軌道交通牽引變電所設計

開關設備的選擇軌道交通牽引供變電技術第六節開關設備的選擇

開關設備包括斷路器、熔斷器、隔離開關和負荷開關等電器，因其各自的技術特性和功能不同，雖然在選擇時所依據的條件有些是相同的，但也各有其特點和不同要求，現分別討論如下。一、高壓斷路器的選擇（一）斷路器類型選擇對于開斷負荷電流和短路電流的高壓斷路器，首先應按使用地點環境、負荷種類及使用技術條件選擇斷路器的類型與型號，即戶內或戶外式，軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

以及滅弧介質的種類。對10～220kV三相系統，廣泛采用少油式或SF6斷路器（當前者不能滿足要求時），也可采用帶有壓縮空氣裝置的空氣斷路器；交流牽引負荷側由于故障跳閘頻繁，從減少運行維修工作量考慮，較普遍采用真空斷路器或SF6斷路器；地鐵與輕軌交通牽引（降壓）變電所交流系統，從安全防火和減少維修考慮廣泛采用真空斷路器。（二）斷路器額定電壓、額定電流的選擇斷路器額定電壓、額定電流應滿足：式中，、分別為網絡工作電壓（kV）和斷路器最大長期負荷電流（kA）。

（9.63a）軌道交通牽引供變電技術（三）按斷路電流或斷路器斷流容量選擇高壓斷路器的額定開斷電流或額定斷流容量應滿足以下關系：

（9.63b）式中，為短路后時間t內短路電流有效值（周期分量），對快速斷路器，取；為短路后t秒短路功率，對快速斷路器，取。為了求得短路電流有效值，必須確定切斷短路的計算時間，即從短路發生到滅弧觸頭分開時為止的全部時間，它等于斷電保護動作軌道交通牽引供變電技術時間和斷路器固有動作時間之和，故。在設計牽引變電所和電氣設備選擇中，由實際選擇的保護裝置與斷路器型號，可得到和的實際值，但無此數據時，一般可按下述情況選取。對快速動作的斷路器，取；而對非快速動作的斷路器，取。對于繼電保護，應按具有最小動作時間的速斷主保護作為動作時間，即。因此，對于快速動作的斷路器，切斷短路的計算時間；對于非快速動作的斷路器。軌道交通牽引供變電技術當發生短路后，因短路電流的非周期分量已衰減近完畢，此時短路電流即為短路周期分量電流的有效值，即。按國際標準規定，國產高壓斷路器中僅計入了20%的短路非周期分量電流。因此，當時，則需計入短路電流的非周期分量，可按短路電流的全電流進行驗算。裝有自動重合閘裝置的斷路器，當操作循環符合廠家規定時，其額定開斷電流不變。（四）短路關合電流和動穩定校驗在斷路器合閘之前，若線路上已存在短路故障，則在斷路器合閘過程中，觸頭間在未接觸時即有巨軌道交通牽引供變電技術大的短路電流通過（預擊穿），更易發生觸頭熔焊和遭受電動力的損壞，且斷路器在關合短路電流時，不可避免地在接通后又自動跳閘，此時再次要求能切斷短路電流。因此，額定關合電流是斷路器的重要參數之一。為了保證斷路器在關合短路時的安全，斷路器的額定關合電流不應小于短路電流最大沖擊值，即一般斷路器額定關合電流不會大于額定動穩定電流，因此，如，則。這說明斷路器在短路電動力作用下是穩定的。

（9.64）軌道交通牽引供變電技術（五）校驗短路時的熱穩定性短路電流通過時斷路器的熱穩定性，可由制造廠給出的在時間t（t分別為4s、5s或10s）內允許通過的熱穩定電流來表征，即在給定時間t內，通過斷路器時，其各部分的發熱溫度不超過規定的短時大容許發熱溫度。因此，短路電流通過斷路器時，其熱穩定條件為式中，為制造廠規定的t秒熱穩定電流；為短路電流發熱效應，。

（9.65）軌道交通牽引供變電技術二、高壓熔斷器的選擇高壓熔斷器用以切斷過負荷電流和短路電流，選擇時首先應考慮裝置的種類與形式，是屋內還是屋外使用，對污穢地區的屋外式熔斷器，還應保證絕緣泄漏比距的要求，以加強絕緣。選擇高壓熔斷器應滿足下列條件：（一）按額定電壓選擇（與斷路器意義相同）對于充有石英砂起限流作用的熔斷器，只在等于其額定電壓的電網中使用，因它要在達到最大電流之前截斷電流，產生較大過電壓（2倍及以上）。軌道交通牽引供變電技術（二）按熔管和熔體額定電流選擇熔斷器額定電流的選擇包括熔管額定電流和熔體額定電流兩者的選擇，并滿足

（9.66）

（9.67）式中，K為可靠系數，一般取K＝1.1～1.3，考慮電動機自啟動或電力電容器組回路時K＝1.5～2.0；為被保護網絡最大長期工作電流（對電力電容器回路，則取額定電流）。軌道交通牽引供變電技術（三）熔斷器開斷電流校驗開斷電流不應小于短路沖擊電流或短路起始周期分量電流，即：

或前者適用于無限流作用的熔斷器的校驗，后者適用于有限流作用的熔斷器，可按短路起始周期分量電流有效值進行校驗。（四）熔斷器選擇性配合的校驗為保證網絡中前后兩級熔斷器之間或熔斷器與（9.68）軌道交通牽引供變電技術

線路繼電保護之間動作的選擇性，應進行熔體選擇性相互配合的校驗。可利用制造廠提供的各種型號熔體熔斷時的安-秒特性曲線，進行動作電流與時間相互配合的校驗，以保證熔斷器動作的選擇性。對于保護電壓互感器用的高壓熔斷器，只需按額定電壓和斷流容量兩項進行選擇。圖9.18例9.7電路圖軌道交通牽引供變電技術三、負荷開關與隔離開關的選擇負荷開關與隔離開關的選擇校驗條件如表9.6所示。負荷開關只能切斷負荷電流，應用范圍有所限制。屋外隔離開關的類型較多，它對配電裝置的運行和占地面積影響較大，應從使用和運行等多方面考慮選擇其形式。表9.6負荷開關、隔離開關的選擇校驗項目

項目名稱額定電壓額定電流開斷充電電流短路關合電流熱穩定動穩定負荷開關隔離開關——注：、分別為額定開斷充電（電容）電流和實際線路的電容電流（與線路長度、電壓值有關）。為等值發熱時間，見本章式（9.30）；為產品給定的熱穩定時間。軌道交通牽引供變電技術【例9.7】選擇牽引變電所110kV出線斷路器，其電路圖如圖9.18所示。已知數據如下：110kV母線短路時，，，繼電保護動作時間，短路容量，斷路器長期工作電流。解：按110kV電壓應采用屋外式斷路器，從上述已知數據確定選用SW4-110型少油式結構。（1）由附錄附表6.1知該型斷路器的固有分閘時間，故短路電流計算時間，則短路電流熱效應為軌道交通牽引供變電技術

（kA2·s）（kA2·s）（kA2·s）

（2）短路時機械穩定性校驗。從已知數據，按選擇斷路器的條件，將已知數據和計算結果與SW4-110型斷路器的技術特性列于表9.7，并進行比較。比較表9.7中所列數據后可知，所選SW4-110型斷路器能滿足正常工作和短路情況下穩定性要軌道交通牽引供變電技術求，可以使用，并另配CD5-XG型電磁操動