互感器及站用变压器, 以及控制、测量、保护、调节装置, 内部连接件、辅件、外壳和支持件等组成的成套配电装置。其内的空间以空气或复合绝缘材料作为介质, 用作接受和分配电网的电能。高压开关柜可以分为:半封闭式高压开关柜、金属封闭式高压开关柜、金属铠装式高压开关柜、间隔式高压开关柜、箱式高压开关柜以及绝缘封闭式高压开关柜等。
1.1 外壳设计
10 k V配电开关柜的外壳必须是金属的 (除通风窗、排气口外) , 并具有一定的强度, 不得用网状编织物、不耐火或类似的材料制造;金属封闭式高压开关柜主回路的一切组件均安装在金属外壳内, 外壳的防护等级应满足表1的规定。
1.2 隔板设计
高压开关柜中各高压电器组件的隔板, 一般是金属制成, 与外壳具有相同的机械强度并接地;10 k V配电开关柜中, 产品高压带电裸导体与该绝缘板间应保持不小于30 mm的空气间隙。当采用可移动式的绝缘隔板时, 只有当负荷开关 (或接触器) 在断开位置时才能合上接地开关, 当接地开关合上后才能将绝缘隔板插入 (或插入负荷开关动、静触头之间) ;只有接地开关合上、绝缘隔板已插入到位后, 柜门才能打开或关闭;只有当柜门关闭到位时, 绝缘隔板才能抽出、接地开关才能分开;当绝缘隔板已抽出、接地开关分开后, 负荷开关 (或接触器) 才能实现合闸操作。
1.3 导体截面
10 k V配电开关柜的主回路、各单元以及各组件之间连接导体的截面, 应比额定电流有10%的裕度。10 k V配电开关柜中主回路的最小截面 (包括电压互感器、避雷器的连接导体) , 除应满足铭牌规定的额定电流值外, 还应能满足铭牌规定的额定峰值耐受电流、额定短时耐受电流和额定短路持续时间的要求。
采用限流熔断器的主回路, 在熔断器与母线之间的连接导体, 其承受峰值耐受电流、短时耐受电流和短路持续时间应能够满足10 k V配电开关柜铭牌额定值的要求。
1.4 接地设计
为保证维修工作人员和设备的安全, 需接近或供接近的回路中所有部件都应事先接地, 这不包括从高压开关柜分开后能触及的可移开或抽出的部件。
沿所有10 k V配电开关柜的整个长度延伸方向应设有专用的接地导体。如果是铜质的, 在接地故障时其电流密度规定不应超过200 A/mm2, 但最小截面不得小于30 mm2。该接地导体应设有与接地网相连的固定连接端子, 并应有明显的接地标志。如果接地导体不是铜质的, 也应满足相同峰值耐受电流及短时耐受电流的要求。
1.5 断路器、负荷开关及接触器
10 k V配电开关柜内的断路器、负荷开关、接触器及其操动机构必须牢固地安装在支架上, 支架不得因操作力的影响而变形;断路器、负荷开关、接触器操作时产生的振动不得影响柜上的仪表、继电器等设备的正常工作。10 k V配电开关柜内的断路器、负荷开关、接触器的位置指示装置应明显, 并能正确指示出它的分、合闸状态。断路器、负荷开关、接触器的安装位置应便于检修、检查、预防性试验和运行中的巡视。对于安装油断路器的10 k V配电开关柜, 当主回路不带电并接地时, 应易于充油、排油, 且应装有防止油断路器检修、维护中溢出绝缘油影响其他组件的防护措施。
1.6 互感器设计
10 k V配电开关柜内互感器应固定牢靠, 且应采取隔离措施, 当柜中其他高压电器组件运行异常时, 互感器仍能正常工作。互感器安装的位置应便于运行中进行检查、巡视, 且在主回路不带电时, 便于人员进行预防性试验、检修及更换等。互感器的伏安特性、准确级额定负载均应能满足继电保护及仪表测量装置的要求。
电压互感器必须有防止铁磁谐振的措施, 其高压侧应装有防止内部故障的高压熔断器, 熔断器的开断电流应与10 k V配电开关柜铭牌参数相匹配 (包括采取限流措施后) , 且便于熔断后更换熔断件。
电流互感器的短时耐受电流及短路持续时间、峰值耐受电流均应满足10 k V配电开关柜铭牌值的要求。
1.7 10 k V配电开关柜所用变压器
10 k V配电开关柜所用变压器为油浸式, 当发生故障时, 它不应影响相邻的设备, 在运行中也应该便于巡视检查。
1.8 隔离开关和接地开关
10 k V配电开关柜隔离开关或接地开关的分、合闸操作位置应明显可见。安装于10 k V配电开关柜中的接地开关, 其关合短路电流的能力和短时耐受电流及短路持续时间均应满足10 k V配电开关柜铭牌的要求。特别是通过短路电流时, 接地开关不会由于产生的电动力作用而被意外地打开。
1.9 测量仪表、继电保护装置及辅助回路
测量仪表、继电保护装置及辅助回路中的低压熔断器、端子以及其他辅助元件与高压带电部分应保持足够的安全距离;否则应采取可靠的防护措施, 以保证在高压带电部分不停电情况下工作时, 人员不致触及运行的高压导电体。测量仪表及继电保护装置应有可靠的防振动措施, 不会因为10 k V配电开关柜中断路器、负荷开关、接触器等在正常操作及故障动作的振动而影响它的正常工作及性能。
当测量仪表及继电器保护装置盘面以铰链固定于10 k V配电开关柜上时, 仪表、保护盘与盘外的二次连接导线应采用多股软铜绝缘线, 端子排、接线板及固定螺丝均为铜质材料制成, 标志应正确、完整、清楚、牢固。互感器二次接线及辅助回路的连接, 必须采用截面不小于2.5 mm2的铜导线;布线时, 应考虑避免其他组件故障对它的影响。
1.1 0 外壳及其支架的防锈涂料
10 k V高压开关柜采取涂刷油漆来防锈。涂防锈涂料之前, 须彻底清除锈蚀物及焊渣, 然后按涂刷该涂料所规定的工艺和程序进行。10 k V高压开关柜内部的表面, 应涂反光差较大的浅色油漆;其外部表面, 则应涂不刺目、不反光且美观的油漆。
2 常见10 k V开关柜事故预防及处理
2.1 预防10 k V高压开关柜事故
预防10 k V高压开关柜的事故必须做到以下几点: (1) 新建、扩建和改造工程中, 宜选用加强绝缘型金属封闭式高压开关柜, 特别是发电厂和潮湿污秽地区必须选用加强绝缘型且母线室封闭的10 k V开关柜; (2) 10 k V高压开关柜中的绝缘件 (如绝缘子、套管、隔板和触头罩等) 严禁采用酚醛树脂、聚氯乙烯及聚碳酸脂等有机绝缘材料, 应采用阻燃性绝缘材料 (如环氧或SMC材料) ; (3) 在10 k V高压开关柜配电室配置通风防潮的设备, 在多雨季节或需要时启动, 防止凝露导致绝缘事故; (4) 进行母线和柜间隔离是防止开关柜连烧的有效措施, 另外, 应加强柜内二次线的防护, 二次线宜由阻燃型软管或金属软管包裹, 防止二次线损伤; (5) 对于老式的五防功能不完善的固定柜或手车柜, 应完善其五防功能, 避免和减少人身及设备事故。
2.2 预防10 k V隔离开关事故
(1) 坚持隔离开关定期大小修制度。隔离开关一般3~5年至少进行一次大修, 不能按期大修者应增加临修次数。10 k V隔离开关至少1~2年小修一次。
(2) 对于久未停电检修的母线侧隔离开关应积极申请停电检修或开展带电检修, 防止和减少恶性事故的发生。
(3) 结合电力设备预防性试验, 应加强对隔离开关转动部件、接触部件、操动机构、机械及电气闭锁装置的检查与润滑, 并进行操作试验, 防止机械卡涩、抽头过热、瓷瓶断裂等事故的发生, 确保10 k V隔离开关运行的可靠性。
2.3 10 k V开关柜绝缘事故处理措施
为减少10 k V开关柜绝缘事故, 可采取以下必要的措施: (1) 改善运行环境条件, 对事故频发的潮湿和污秽地区, 采取加热、通风、吸湿和定期清扫; (2) 提高10 k V断路器及开关柜的绝缘性能, 对运行中的10 k V开关柜和断路器加强绝缘增大爬距, 柜与柜之间进行封堵, 有条件的地区可以更换更大尺寸的开关柜。实践证明, 采取上述技术措施是有效的, 事故率可以得到初步的控制。
3 结语
高压开关柜是电力系统中的重要成套设备, 其质量的优劣直接关系到电力系统的安全运行和供电可靠性。安全是电力生产的基础, 预防是保证安全生产的关键。不断完善和改进防止人身触电事故和误操作事故的技术措施, 是我们每一位电力企业职工应努力研究的目标。
参考文献
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配电开关柜 篇2
随着国家经济的快速发展，电力行业也在不断地进步与更新。最关键的配供电单元是配电室：并且配电室在lOkV配电系统中有着非常重要的地位。同时，配电室中存在许多较复杂的设备，能够协调和控制高低压的开关，使之能够互相的保护配合，并使配电系统能够顺利运行，因此，对lOkV配电房的高低压开关进行谨慎地选择并采取有效的保护措施极为重要。
关键词：
l0kV配电房，高低压开关，选择及保护
作为电力系统的关键环节，配电房对电力系统顺利运转的维护有着重要的影响。配电房中配置了许多复杂的电力设备，并且这些设备相互之间需要配合得完善，才能够确保电力系统稳定地运行。除此之外，lOkV配电房中的高低压开关之间的保护配合理与否都会影响到电力系统的顺利运行。为确保电力系统稳定地运行，我国正在逐渐完善城市与乡村的电网，同时正在规范lOkV配电房内的电力设备，从而减轻了电力系统的管理工作压力。
1、10kV配电房高压开关
l0kV配电房中的高压开关通常分成负荷开关、断路器和负荷开关—熔断器组合电器三种开关。负荷开关则是用来控制断开或者闭合工作电流的开关，我们国家主要采用的是真空的负荷开关，这种负荷开关的性价比比较高，而且需要维护的可能性比较低，因此，大多数使用者都比较喜欢选择这种负荷开关。而负荷开关——熔断器组合电器中配置的负荷开关是用来控制负荷电流的开启和关闭，而其中配置的熔断器则是用来保护短路的，同时，当整个电路中的电流由于某些因素变得过高，甚至超过电路原本限定的值时，熔断器的撞针就会在跳闸的同时带动负荷开关，并且产生分断，从而实现与断路器相同的功能。作为高压电流的开关，断路器使用的是弹簧操动的机构，而我国现阶段正处于对永磁性操动机构的研发中，并且随着科技的快速发展，断路器相关的保护功能也会发展得越来越快。在高压开关中，断路器的任务主要是在正常运行时用来对负荷电流进行接通或者切断;而当严重超过负荷或者电路发生故障时，通过继电器的保护装置使用断路器可以自动且快速地切断故障的电流，从而避免事故范围扩大。
1、1额定电流概述
配电房的电压器中的空载电流在通常情况下达到额定电流的百分之二，而在高压配电的过程中，通常选用负荷开关——熔断器组合电器来控制配电房的电压。配电房中变压器的电流容量通常应该比1250kV低，而配电器的电流容量一旦超过了以上这个标准，如果再使用负荷开关—熔断器组合电器，就会发生不安全的事故，因此，应该选择断路器开关作为高压开关。高压开关可以阻断电流，而这个功能要求高压开关具备较好的电气焱术对动热稳定的承受能力。
1、2转移电流概述
当负荷开关的智能开关与熔断器开始转换时，需要降低其中的转换值，断开熔断器，而负荷开关将断开两相电流。反之，如果转移电流比该转换值大时，熔断器只能断开三相电流。当熔断器将所有比转移电流大的故障电流断开时，负荷开关没有电流可以分断，因此，其成为空载电流的机械动作。
1、3额定电压概述
通常所提到的额定电压通常指的是配电房的有关设备的标称电压，它最高运行的电压达到了额定电压的百分之一百一十五，但是国外规定的额定电压指的却是配电房的相关设备的所能承受的最高电压。随着经济全球化的发展，我国的额定电压也逐渐与国际额定电压的标准靠近。
2、10kV配电房的低压开关
l0kV配电室内的低压开关通常分为A、B两类断路器。A类断路器能够有选择性地对无人为的延时进行保护，同时，不会要求额定短时的耐受电流。而与A类断路器不同，B类断路器可以选择有人为的短延时，但是此时则需要有一定的耐受电流的性能。
2、1短路分断能力概述
配电房中低压电路的短路分断能力通常分成运行短路分断.和极限分断两种能力。根据电学的基本原理，和断路器的额定分断能力大于或等于低压电路中预期的短路电流这一基本原则，相关人员就可以对断路器中的短路分断能力和极限分段能力所存在的问题进行判断，从而有利于对其进行相关的维护管理。
2、2额定电流概述
额定电流与断路器的外形以及大小有关，同时，通过额定电流可以表示断路器最大的额定电流，在满足限定条件的情况下，将确保断路器正常工作的电流成为脱扣器额定电流。
2、3额定电压概述
配电房中的低压开的额定电压通常指的是相间电压，也就是线电压。
3、l0kV配电房高低压开关的选择原则3、110kV配电房高压开关的选择原则
当单台油浸式变压器的容量比800kVA低，并且干式变压器的容量比1250kVA低时，10kv配电房的进出线路应该选择负荷开关进行控制，而负荷开关熔断器组合电器成为变压器保护柜的最好的选择。因为当10kv配电房的变压器发生短路故障时，负荷开关熔断器组合电器中的熔丝就会马上熔断，达到隔离故障点的效果，从而阻止了位于变电器出线的开关发生跳闸的现象。而当单台油浸式变压器的容量>=800千伏，单台干式变压器的容量>1250千伏时，断路器开关柜就成为10kv配电房的选择。为避免出现整条电缆线路所连接的多个主要为断电器的配电房的情况，工作人员应该将变电站的出线的相关保护更改成0.2秒或者0.3秒的短路短延时保护。
3、210kv配电房低压开关的选择原则
分支线的配电房的开关通常选择的是A类断路器，如果变压器的高压侧开关设置为断路器，那么低压总开关就应该选择有短路短延时效果的B类断路器，从而实现高低压断路器之间能够进行保护配合的效果。而如果变压器的高压侧开关设置为负荷开关——熔断器组合电器，那么低压总开关就最好也选择具有短路短延时效果的B类断路器，以达到实现全额的保护配合的目的。
4、10kV配电房高低压开关保护配合策略4、1组合低压总开关与高压断路器
l0kV配电房中的高压断路器的对电流的速断的保护措施是按照避开变压器二次侧短路，将其放入一次侧三相的最大短路电流中进行归并运算，从而到达保护高压断路器的目的。并且在整个过程中，与之相关的电流计算公式是Ia=K.Ib，公式中的Ia代表的是一次侧的三相所具有的最大短路电流，而lb则是当变压器为低压侧短路时，三相最大短路电流通过相关折算后得到的高压侧的电流具体数值。从这个公式中可以看出，若高压侧的速断保护值为固定的数值，开关就不会对其采取相关的动作。因此，当选择lOkV配电房中的相关开关时，尽量选择选择智能开关，这种开关能够实现高低压开关之间完美的保护配合，同时还能避免在高低压转换时可能出现的时差，而这种时差会对电力系统的稳定运行造成影响。智能开关实际上就是具有短路延时效果的智能型开关，它能够通过相关的自动化设备来实现低压侧总开关与高压断电器之间的相互配合，从而有效地提高了工作效率。
4、2计算短路电流
只有将l0kV配电房中的短路电流的计算工作做到尽善尽美，才能有效地提高l0kV配电房中的高低压开关的配合和保护水平。同时l0kV配电房可以根据短路电流的大小来对故障发生的原因进行判断，从而实现相关设备的自动化处理功能。
5、结语
高低压开关在配电房中的应用 篇3
关键词高低压开关；性能和参数；配电房；开关类别；保护配合
中图分类号TM文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)041-0111-02
1高压开关
1.1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20世纪90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。
1.2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。
1.3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，这两种类型的中压断路器采用了弹簧操动机构。目前，国内正在开发永磁式操动机构。随着继电保护智能化的发展，断路器保护越来越齊全，但一般使用的大致分为二段或三段式保护，或带反时限功能的保护。
1.4主要参数选择
1）额定电压。过去国内所说的额定电压是指设备的标称电压，并非最高运行电压，最高运行电压为额定电压的115%。而国外所说的额定电压，是指设备承受的最高运行电压。现行国家标准向国际电工委员会（IEC）标准靠拢，因此现在国内所说的额定电压也是指设备承受的最高运行电压。
2）额定电流。①具有开断空载变压器的能力。配电变压器（以下简称“配变”）空载电流一般为额定电流的2%左右，如果选用负荷开关-熔断器组合柜控制配变，配变容量不宜大于1250kVA，否则应选用断路器柜。②具有开断电缆充电电流的能力。若接入开关柜的进出线电缆截面为240mm2，其充电电流可按1.8A/km进行估算，若进出线电缆截面为300mm2，其充电电流可按2.0A/km进行估算。因此一般要求开关在正常情况下能开断不小于16A的电缆充电电流。③具有开断短路电流的能力。如果选用负荷开关，则不必考虑这个参数。如果选用断路器，应结合配电网的实际进行计算后，再考虑将来网络的发展因素，综合选定。
1.5高压开关类别的选择原则
根据GB50062-92《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》:“0.8MVA及以上的油浸式变压器和0.4MVA及以上的车间内油浸变压器，均应装设瓦斯保护。当壳内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，应瞬时动作信号；当产生大量瓦斯时，应动作于断开变压器的各侧断路器，当变压器安装处电源侧无断路器或短路开关时，可作用于信号。”目前，有些地方对于800kVA的油浸变压器也采用负荷开关-熔断器组合柜作保护柜，重瓦斯动作于负荷开关来实现开断功能。笔者认为还是不宜这样做，虽然瓦斯继电器为气动式的，当变压器发生内部短路故障时，其动作时间比熔丝熔断的时间要长。但是，如果熔丝的发散性较大，那么，负荷开关就有可能开断大于额定转移电流的电流值，导致开关损坏。
综合上述各方面的因素，笔者认为：①单台油浸变压器变电容量在800kVA以下，干式变压器变电容量在1250kVA及以下者，配电房进出线应首选负荷开关柜，变压器保护柜应首选负荷开关-熔断器组合柜。那么，当配电房变压器内部短路故障时，由负荷开关-熔断器组合电器的熔丝快速熔断，隔离故障点，变电站出线开关不跳闸。②单台油浸变压器容量在800kVA及以上，干式变压器容量在1250kVA以上者，应选择断路器开关柜。当一条全电缆线路接有多个配电房，且配电房多以断路器柜形式，可建议将变电站出线柜速断保护调整为带0.2～0.3s延时的短路短延时保护。
2低压开关
2.1A类断路器
按照IEC942-2《低压开关设备和控制设备第二部分断路器》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，TM1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）也属于A类。
2.2B类断路器
在上述IEC942-2标准中还规定：“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。它们有三段保护，即过载长延时、短路短延时和短路瞬动保护，如HA，CW11的系列产品。
2.3主要参数选择
1）额定电压。一般额定电压是指相间电压，即线电压。
2）额定电流。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。二段式保护：过载长延时、短路瞬时，短路瞬时分闸时间一般在20～30ms之内。三段保护：过载长延时、短路短延时、短路瞬时，短路短延时一般为011s的倍数。
4）短时耐受电流ICW。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。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。
2.4高压开关与低压开关的保护配合
1）短路电流的计算。现以一个配电房为例，计算相关点的三相短路电流值。线路及变压器参数如下，示意图见图1，计算结果见表1。
变电站至配电房的主干线路为LGJ2240/3km，1km线路电阻R=0.14Ω，电抗X=0.31Ω；变压器容量SN=500kVA，阻抗电压Uk=0.045p.u.，变比=10/0.4；
变压器低压出口d2与低压出线柜下母排d3的距离取5m，1km母线电阻R=0.04Ω，电抗X=0.168Ω；
低压出线（支线一）d4与低压出线柜下母排d3的距离取50m；低压出线（支线一）d5与低压出线柜下母排d3的距离取100m；BVV架空线路，线横截面积为120mm2，1km线路电阻R=0.143Ω，电抗X=0.32Ω；
低压出线（支线二）d6与低压出线柜下母排d3的距离取50m；低压出线（支线二）d7与低压出线柜下母排d3的距离取100m，VV电缆线路，线横截面积为240mm2。1km线路电阻R=0.093mΩ，电抗X=0.076mΩ。
图1配电房一次接线示意图
2）低压总开关与高压断路器柜的保护配合。高压断路器柜电流速断保护的整定是按躲开变压器二次侧短路时，归算到一次侧的三相最大短路电流来整定的，其计算公式为：
IISU，1=KrelI(3)K1，max·（1）
式中：IISU，1—一次侧的三相最大短路电流；
Krel—可靠性系数，取1.3；
I(3)K1，max—变压器低压侧短路时三相最大短路电流折算到高压侧的电流值。
从上述整定原则分析，由于可靠性系数Krel取1.3，当变压器低压侧短路故障时，若高压侧速断保护为定时限，从理论上说开关是不会动作的。所以，低压侧总开关选用智能式带短路短延时的开关，可实现很好的保护配合。若高压断路器柜的保护为反时限，由于保护整定值可调，那么，低压侧总开关选用智能式带短路短延时的开关，也可实现保护配合。这样就能够满足低压总开关折算到高压侧的动作反时限曲线在高压断路器动作反时限曲线下方的原则。
3）低压总开关与高压负荷开关-熔断器组合电器的保护配合。由于高压负荷开关-熔断器组合柜所配的熔丝是与变压器相配套的，其反时限熔断的时间随着安装地点的不同将有所变化。如图1所示，当低压柜母排d3或分支线出口发生三相短路故障，其短路电流折算到高压侧以后，经查阅熔断器时间-电流特性曲线，熔断时间在70～100ms之间。支线二d6发生三相短路故障，其短路电流折算到高压侧以后，熔断时间在110～120ms之间。所以，当低压总开关设有短路短延时（0.1s以上）功能时，若变压器低压出口与支线二d6之间发生三相短路故障，极有可能出现低压总开关未动作而高压侧熔丝先熔断的现象，或者是低压总开关动作时，高压侧熔丝也同时熔断的现象。
4）低压开关类别的选择原则。①分支线配电开关均选择A类断路器。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。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、分开关之间难以实现很好的全额保护配合，笔者提出以下看法：
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。
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類断路器。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。
3结束语
配电开关柜 篇4
1 10k V配电网开关柜作用分析
归纳起来, 10k V配电网开关柜主要以下几个作用:一是关合、断开10k V及以下的正常电力路线, 实现传输和倒换电力负荷的目的。二是将两端电力路线到电力系统分割开来。三是通过从电力系统中退出故障设备和故障线段的方式来保证电力系统的可靠、安全运行;四是通过实现退出运行线路或者设备的可靠接地, 达到保障线路和设备安全性的目的, 五是具有测量10k V系统电压电流参数和故障报警等功能[1]。
2 10k V配电网开关柜运行过程中常见故障分析
2.1 10k V配电网开关柜绝缘故障
由于10k V配电网开关柜的绝缘水平常常跟绝缘强度、绝缘处理电压之间有着直接的关系, 因此当其发生绝缘故障时常表现为:外地绝缘对地闪络击穿、CT爆炸、电容套管闪络以及瓷瓶断裂等等。10k V配电网开关柜发生绝缘故障的主要原因有:制造工艺缺陷、爬距和空气间隙、接点容量以及环境因素等, 然而导致这类故障的最根本原因为空气间隙及爬距间隙不够导致的。除此之外, 因为制造工艺等缺陷, 也会导致支持瓷柱的稳定性不够, 若在受到电流的冲击, 会导致瓷柱发生断裂, 最终会进一步扩大事故的影响。
2.2 10k V配电网开关柜发热故障
在使用10k V配电网开关柜过程中, 常常会伴随着轻度的发热现象, 但是如果开关柜过度发热或者此时导电回路同时伴有发热现象, 便最终会导致开关柜发生故障。通常情形下, 导体散热的方式有两类, 分别为导电回路散热和导电回路发热两种, 若该温度大于了开关柜所能承受的最高温度, 便会出现局部过热现象, 严重时还可能引发事故。10k V配电网开关柜出现发热故障的原因有两个方面: (1) 导体发热。其主要是因为主母线在运行时的符合电量较大, 因而其对应的发热功率也相对较高, 进而引起导体发热。 (2) 导电回路过热。导致这种现象的主要原因为接头的接触质量不佳, 存在接触不良的现象, 从而引起热量过度聚集, 出现局部过热的现象[2]。
2.3 10k V配电网开关柜开关柜误动、据动故障
这类故障也是10k V配电网开关柜在使用过程中非常常见的故障之一, 该类故障产生的原因主要有以下两个方面:一方面因为辅助回路和电气控制回路问题引发的, 这种原因引发的故障主要表现为辅助开关之间无法正常切换, 而且还可能因为转换开关失效等问题导致一定程度的端子发生松动、操作电源故障以及微动开关故障等等。另一方面为因为传动系统跟操动机构出现机械故障导致, 这类原因引起的故障主要表现为合分闸的铁芯松动或者卡涩, 进而引起部件发生唯一或者脱扣实效等故障。
2.4 10k V配电网开关柜开断、闭合故障
产生该类故障的原因常常是因为断路器本体引起的, 主要表现为灭弧室被损害、开断性能较差等, 而真空断路器中的常见故障有三类:分别为陶瓷管损坏、波纹管与灭弧室渗漏以及真空度降低等。
3 10k V配电网开关柜运行过程中故障解决对策
从上述分析我们可以看出, 10k V配电网发生故障的原因是多种多样的, 要想切实解决好故障, 就应该从开关柜的设计环节入手, 全面提高开关柜质量关口, 以便实现预防故障产生的目的。
3.1 加强对10k V配电网开关柜设计和制造环节的质量控制
预防开关柜运行过程中出现故障, 确保产品设计的合理性和可靠性是关键。因此作为生产开关柜的厂家在设计开关柜阶段时, 首先应该深入对10k V配电网开关柜的运行环境进行现场调研, 并充分结合客户的合理性意见和建议进行设计;其次, 关于开关柜的设计方案应该结合使用地区的气候特点和电网现状等因素, 因地制宜进行设计;最后, 生产厂家在制造开关柜时应该保证开关柜元器件的质量, 禁止使用一些质量不达标的元器件, 以防因为元器件质量差引起10k V开关柜运行故障。
3.2 加强对10k V配电网开关柜的预防性试验工作
因为开展预防性试验是有效判断高压开关柜实际运行状态的有效途径, 因此要高度重视开关柜以及内部开关设备的预防性试验。在开展该项工作时, 要严格遵循对应的试验流程和规范, 一旦发现试验所获数据出现异常, 则应该对其进行科学、合理分析, 并充分结合以前多次预防性试验数据结果, 最终得出具有说服力的分析结果。但是笔者认为:最终得出的结论不能仅仅依靠所得到的一组数据, 而应该对多次的数据进行分析和综合, 以此来判断出10k V配电网高压柜存在的隐患。在完成预防性试验滞后, 还需要及时对高压柜进行复原, 并且在此过程中还应该确保开关柜内部接触点和接触面之间接触的良好, 以防因为接触不良引发异常发热故障。
3.3 加强对10k V配电网开关柜的日常检修和维护
要想保证10k V配电网开关柜运行的可靠性, 还需要在平常加强对其的检修和维护。在开展检修和维护工作时, 应该做到定期查看, 在查看时, 首先应该检查其结构是否稳定, 是否发生松动或者脱落;其次要主要观察触头的外观是否被氧化而变色, 并检查触头和触头片表面的光滑程度。在完成上检修工作之后, 还应该在触头上涂上一层专用导电膏, 以此减小触头和触头之间的电阻值, 提高10k V配电网开关柜内部开关设备的导电性能, 提高开关柜工作效率, 延长使用寿命[3]。
3.4 加快10k V配电网开关柜新技术研发和更新
近年来, 随着我国电力行业的快速发展, 各项新技术和新产品得到不断推广及运用, 进而重要的电力设备的更新换代速度越来越快。因而对于10k V配电网开关柜来讲, 也必须紧跟时代发展步伐, 加快对新技术的研发和更新换代。详细来讲, 即需要在10k V配电网高压柜中广泛运用当前已经取得显著进步的自动控制技术以及一些新型的电阻率低的材料。除此之外, 作为供电企业中从事10k V配电网开关柜运行管理的部门还需要进一步转变观念, 重视对设备的更新换代工作, 要深刻意识到只有运用那些新型且可靠的电力设备, 才能保证10k V配电网完全、可靠运行, 促进企业经济效益增长, 保障电力系统长期、安全地运行下去。
4 结语
综上所述, 由于10k V配电网主要是跟用户直接相连接的, 因而其在保证供安全、可靠方面发挥着至关重要的作用, 不仅能够为广大群众日常生产生活所需提供保障, 还有助于提高供电企业的市场竞争力。虽然10k V配电网具有线路长、覆盖范围大、路径复杂、节点多等特点, 保障开关柜的正常运行难度较大, 但是笔者相信, 只要我们找准10k V配电网开关柜常见的故障及原因, 并采取有效措施, 如:加强开关柜设计和制造环节的质量控制、加强开关柜的预防性试验工作、加强开关柜的日常检修和维护、加快开关柜新技术研发和更新等, 相信可以在很大程度上保证其可靠运行。
摘要：近年来, 随着我国电力事业的快速发展以及城乡电网建设和改造工作的不断深化, 我国对配电产品的需求量也在迅速增加, 其中应用最为广泛的为10kV配电网开关柜, 但是在运行过程中, 其常常会出现配电网运行事故。本文笔者就10kV配电网开关柜运行过程中常见故障以及对策进行了简单的分析, 希望能够为提高10kV配电网安全运行水平提供借鉴和参考。
关键词：10kV配电网,开关柜,故障,对策
参考文献
[1]贺欣荣.10k V配电网开关柜异常发热原因分析及对策[J].设备管理制造, 2014 (15) :69-71.
[2]麦敬明.10k V高压开关柜常见故障分析与对策[J].中国新技术新产品, 2015 (07) :52-52.
德州仪器新型配电开关 篇5
●1.3 A时限流误差精度仅为+/-6%;
●75 m A～1, 300 m A的可调节限流范围;
●提供恒流 (TPS2552/3) 版本与闭锁 (TPS2552-1/3-1) 版本;
●可与TPS2550/1兼容;
●2.5V～6.5V的宽泛输入范围;
●2u S的快速过流响应时间;
农村配电网开关优化配置研究 篇6
农村配电网建设经济效益低、投入产出比低、供电可靠性程度不高一直是电网公司普遍面对的问题。目前,提高农村配电网供电可靠性的主要途径之一就是优化开关配置,在线路上安装分段开关、联络开关等环网设备,达到隔离故障、减少停电时间的目的[1,2,3],因而如何经济合理地配置开关至关重要。
配电网开关的优化配置,已经成为国内外研究的热点,其研究核心内容在于如何确定网络中开关安装的最优数量与位置。参考文献[4]根据建设费用确定拟增建开关的数量范围,将供电可靠性大于允许下限的待选方案中开关数量最少的规划方案作为最优方案。参考文献[5]基于全寿命周期管理思想,以配电网开关多阶段规划方案的总成本现值和最小为目标函数建立数学模型确定最优方案。参考文献[6]基于二分法的配置原则确定开关数量,以缺供电量为评价指标对开关安装位置进行优化。
我国农村配电网与城市电网有着很大的区别,其突出特征在于:农村地区负荷密度小,较分散,而农村配电网造价与运维成本高,其投入产出比极低;线路出线长,有的大大超过了供电半径要求;线路所处地理环境复杂,故障定位、检修等操作难[7]。
然而,上述传统的配电网开关优化配置方法均未考虑农网的这些特征,使得其在优化配置农村配电网开关时显得不尽合理了。本文根据农村电网的实际情况与现实需要,介绍了一种适合农村实际特征的开关优化配置的新思路。
1 配电网开关优化配置思路
1.1 传统配电网开关优化配置思路
传统的配电网开关优化配置方案主要考虑系统的可靠性与经济性两个方面:
(1)可靠性:通过优化线路开关配置,缩小故障范围,减少停电时间,提高系统的可靠性,使系统可靠性达到一定的要求。
(2)经济性:在满足系统可靠性要求的前提下,通过优化开关的数量及相应装设位置,实现综合费用最小。
传统的配电网开关优化配置方案以规划水平年的负荷预测和电源规划为基础,采用最小综合费用为目标函数,优选出合理的规划建设方案,以最小的投资来满足安全可靠供电需求。
1.2 农村配电网开关优化配置思路
农村配电网开关优化配置过程主要由2部分组成,总体思路如图1所示。由图1可知:Part1分两步组成。其中,Step1为变电站间整体联络架构的初建(需要说明的是:为综合考虑经济性与可靠性,在变电站的联络中按照一定的比例同时存在站间联络和站内联络,根据多年的规划经验,其中40%的出线为站内联络,60%的出线为站间联络[8],因此本文阐述的方法考虑的是站间联络),采用分区加权Voronoi图划分供电区域确定各变电站的相邻站能较好地考虑到农村地区负荷的密度差异大的特点。Step2为变电站整体联络架构的修正,基于农网供电线路长,转供能力差的特点对变电站初建联络架构进行修正。这两步由粗到细、循序渐进地完成变电站整体联络架构的构建。Part2为农网开关优化配置模型,在确定变电站间互相联络,保证系统总成本降低及系统可靠性的情况下,提出采用全寿命周期效能(LCE)指标为目标函数建立数学模型,能在保证开关设备投入后系统总成本降低的同时能较好地提高开关设备投入的效益。
2 变电站整体联络架构的建立
2.1 基于分区加权Voronoi图建立变电站初始联络矩阵
分区加权Voronoi图是常规Voronoi图的一种扩展形式。根据常规Voronoi图[9,10,11]的概念和性质,设平面上n个点的集合为S={P1,P2,…,Pn},对每个生成元Pi(i=1,2,…,n),以Pi为原点,水平向右为坐标轴正方向,建立极坐标系,将生成元Pi周围区域分为mi个扇区,以θ=αij(j=1,2,…,m)为扇区分界线,其中,0<αi1<αi2<…<αim≤2π,并且每个扇区赋以权重λij(j=1,2,…,m),称:
当j≠mi时,p在射线θ=αij与θ=αi(j+1)之间;当j=mi时,p在射线θ=αi1与θ=αimi之间;为Pi在第j扇区权重为λij的Voronoi区域。其中,D(p,pi)=d(p,pi)/λij,D(p,pi)为p和pi间的加权距离,d(p,pi)为p和pi间的欧氏距离。
设供电区域内有n座变电站,第i座变电站j个扇区信息采用(xi,yi,λij)的有序数对表示,其中(xi,yi)表示第i座变电站的地理位置坐标,λij表示第i座变电站j扇区的权重,其中为第i座变电站主变容量;为第i座变电站第j扇区平均负荷密度,则每个变电站扇区可抽象成平面上以λij为权数的分区加权Voronoi图。基于分区加权Voronoi图建立变电站初始联络矩阵的流程如图2所示。
从工程实际的角度出发,具有供电区域交集的2座变电站联络的可能性最大。为此,本文根据分区加权Voronoi图建立变电站初始联络矩阵。
2.2 变电站间联络约束条件
为了保证当一条馈线上发生故障时,将故障段隔离后,能够从与之通过联络开关联接的其他馈线得到足够的转移电量,即线路的转供能力应该控制在合理的范围内。基于此,建立如下线路转供能力约束条件:SLa≤Sab剩余(b∈Ωa a=1,2,…,n),其中:Ωa为可以与馈线a通过联络开关相联接的其他馈线集合;SLa为馈线a上的总负荷;Sab剩余为可以与馈线a通过联络开关相联接的其他馈线b的剩余容量。n为可以与馈线a通过联络开关相联接的其他馈线数。
同时,为了保证线路进行站间负荷转供时线路末端负荷点的电压质量合格,要求限制转供线路的长度,即变电站间的互联线路的总长度应该控制在合理范围之内[12]。基于此,建立如下变电站间转供线路长度约束条件:
其中:dmin表示供电区域内变电站间合理的转供线路长度;lo、lc分别表示满足末端电压损耗要求的架空和电缆线路转供总长度;η表示地区线路的平均曲折系数。
2.3 变电站间联络矩阵的建立
结合变电站间初始联络矩阵Ub和变电站间线路转供能力约束与转供线路长度约束等条件,确定变电站的联络矩阵Us,构建供电区域内变电站间的整体联络架构,基本流程图如图3所示。
变电站联络矩阵Us的计算方法如下:
上式中dij为变电站i、j间的距离。
特别指出,当变电站i和变电站j间存在不可跨越的天然屏障(如高山、河流等),则可认为dij=∞。
3 基于全寿命周期效能的开关优化配置模型
3.1 全寿命周期成本
1)设备的一次性投资费用
开关设备的一次性投资费用由式(1)给出:
式(1)中CI'为开关的一次性投资费用;M为开关规划项目中的各种开关设备的集合,ni为第i种开关的数量,Ci为第i种设备采购成本和施工安装成本;Ci O为开关规划项目其他费用。
2)设备一次性投资现值对应的等年值
在全寿命周期成本计算中,需要对投资进行等年值的转换,其公式由式(2)给出:
式(2)中i为贴现率;n为开关的经济使用年限。
3)运行维护费用
开关每年的运行维护费用按其投资的百分数给出:
式(3)中Ko为一个固定比值,通常取5%。
4)停电损失费用
系统每年的停电损失费用由式(4)给出[5]:
式(4)中m为系统的负荷数;Ri为节点i每千瓦负荷的平均停电持续时间对应的平均停电损失费用;Li为节点i的负荷容量;λi为负荷点i的故障率。
5)报废残值
开关设备报废残值等年值费用由式(5)给出:
式(5)中KD为残值系数;
6)全寿命周期成本
开关规划项目的全寿命周期成本由式(6)给出:
3.2 全寿命周期效能
为提高农村配电网的投入产出比、开关设备投入产生的效益,定义全寿命周期效能如式(7)所示:
式(7)中:ES为设备投入的效益。设备投入的效益ES可以是多方面的,只要是投入寿命周期费用后取得的效果,都可视为效益,通常包括经济效益、价值、效果等。开关设备投入后,由于线路负载率的提高、供电量的增大而直接获得电费的收入,由于供电可靠性的提高、故障停电情况的减少所带来的优质优价及“少供电量”的减少等,还有隐形效益如企业形象提高所产生的品牌价值等等,均是设备投入的效益。
本文主要考虑由负载率提高与故障率减少两方面产生的效益:ES=ES1+ES2=k(W-Wp)cprice+μ(χENSPχENS)cprice。
上式中,k=i/[(1+i)n-1]为终值转换为等年值;ES1=k(W-Wp)cprice为寿命周期费用投入后,系统供电量从Wp增大到W直接获得的等年值售电收入,cprice为售电价格,ES2=μ(χENSP-χENS)cprice为寿命周期费用投入后,系统每年售电量不足期望从χENSP下降到χENS后,减少的故障成本以及相对于的赔偿金额,μ为比例因子,与赔偿、不良影响有关[13]。
3.3 数学模型的建立
基于全寿命周期效能的开关优化配置数学模型如下:
约束条件为R≥R0且CLCC≤CLCC0。其中,R0为预定达到的可靠性指标,CLCC0为未投入开关时的初始成本。对式(8)这类非线性规划问题的求解,可采用参考文献[14]中的改进的粒子群算法进行求解。具体计算过程,这里不再赘述。
4 算例分析
某规划区域内包含3座35 k V变电站,编号为S1、S2、S3,三者均为IEEE RBTS-BUS6主馈线F1~F3系统,为简化与一致性,将S1、S2、S3三个变电站的扇区以平均角度划分为3等份,S1、S2、S3变电站的空间坐标分别为:(3.52 km,3.97 km)、(3.68 km,0.94 km)、(7.64 km,1.22 km),系统馈线长度和负荷数据参见参考文献[15],开关设备投资现值为2.5万元 / 台,经济使用年限为20年,贴现率为0.1,每年的运行维护费用按投资费用的10% 计算,残值系数为5%,平均售电价格取0.52元 /(k W·h),线路和负荷点的平均故障率分别为0.1次 /(km·a)、0.01次 /(km·a),其中平均修复时间分别为4 h/ 次、10 h/次,预定达到可靠率为0.999 8。系统接线图如图4所示,其中F1、F2两条主馈线为环网线路,主馈线F3为单辐射线路。
1)基于变电站空间坐标,生成表征变电站供电范围的分区加权Voronoi图,如图5所示。
在此基础上,建立变电站初始联络矩阵:
2)计算变电站间联络约束条件
分析区域内10 k V中压线路的参数、线路负载、线路转供能力,线路参数、负载、线路转供能力如表1所示。
分析区域内10 k V中压线路的参数与负荷分布模型,计算站间合理转供线路长度如表2所示。
由表1、表2可知,线路满足转供能力约束条件,线路转供约束条件为dmin=3.608 km。
3)结合变电站初选联络矩阵和变电站间联络约束条件,建立变电站联络矩阵Us:
由变电站联络矩阵可知,变电站S1与变电站S2可以通过增加联络开关形成站间联络。
4)在确定变电站间相互联络的情况下,分别对S1系统与S3系统建立基于全寿命周期效能指标的开关优化配置数学模型,采用改进的粒子群算法进行求解,计算结果如表3所示。
由表3可知,S1与S3系统配置开关后,与系统未配置开关时相比,系统的总成本明显降低。S1系统的全寿命周期效能大于1,说明该系统单位收益大于单位LCC,而S3系统的全寿命周期效能小于1,说明S3系统的单位LCC收益小于S1系统的单位LCC收益。这是由于系统S1与系统S2形成了站间联络,同时,其可靠性也高于S3系统。
5 结语
江阴市配电网开关优化配置的研究 篇7
城市配电网是一个高负荷、多用户的复杂系统。配电网规划应与城市发展规划相互配合, 以满足社会经济发展和人民生活水平不断提高的电力需求。
如果简单的追求导线绝缘化率、电缆化率以及配电变压器的低损耗率等指标, 而忽视配电网中网络结构, 那配电网的运行水平和可靠性将难以得到提升。因此需要对配电网线路的结构进行优化调整, 而对线路分段和联络开关的调整, 适当增加开关数量将有效的提高线路的负载率和负荷转移能力, 提高配电网可靠性。因此分段开关的优化配置已成为配电网规划设计的一个重点。
1中压配电网分段开关优化配置的研究
1.1配电网分段开关优化配置的数学模型
配电网分段开关的优化配置是在原有配网网架与开关设备安装的基础上, 通过选择新增分段开关的数量、安装位置的优化配套, 使得系统综合年费用最小并满足供电可靠性要求。系统综合费用一般由分段开关投资费用、运行维护费用和停电损失费用组成。
1分段开关的投资费用:分段开关投资现值可以转化为等年值进行经济评价:
式中:Nj—分段开关的数量, CS—分段开关单台费用;i—投资回收率;Pj—分段开关使用年限。
2运行维护费用。分段开关每年的运维费用CW可以由投资费用的占比给出:CW=CNC1, 式中:CN-年运维费用占费用的百分比。
3停电损失费用。
用户停电损失的确定相当复杂, 它与许多因素有关, 主要停电发生的时间、停电提前通知时间, 停电持续时间和停电频率四个方面组成。用户的停电损失和很多的相关因素有关, 主要与缺电时间、缺供电量、缺电持续时间及负荷类型相关。而停电损失评估方法主要为平均电价折算倍数法、产电比法和总拥有费用法。通过上述两个方法的加权平均来计算停电损失费用CL:
式中:WENS—期望缺供电量;K—产电比;α1—产电比加权系数;α2—平均电价折算倍数法加权系数;b—单位停电电量电价与平均电价的比值;d—平均电价。
综合分析分段开关配置的投入费用、运维费用和停电损失费用的数学模型为:
目标函数:min C=min (C1+CW+CL)
约束条件为:
(1) 可靠性约束:用户可以选择不同的可靠性要求, 配电网的可靠性需满足用户要求, R≥R0
式中:R—在分段开关优化配置方式下的可靠性指标;R0—用户所要求的最低可靠性水平。
(2) 节点电压约束:Vimin≤Vi≤Vimax
式中:Vi—第i节点电压;Vimin—第i节点电压的最小值;Vimax—第i节点电压的最大值。
(3) 线路电流约束:Ii≤Iimax
式中:Ii—第i条支路电流;Iimax—第i条支路允许的最大安全电流。
(4) 缺供电量约束:
式中:Wmax—最大缺供电量;8760—每年的小时数;SA—供电可用率;P—线路总负荷。
1.2遗传算法在分段开关优化配置使用的流程
遗传算法是根据优胜劣汰的方法进行搜索和优化, 需要考虑目标函数和条件, 采用“0, 1”变量进行优化, 在配电网分段开关优化配置中应用一般遗传算法的流程:
1染色体的编码:采用二进制编码, 每个优化方案对应遗传算法中一个个体, 开关的位置为基因个数, 开关位置对应染色体中的一位基因值, 基因值取0、1表示是否安装分段开关。
2群体初始化:遗传算法随机产生600个个体, 组成一个初始种群, 为保证初始个体基因间关系正确, 可以按照染色体编码中基因顺序来随机生成每一个基因, 在生成过程中逐个调整基因间的相互的关系。
3适应度计算:适应度是衡量个体作为全局最优解的可接受程度的一个非常重要的指标。适应度函数由目标函数变换而成的, 系统综合费用越少则代表个体越优秀, 因此我们选取它的倒数为适应度函数, 适应度最高的情况也是出现最优解的情况。
适应度函数:
4遗传操作:选择算子时, 采用适应度比例选择法, 设群体大小为N, 个体适应度fi, 个体i被选的概率Psi, 概率Psi反映i的适应度值在群体适应度总和的比率, 个体的适应度值越大, 则越容易选中。
交叉操作采取一点交叉, 交叉概率为Pc, 在个体串中随机选择一个交叉点, 在随机变量在[0, 1]间, 当随机变量的值小于Pc时, 两个个体在改点前后进行部分互换, 形成新个体。
为形成特征的新特点, 需要采用变异操作, 从而形成全局最优, 可采用随机节点的方法进行变异, 在[1, n]间采取产生的随机数已制定染色体的基本变化位置, 变异概率为Pm, 当随机变量的值小于Pm时, 所在位置的基因因此就发生了变异。
1.3改进遗传算法在开关优化配置中的应用:
本改进遗传算法为自调节遗传算法, 通过提出调整算子来实现防止遗传算法陷入“早熟”的情况。配电网分段开关优化配置过程中采用一般遗传算法经过交叉、变异算子操作后, 每个染色体基因值就发生了一定的改变, 可能会与约束条件相违背。这种问题出现时, 在交叉和变异操作之后, 立即采用调整算子进行调整约束, 对变异概率采用调节算子进行动态调整, 具体操作过程如下:
(1) 调整算子:
经过交叉算子或变异算子操作, 新产生的染色体集合, 取出第一个个体;记录该个体发生交叉或者变异的基因位置K;由个体的第一个基因至最后一个基因为止, 分别与第K个基因进行校验, 看是否满足约束条件, 如果满足就通过, 不满足就进行修正;接着校验个体中发生交叉或变异的第K+1个基因到该个体最后一个发生变化的基因为止, 如果最后所有个体均已校验结束, 就完成了调整过程, 跳转到下一个体并进入第二阶段。
(2) 调节算子
变异概率Pm将影响算法的收敛性, 如果Pm取值过大, 遗传算法就变成了纯粹的随机搜索活动, 很大程度下降低了遗传算法的效益, 如果Pm取值过小, 产生新的个体结构将十分困难, 将使遗传算法陷入到搜索局部最优解中, “早熟”可能性将大幅增加。在遗传算法趋于早熟时, 如果提高变异的概率值, 将获得多样性的群体, 对于群体中任意a, b个体和整个群体的相异度分别为:
式中:l—基因链长度;αj—α基因连锁的第j位基因;bj—b基因连锁的第j位基因;N—群体中个体总数。
将调节算子安排在每次迭代过程中变异操作之前来对变异概率P进行动态调整, 其调整过程为:
式中:dt—群体的相异度;σ—群体相异度门槛值;△Pm=0.1;Pm0—变异概率P的初始取值;Pmˊ_Pm上一次迭代的取值。
2基于改进遗传算法的配电网分段开关优化配置在江阴的应用
10千伏定山线与10千伏龙潭线线路互联, 其中定山线主干线路长度4.83公里, 其中架空型号为LGJ-185, 电缆截面300, 装见容量14100k VA, 负荷3.545MW, 安装分段开关1台, 负荷主要为工业和居民用电;10千伏龙潭线主干线路长度1.41公里, 架空型号为LGJ-185, 电缆截面为300, 线路装机容量10435k VA, 平均负荷为3.956MW, 主干线安装开关1台, 分支线安装开关3台, 主要为周西工业集中区工业负荷。任意线路故障时合上联络开关可以满足负荷转供要求, 两条线路主干线的分段均2段。
对两条线路示图分别进行简化, 线路的节点长度和负荷数据省略。设分段开关每台投资限值为2万元, 投资回报率为10%, 经济使用年限为30年, 分段开关年运行维护费用为投资费用百分数的3%, 产电比法的加权系数为0.36, 平均电价折算倍数法的加权系数为0.64, 产电比为6.65元/千瓦时, 电价倍数为25, 平均电价为0.52元/千瓦时, 线路平均故障率为0.1次/年, 线路平均修复时间为3小时/次, 分段开关倒闸时间为30分钟/次, 上述地区属于乡镇工业和居民区, 供电可靠率下限取值为99.99%, 见图1。
对开关优化配置方案后进行分析, 10千伏龙潭线分别在4-6、10-12、16-18安装3台分段开关时, 综合总费用最小, 可靠性达到0.999955;10千伏定山线分别在28-31、33-35、37-39、43-45安装4台分段开关时, 综合总费用最小, 可靠性达到0.999937。而原两条线路分别安装在8-10、35-37各安装了一台分段开关, 开关数量明显不足, 位置也不太合适, 更难以满足可靠性和经济性要求, 因此可以在今后的改造工作中应予以完善。
结语
本文针对城市配电网主馈线分段开关设置的非线性问题, 提出了基于改进遗传算法的分段开关优化设置分析方法, 通过引入增加调整算子和调节算子的自调节遗传算法, 以综合费用为目标函数, 将可靠性转化为缺供电量作为约束条件, 提出了基于改进遗传算法的分段开关优化设置分析方法, 消除了算法的局限性, 并通过在江阴地区10千伏单环网线路分段设置进行优化计算, 验证了改进方法的可行性。
摘要：配电网是电力系统的重要组成部分, 配电网规划的是电网建设基础。本文针对城市配电网主馈线分段开关设置的非线性问题, 提出一种遗传算法分段开关优化设置的分析方法, 通过引入增加调整算子和调节算子的自调节遗传算法, 以综合费用为目标函数, 将可靠性转化为缺供电量作为约束条件, 并对线路分段开关优化配置进行了验证。利用分段开关优化配置算法方法, 对江阴地区典型单联络架空线路的分段设置进行了计算和分析。
关键词：江阴电网,改进遗传算法,分段优化配置
参考文献
[1]李敏强, 寇纪凇, 林丹, 等.遗传算法的基本理论与应用.北京:科学出版社, 2002
配电开关柜 篇8
关键词：240V,高压直流,配电保护,直流型断路器
一、前言
在数据中心供配电系统中，通信用高压直流供电作为一种新型的供电方式，由于其在高可靠性、节省经济投资、节能降耗等方面的优势，并随着240 V高压直流供电系统的通信行业标准的起草与实施，以及高压直流系统在试点机房的稳定运行案例，通信用高压直流供电系统已在我国通信行业逐步推广应用。作为一种新型的供电方式，240 V高压直流供电系统与传统的UPS交流供电系统及-48 V直流供电系统在供电方式、配电保护开关选择上均有一定的差异，本文主要结合高压直流供电系统的特点，分析高压直流供电系统配电保护开关选用的原则。
二、240 V高压直流供电系统供电方式
YDB037-2009《通信用240 V直流供电系统技术要求》(以下简称“《技术要求》”)是目前在我国通信行业指导高压直流供电系统研发、设计、建设、检验、维护等方面的重要标准及依据，该报告规定了通信用240 V直流供电电源系统的组成、系列、要求、试验方式等，适用于通信局站和数据机房中向交流输入电压范围为110 V～240 V的通信设备供电，标称电压为240 V的直流供电系统。
本文中所述的高压直流供电系统的直流输出电压标称值为2 4 0 V，系统输出电压可调范围为216 V～312 V。
按照目前高压直流供电设备的原理及其结构特点，高压直流供电系统的供电方式如图1所示。
目前通信行业数据中心高压直流供电系统基本采用市电作为主用电源，后备发电机作为后备电源的交流电源输入，经过高压直流设备输入滤波、工频整流、DC/DC变换、高频滤波等一系列电路环节后，输出电压标称值为240 V的直流电源，通过分配电回路为机房设备提供标称电压240 V直流电源;后备蓄电池直接连接在直流输出端上，当市电中断时，后备蓄电池组通过直流输出屏直接向负载提供240 V直流电源。
与传统的UPS供电系统不同的是，传统的UPS供电系统输出的是380 V或220 V交流电源;与传统的-48 V直流供电系统不同的是，传统的-48 V直流供电系统输出的是-48 V直流电源;而高压直流供电系统输出的是240 V直流电源，因此，《技术要求》对高压直流供电系统的设计也提出了相关规定：系统采用悬浮方式供电，系统交流输入应与直流输出电气隔离，系统输出应与地、机架、外壳电气隔离，正、负极均不得接地，以保证人身安全及系统可靠运行。
三、高压直流供电系统配电保护开关选用
（一）高压直流供电系统的交流输入开关采用交流断路器
随着我国通信业务的急速发展和网络设备建设规模的不断扩张，通信电源供电系统的设计容量也越来越大，目前我国UPS系统容量达到800 kVA已经屡见不鲜了，传统的-48 V直流供电系统设计容量最大达到3 000 A。《技术要求》建议高压直流供电系统单个系统容量最大不宜超过600 A，目前，国内现有在线高压直流供电系统也基本参照这个标准建设的。
目前，高压直流设备厂家提供的产品资料显示，市电交流输入部分基本要求“三相四线制+PE保护接地线输入”。在高压直流供电系统设计上，市电输入部分的交流配电要求采用交流断路器，并应设置过流、过电压、欠电压、缺相保护;每一个整流模块输入应配置独立的断路器。
（二）高压直流供电系统的直流输出开关需采用直流型断路器或熔断器
与传统的UPS供电系统及-48 V直流供电系统不同的是，高压直流供电系统输出的是240 V直流电源，输出电源为直流电流，而且电压值较高，灭弧较困难。下面从交流及直流系统的灭弧原理进行简单分析，如图2和图3所示。
从上述交流电源跟直流电源对应的波形图可看出，交流电流的每个周期均存在自然过零点，当断路器触头分断电流时产生的电弧经自然过零点自然熄灭，过零点之后弧隙电压由零逐渐上升，此时只要断路器断口的绝缘介质恢复速度快于弧隙电压上升速度，当弧隙电压不足以击穿其间距时，断口绝缘介质不会被再次击穿，电弧就不会重新点燃。因此，交流系统在过零点容易熄灭电弧，交流型断路器的灭弧系统也相对较简单。而直流电流不存在过零点，电弧产生后会在一定的维持电压下持续燃烧，直流型断路器的灭弧一般需要采取特殊的材料隔栅，利用加速电弧窄缝分段技术限制电弧的扩散，来提高限流作用，使弧隙电压不足以维持电弧持续燃烧，达到熄灭电弧的目的;或者采用在灭弧室有限的空间内增大电弧长度，增大直流电弧的总压降，提高直流电弧的静伏安特性，促进直流电弧的熄灭。因此，直流灭弧要比交流灭弧困难得多，交流型断路器与直流型断路器在结构跟性能上均有很大区别，直流型断路器的灭弧室熄灭直流电弧的性能也要比交流型断路器优良得多。
断路器分断电流时所产生的电弧如不能及时熄灭，将烧损触头、损坏绝缘，甚至会引起断路器的爆炸造成火灾，因此，高压直流供电系统在设计及使用上，不能直接采用原先的交流型断路器配置在直流输出线路上，而应选用专门针对直流设计的直流型断路器。
（三）高压直流供电系统的直流输出开关需采用双极断路器
在传统的-48 V直流供电系统的设计中，由于系统正极是接地的，始终保持地电位，而且系统电压比较低，不会对人身安全造成严重威胁，因此，一般只在系统负极配置单极直流断路器或者熔断器来进行保护。
而针对240 V高压直流系统来说，由于系统采用悬浮方式供电，系统的正极、负极均不得接地，因此，系统的正极、负极均应安装保护开关，《技术要求》中也明确规定“直流输出全程正负极各级都应安装过流保护器件进行保护”。而且，由于高压直流系统的输出直流电压达到240 V，而系统所采用的断路器都应与系统的直流电压相适应，根据目前几大主流断路器生产厂家的资料显示，单极的断路器大多达不到这个电压等级的要求，经常需要采用串联多极以分担分断电弧电压的方式。因此，也就是说，在高压直流供电系统设计中，直流输出开关需采用双极断路器，建立一个全程双极保护系统。
（四）配电开关选择性保护
配电开关的选择性保护配合方案是保障负荷供电可靠性措施之一，合理的进行配电开关的选择、配置，是高压直流供电系统设计成功的重要检验因素。
配电开关选择性保护配合的需求基于两点：负荷供电可靠性要求及维护管理需求。
作为通信机房设备稳定运行的重要保障，高压直流供电系统配电线路的上下级保护开关，其动作应具有选择性，各级之间应能合理协调配合，防止越级跳闸、故障范围扩大。在开关的选择上，应注意开关脱扣电流、过载长延时、短路短延时等保护功能的匹配，合理选择开关参数。从维护管理需求上，目前通信设备众多，配电线路繁杂，管理分工责任化，因此，也要求配电线路上下级开关应有选择性，以便快速、有效的检查及排除故障。
（五）高压直流供电系统直流输出开关配置方案
1. 直流输出各级配电开关均采用直流型断路器
按本配置方式，从高频滤波后或蓄电池输出的240 V直流输出线路开始，各级输出配电开关均采用直流型断路器，其配置方式如图4所示。
从断路器与熔断器的结构及使用特点来比较，配电开关采用断路器具有相对的优点：系统能够实现保护功能，且保护值可调;供电连续性较好，能够迅速恢复供电;方便隔离检修，能够带负载分断。
2. 直流输出末级开关采用直流型断路器，其余各级开关采用熔断器
上述图4所示的配置方式，虽然全程采用双极直流型断路器能够起到多级保护的作用，但相应的投资成本也会较大，因此，我们在实际的工程实例中，也尝试采用熔断器和直流型断路器组合的方式进行直流输出配电开关的配置。
按本配置方式，除了直流输出末级开关采用直流型断路器外，其他各级配电开关均采用熔断器，其配置方式如图5所示。
工程实践证明，采用熔断器与断路器相结合的这种配置，只要后续维护检修环节上严格按照正确的规程进行操作时，既能满足安全要求，同时又可节省投资，笔者认为，这是一种相对合理的配置方式。
四、结论
本文通过对高压直流供电系统的特点分析，并立足于现行关于高压直流供电系统的行业标准，讲述了直流输出配电开关保护及其选用，强调了直流型断路器在直流输出配电回路上的应用，提供了两种常见的开关配置方式。随着我国在高压直流技术上的进一步研究、发展、成熟，我们相信，高压直流供电系统也将朝着更加可靠、安全、经济的方向不断发展。
参考文献
[1]《通信用240V直流供电系统技术要求》YDB037-2009, 中国通信标准化协会.
[2].低压配电产品手册, 2009年版, ABB (中国) 有限公司
配电开关柜 篇9
将开关站、配电室放在半地下时, 即使屋内地面做1.0 (1.1) m的电缆沟、0.25～0.30 m的积水坑而垫高, 其屋内地面常常还是比屋外低。因此防止地面水、地下水的进入, 就成了其设计首先要解决的一个问题。
1.1 防地面水进入半地下开关站、配电室
10 kV开关站、配电室的净高度一般不小于3.6m, 电缆沟深度一般1.0 m (20 kV开关站、配电室净高度一般不小于3.7 m, 电缆沟深度一般1.1 m) 。电缆沟、设备下一般有0.25～0.30 m深的积水坑。若有管道通风设备 (如采用SF6设备) , 还需增加通风管道的高度。
如图1所示案例, 屋外覆土层厚度1.5 m, 屋外道路高出屋外覆土层0.1 m, 开关站、配电室门槛高出屋外路面0.5 m。
(1) 第一道防水防线。在大门上面设一个深度不小于1.5 m的雨棚板, 雨棚板每边比大门宽0.5 m。
(2) 第二道防水防线。在大门外紧贴门槛且比门槛低0.1 m位置设一个外集排水槽 (排水槽上盖透水金属板, 下同) , 外集排水槽宽0.25 m、深0.4 m, 长度每边比大门宽0.1 m。外集排水槽的积水就近排入附近的下水井。
(3) 第三道防水防线。大门安装在门槛的外侧, 门槛做成内高外低斜坡, 内侧比外侧高2 cm, 这会让少量从门间隙渗入的水回流至门外。有的设备运行管理单位, 在门内侧紧贴门处, 加装可拆卸式防小动物进入的挡板, 板高一般0.3～0.4 m, 板的外侧须光滑, 以防小动物从板上爬入屋内。这种挡板经济实用, 同时也能起到一定的阻水作用, 值得推广。
(4) 第四道防水防线。在大门内紧贴门槛的向下第一节台阶上, 设一个内集排水槽, 内集排水槽宽0.15m、深0.2 m, 长度每边比大门宽0.1 m。内集排水槽的积水通过2根直径50 mm排水管排至外集排水槽后, 再排至下水井。
1.2 防地下水进入半地下开关站、配电室
(1) 半地下开关站、配电室外墙高出室外地面0.3m以下的部分及电缆沟下的大底板须作防水处理。
(2) 每根 (进、出) 电缆须预留一根穿电缆用的热镀锌钢管。应视现场实际情况多敷设实际使用管数20% (最低不少于2孔) 的保护管, 作为事故备用孔。
半地下开关站、配电室屋内比屋外低, 防止地下水从电缆穿入沟、孔渗入尤其重要。
实践证明, 预留电缆集中穿入孔及一根管子穿数根电缆的做法, 由于堵料难以塞进电缆间的间隙, 不利于防渗、漏水。
如某些特殊情况下低压电缆较多, 一根管子穿一根电缆造成通道不够时, 可部分采用桥架, 从空中将低压电缆引出至户外电缆沟。
(3) 电缆沟下做1～2个集水坑, 以集排其他偶发因素进入的积水。电缆沟内积水坑的积水抽排, 可由负二层排水系统统一处理, 也可引入负二层地下车库的集水坑, 由其统一排至屋外。
2 半地下开关站、配电室的设备选型
半地下开关站、配电室屋内地面仅比屋外路面略低, 故可按地上开关站、配电室进行设备的选型。因其所处位置略低, 一般属于高潮湿场所, 须在装置内加装去湿电加热器。
2.1 高压开关柜
(1) 开关站。开关柜采用铠装移开式交流金属封闭开关柜, 开关选用真空断路器。
(2) 配电室。采用SF6负荷开关柜。某些特殊情况下, 变压器容量较大, 负荷开关转移电流不够时, 须改用真空断路器柜。
(3) 对某些特别潮湿的地区, 半地下开关站、配电室宜选用SF6全绝缘充气柜。
2.2 变压器
选用SCB10型及以上节能环保、防潮、低噪音的包封绝缘干式变压器, 配温控装置和冷却风机, 带有金属外壳。变压器接线组别为D, yn11, 设置主变压器超温远程告警装置。由于占地面积大、防火要求高等原因, 半地下开关站、配电室不建议选油浸式变压器。
2.3 低压开关柜
应选用抽屉式成套柜: (1) 进线总柜、联络柜配置电子控制的框架式空气断路器, 配置电动操作机构。 (2) 出线柜开关采用塑壳空气断路器, 配电子脱扣器 (带三段保护) ;当出线电流大于400 A时, 采用框架式空气断路器。
2.4 通风、散热、设备运输
一般采用自然通风, 通风必须完全满足设备散热的要求, 同时要考虑事故排风装置。并设置防止雨、雪及小动物从通风设施等通道进入室内的措施。
半地下开关站、配电室常温时可通过开启排风换气降温, 同时配备分体空调器。高温时采用空调器, 满足室内设备运行所需环境温度。半地下开关站、配电室一般湿度稍大, 必要时开启分体空调器抽湿。空调器开启时应手动关闭进风百叶窗以节约能源。
半地下开关站、配电室的开关柜, 如采用SF6设备, 应设置SF6浓度报警仪, 底部应加装强制排风装置, 并设置专用排风通道抽排至室外地面。
半地下开关站、配电室应具有能保证人员和设备进出的通道, 设备通道高度为站内最高设备高度加0.3～0.4 m, 其最小宽度为站内最大设备宽度加1.2 m。应具有2条以上人员进出通道。