朱建生

（上海送變電工程公司，上海 200235）

0 引言

變電站交直流系統(tǒng)的改造，涉及電網(wǎng)的安全運(yùn)行和發(fā)電效益，因此盡量縮短改造過(guò)程中交直流屏的失電時(shí)間，有利于電網(wǎng)安全運(yùn)行和社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)。此外，交直流系統(tǒng)改造工藝如果采用單純端子排過(guò)渡，將使整個(gè)系統(tǒng)失去保護(hù)，存在交直流系統(tǒng)越級(jí)跳閘并且損壞電氣設(shè)備。針對(duì)變電站改造項(xiàng)目中經(jīng)常遇到交直流系統(tǒng)臨時(shí)供電過(guò)渡的棘手問(wèn)題，通過(guò)自主研制一種臨時(shí)過(guò)渡供電裝置，有力提高了供電可靠性以及提高了工作效率。

1 交流配電箱設(shè)計(jì)方案

交流配電箱的設(shè)計(jì)構(gòu)想為制造一個(gè)單路供電的交流配電箱，配電箱與原交流屏構(gòu)成雙路供電系統(tǒng)，改造時(shí)可將原交流屏負(fù)載全部轉(zhuǎn)移至配電箱，完成負(fù)載轉(zhuǎn)移后切換到新交流屏；新交流屏也與配電箱構(gòu)成雙路供電系統(tǒng)，將負(fù)載轉(zhuǎn)移至新交流屏。這樣，通過(guò)配電箱、原有開(kāi)關(guān)柜或屏柜內(nèi)的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，進(jìn)行負(fù)載的“無(wú)縫”轉(zhuǎn)移，保障系統(tǒng)安全。

1.1 確定交流負(fù)載電流

按照《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第三版，2005年）提供的計(jì)算方法和經(jīng)驗(yàn)公式，設(shè)計(jì)交流配電箱時(shí)，先要確定變電站全站正常運(yùn)行下的負(fù)載情況。通過(guò)查閱原始設(shè)計(jì)圖紙以及到現(xiàn)場(chǎng)勘查設(shè)備，匯總了35 k V變電站站內(nèi)日常負(fù)載數(shù)據(jù)，用于確定正常運(yùn)行時(shí)站內(nèi)的實(shí)際電流。實(shí)際電流是指考慮到綜合損耗等相關(guān)因素，實(shí)際電流＝計(jì)算電流×損耗系數(shù)。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，損耗系數(shù)按經(jīng)驗(yàn)數(shù)取1.1。

35 k V變電站設(shè)備一般分兩段布置，所以開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的加熱器、照明、儲(chǔ)能分兩段考慮，照明負(fù)載較小，實(shí)際計(jì)算時(shí)與加熱器綜合考慮；開(kāi)關(guān)柜內(nèi)儲(chǔ)能電機(jī)工作時(shí)會(huì)有短暫涌流功率，每臺(tái)約為500 W，但實(shí)際電機(jī)同時(shí)啟動(dòng)概率較小，故不做考慮。

根據(jù)站內(nèi)電氣設(shè)備的容量、數(shù)量、功率因數(shù)及上述原則，按實(shí)際電流算式計(jì)算，分別可得開(kāi)關(guān)柜內(nèi)加熱器單相電流為50 A，開(kāi)關(guān)柜內(nèi)照明單相電流為6 A，開(kāi)關(guān)柜內(nèi)儲(chǔ)能電機(jī)單相電流為60 A，站內(nèi)照明燈及插座三相電流為100 A，風(fēng)機(jī)電流為10 A，空調(diào)電流為35 A，潛水泵電流為10 A，直流屏80 Ah電流為35 A，檢修電源電流為45 A，有載調(diào)壓裝置電流為5 A。

1.2 確定交流最大負(fù)載電流

在明確站內(nèi)負(fù)載后進(jìn)行三相配平，可以確定站內(nèi)交流最大負(fù)載電流，用于確定配電箱的總進(jìn)線開(kāi)關(guān)容量。配平電流是指單相電流進(jìn)行三相負(fù)載平衡后的各相電流，最大相配平電流作為等值三相電流。

開(kāi)關(guān)柜內(nèi)照明、加熱器分兩段，考慮到核相問(wèn)題，均取A相配56 A；開(kāi)關(guān)柜內(nèi)儲(chǔ)能電機(jī)也分兩段，考慮到核相問(wèn)題，均取B相配60 A。根據(jù)照明負(fù)載分布情況，A相配15 A（3層照明），B相配15 A（3層插座及其他），C相配70 A（一、二層照明及插座）；全站風(fēng)機(jī)配C相10 A。最終，A相的配平電流為56 A＋15 A＝71 A，B相的配平電流為60 A＋15 A＝75 A，C相的配平電流為70 A＋10 A＝80 A，三相電流基本平衡，等值三相電流為80 A。

實(shí)際最大負(fù)荷計(jì)算有兩種方法：

1）實(shí)際負(fù)載＝總負(fù)載×應(yīng)用系數(shù)，應(yīng)用系數(shù)為0.3～0.4，即實(shí)際負(fù)載＝（80＋35＋10＋35＋45＋5）×0.4＝84（A）。

2）根據(jù)實(shí)際使用情況確定負(fù)載量。更換整套交流屏工時(shí)需要5～6 h，主要負(fù)載可能是站內(nèi)空調(diào)、直流屏以及開(kāi)關(guān)柜內(nèi)加熱器，即實(shí)際負(fù)載＝35＋35＋50＝120（A），此電流為站內(nèi)可能出現(xiàn)的最大負(fù)載數(shù)。

考慮到改造設(shè)備的不確定風(fēng)險(xiǎn)因素，配電柜建議采用120 A以上的總進(jìn)斷路器。

1.3 選擇微型斷路器

通過(guò)計(jì)算負(fù)載電流確認(rèn)選用的開(kāi)關(guān)，按已有變電站規(guī)模，推薦設(shè)置16路出線，其中13路涵蓋35 k V變電站絕大多數(shù)交流回路，另設(shè)3路備用，保證特殊情況下施工正常進(jìn)行。一、二段開(kāi)關(guān)柜內(nèi)加熱器、照明回路各用1只5SJ6332（微型斷路器）；一、二段開(kāi)關(guān)柜內(nèi)儲(chǔ)能電機(jī)回路各用1只5SJ6332；3層站內(nèi)照明燈及插座回路分別用2只5SJ6340，1只5SJ6332；風(fēng)機(jī)回路采用1只5SJ6316；空調(diào)回路采用1只5SJ6340；潛水泵回路采用1只5SJ6316；直流屏80Ah回路采用1只5SJ6340；檢修電源回路采用1只5SJ6364；有載調(diào)壓裝置（電機(jī)、控制及照明）回路采用1只5SJ6310；其他備用回路分別用3只5SJ6364、5SJ6332、5SJ6316。

2 直流配電箱的設(shè)計(jì)方案

直流配電箱的設(shè)計(jì)構(gòu)想與交流配電箱類(lèi)似，但電源涉及蓄電池組及其單向保護(hù)。

2.1 負(fù)載特征分析

直流負(fù)載按負(fù)載特征可分為經(jīng)常負(fù)載、事故負(fù)載和沖擊負(fù)載3種。

2.1.1 經(jīng)常負(fù)載統(tǒng)計(jì)

經(jīng)常負(fù)載是指變電站內(nèi)直流系統(tǒng)在正常運(yùn)行和事故工況下，系統(tǒng)均能可靠供電的負(fù)載量。以35 k V趙屯變電站為例，采用南瑞的綜合保護(hù)裝置，測(cè)控裝置功耗小于25 W，保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)小于50 W。測(cè)控裝置參照保護(hù)裝置考慮，操作箱參照測(cè)控裝置考慮。

35 k V線路測(cè)控裝置負(fù)載：4×25 W＝100 W。35 k V分段及電壓互感器（TV）并列裝置負(fù)載：3× 25 W＝75 W；35 k V線路保護(hù)裝置負(fù)載：4×50 W＋4×25 W＝300 W；35 k V母線及故障錄波裝置負(fù)載：2×50 W＝100 W；35 k V和10 k V分段備自投及TV并列裝置負(fù)載：2×50 SW＋2×25 W＝150 W；主變保護(hù)裝置負(fù)載：3×5×50 W＝750 W；主變測(cè)控裝置負(fù)載：3×4×25 W＝300 W；10 k V保護(hù)裝置負(fù)載：20×25 W＝500 W；小電流選線及低周減載負(fù)載：2×50 W＝100 W；全站電能表輔助電源負(fù)載：54×3 W＝162 W。

2.1.2 事故負(fù)載統(tǒng)計(jì)

事故負(fù)載是指直流系統(tǒng)在交流電源系統(tǒng)事故停電時(shí)段內(nèi)可靠供電的負(fù)載。35 k V變電站的事故負(fù)載分為事故照明負(fù)載和自控裝置UPS電源裝置兩種。

目前，變電站的事故照明系統(tǒng)大多采用節(jié)能燈具，用電量較少，可選1.6 k W計(jì)算。UPS電源主要供后臺(tái)系統(tǒng)、通信交換機(jī)等設(shè)備使用，可選3 k W計(jì)算。

2.1.3 沖擊負(fù)載統(tǒng)計(jì)

事故負(fù)載在短時(shí)間內(nèi)會(huì)施加較大的負(fù)載電流。沖擊負(fù)載出現(xiàn)在事故初期（1 min），稱(chēng)為初期沖擊負(fù)載；出現(xiàn)在事故末期或者事故過(guò)程中稱(chēng)隨機(jī)沖擊負(fù)載（5 s）。彈簧操作機(jī)構(gòu)的斷路器的分、合閘電流一般為2 A。

2.2 確定直流負(fù)載電流

通過(guò)計(jì)算用電量確定負(fù)載大小，再根據(jù)負(fù)載大小選擇直流斷路器是較為常用的方法，但有2個(gè)問(wèn)題會(huì)制約通過(guò)計(jì)算電流確定的微型斷路器的容量。

1）每個(gè)變電站的保護(hù)裝置、遠(yuǎn)動(dòng)裝置及自動(dòng)化裝置各不相同，雖然可以統(tǒng)計(jì)到相應(yīng)的設(shè)備容量，但是這些保護(hù)、自控裝置對(duì)變電站關(guān)系重大，在改造過(guò)程中不可能根據(jù)計(jì)算負(fù)載電流來(lái)確定微型斷路器容量，而且運(yùn)行單位也不允許，所以堅(jiān)持參照原有設(shè)計(jì)方案進(jìn)行。

2）在選擇斷路器或是熔斷器的額定電流時(shí)，應(yīng)該首先以每一級(jí)所承受的最大沖擊電流作為依據(jù)，然后參考脫扣特性、熔斷特性以及級(jí)差配合予以綜合考慮。

對(duì)于直流微型斷路器無(wú)論是過(guò)載還是短路引起跳閘，其脫扣器的動(dòng)作都要有一定時(shí)間，要控制2個(gè)型號(hào)規(guī)格類(lèi)似或差別很小的微型斷路器跳閘順序是很難的，甚至根本做不到，即跳閘是隨意的；要做到順序地控制，就必須滿足一些條件，比如上一級(jí)用40 A，下級(jí)用20 A，也就是采用級(jí)差判定，或可采用廠家提供微型斷路器第一、二、三級(jí)的配置方案進(jìn)行設(shè)置，保證它們的參數(shù)和靈敏度有較大的差別。

鑒于上述兩點(diǎn)原因，臨時(shí)配電箱內(nèi)直流開(kāi)關(guān)的選擇采用與站內(nèi)直流屏相應(yīng)回路相同容量的空氣開(kāi)關(guān)，不再另行進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算。

2.3 直流配電箱微型斷路器

根據(jù)已經(jīng)更換直流屏的變電站的直流屏配置情況，擬定直流配電箱的直流空開(kāi)配置，即交流屏信號(hào)電源；35 k V的一段、二段信號(hào)電源；10 k V的一段、二段信號(hào)電源；控制室的控制及信號(hào)電源；消弧線圈及小電流檢測(cè)裝置電源；1號(hào)、2號(hào)主變控保屏控制電源；1號(hào)、2號(hào)主變控保屏信號(hào)電源；輔助設(shè)備電源；備用回路；均采用5SJ5216開(kāi)關(guān)。35 k V的一段、二段控制電源；10 k V的一段、二段控制電源；自動(dòng)化及遠(yuǎn)動(dòng)裝置的電源回路，均采用5SJ5232開(kāi)關(guān)。

3 設(shè)計(jì)配電箱箱體的要求

明確了總進(jìn)開(kāi)關(guān)及分支斷路器容量和型號(hào)后，進(jìn)行配電箱箱體的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)要綜合考慮安全系數(shù)和有利于施工兩個(gè)方面。

1）供電方式 交流配電箱采用單電源供電方式，共16路出線。直流配電箱采用雙電源供電方式，一路蓄電池單元，一路交流整流單元，其中整流單元必須滿足相同負(fù)載，建議配置20路出線。

2）溫度 配電箱符合IEC 947-1有關(guān)溫升的規(guī)定；連接外部絕緣導(dǎo)線的端子不大于70 K；母線固定連接處（銅—銅）不大于50 K；操作手柄的金屬材質(zhì)不大于15 K，絕緣材質(zhì)不大于25 K；可接觸的外殼和覆板，金屬的表面不大于30 K，絕緣的表面不大于40 K。

3.1 進(jìn)線及主母線回路

3.1.1 交流進(jìn)線及主母線回路

1）交流進(jìn)線電源采用高品質(zhì)的160 A塑殼斷路器，假如交流進(jìn)線回路在裝置內(nèi)部發(fā)生短路等故障時(shí)，迅速、可靠地跳閘。

2）主母線不用銅排形式，采用具有同等再流量的銅制多股線作為主母排，端子箱內(nèi)除接地銅排（接地銅排采用25 mm×4 mm紫銅排）無(wú)裸露導(dǎo)體。

3）主母線設(shè)在線監(jiān)察器（電壓表），具有熔絲保護(hù)。

3.1.2 直流進(jìn)線及主母線回路

1）整流器進(jìn)線電源采用閘刀配合熔斷器方式，直流進(jìn)線回路在裝置內(nèi)部發(fā)生短路等故障時(shí)，迅速、可靠地跳閘。

2）蓄電池進(jìn)線電源采用閘刀配合熔斷器方式，直流進(jìn)線回路在裝置內(nèi)部發(fā)生短路等故障時(shí)，迅速、可靠地跳閘。

3）整流器裝置與電源箱通過(guò)電纜連接，聯(lián)絡(luò)電纜有供應(yīng)商提供。

4）蓄電池進(jìn)線及整流器進(jìn)線單元至主母線間設(shè)置足夠容量單向?qū)ㄑb置，防止反向送電。

5）主母線不采用銅排形式，采用具有同等再流量的銅制多股線作為主母排，端子箱內(nèi)無(wú)裸露導(dǎo)體。

6）主母線設(shè)在線監(jiān)察器（電壓表），并設(shè)熔絲保護(hù)。

3.2 饋出回路

1）交流饋線回路 配電采用銅制多股線連接方式，每路饋線輸出均配有高品質(zhì)的西門(mén)子空氣斷路器。賣(mài)方提供的饋線回路應(yīng)滿足各類(lèi)負(fù)載的要求。例如：交流饋出回路16路三相饋線（其中63 A的回路2路，40 A的回路4路，32 A的回路6路，16 A的回路4路），4路單相饋線（其中10 A的回路2路，6 A的回路2路）。

2）直流饋線回路 交流饋線輸出回路目前暫定20路直流饋線（其中32 A的回路6路，16 A的回路14路）。

3.3 柜體要求

1）柜體結(jié)構(gòu)采用2 mm厚的不銹鋼，電纜下進(jìn)式，電纜孔要做好防劃傷措施。

2）柜體下部配置可拆卸鏤空底座，底座高為400 mm，以利于電纜穿入，鏤空底座設(shè)置4只具有定位功能萬(wàn)象輪。

3）導(dǎo)電部分裸露處要有隔離安全擋板，防止人員觸電。

4）柜體整體重量不超過(guò)60 kg，柜體兩側(cè)設(shè)置手拉配，柜體頂部設(shè)置吊物圓環(huán)。

5）柜屏尺寸按圖紙要求設(shè)計(jì)，端子排采用威德米勒公司或鳳凰公司生產(chǎn)的6 mm2端子，結(jié)構(gòu)布置合理，不同回路間用插片隔離，并預(yù)裝20片空端子備用。交流工作電壓為380 V±10%；工頻耐壓為2 500 V／min；防護(hù)等級(jí)為IP30；電壓、電流監(jiān)測(cè)精度為0.5%；功率、電量監(jiān)測(cè)精度為1%；功率因數(shù)為2%；頻率為0.2 Hz。

4 結(jié)語(yǔ)

采用交直流配電箱替代傳統(tǒng)端子排形式，作為交直流改造的主要中間過(guò)渡設(shè)備，將大大提高改造期間的人身安全及設(shè)備運(yùn)行安全。該交直流配電箱目前只配了顯示燈，還未配備報(bào)警裝置，用以增加微型短路器的輔助接點(diǎn)來(lái)判斷回路的狀態(tài)。另外，交直流配電箱的容量還可以進(jìn)一步擴(kuò)展，以滿足大型變電站改造所需。由于缺乏變電站負(fù)載長(zhǎng)期運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)于站內(nèi)各類(lèi)負(fù)載的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)可能有出入，這將在今后的實(shí)際工作中加以改進(jìn)和完善。