取消低压断路器欠压（失压）脱扣功能的危害及对策

取消低压断路器欠压（失压）脱扣功能的危害及对策 取消低压断路器欠压(失压)脱扣功能的危 害及对策 专栏I电力建设 取消低压 1引言 断路器欠压(失压)脱扣功能的危害及对策 摘要:阐述配电网低压断路器欠压(失压)脱扣功能使用现状,讨论取消低压断路器欠压(失压)脱扣功能对 用户设备以及电网运行带来的危害,提出对低压断路器宜采用延时欠压脱扣器及失压脱扣重合闸控制器的解 决,从而使低压断路器欠压(失压)脱扣功能更好地发挥作用. 关键词:低压断路器;欠压;失压:脱扣;自动重合闸 低压断路器也称自动开关,自动空气开关,在交流(直流) 电压1.2(1.5)kV及以下电路中能自动接通,承载和分断正常 条件下的电流,也能在所的非正常电路条件下(如过载,短 路,欠压)自动接通,承载和分断电流. 欠压(失压)脱扣功能是低压断路器带有的一项重要保护 功能,由与其同体安装的欠压脱扣器实现.国标GB14048. 1—2000('f~压开关设备和控制设备总则》规定欠压脱扣器的动 作范围为额定电压7O,35%,零电压(失压)脱扣动作电压是在 额定电压的35,10%E.欠压脱扣器安装在低压断路器内,脱扣 器与衔铁相连的拉杆和断路器的脱扣杆之间留有一定的间隙. 其一般工作原理为:当线路电压正常(85,110%额定电压)时, 欠压脱扣器的衔铁被其铁芯吸住,断路器处于运行(闭合)状 态:当线路电压降,f~rj70%额定电压以下时,欠压脱扣器的铁 芯电磁吸力减小(吸不住衔铁),衔铁脱开并带动拉杆撞击断路 器的脱扣杆,使断路器跳闸】. 欠压脱扣器作为受电网在欠压或失压情况下的保护,体现 在当受电网出现欠压时,欠压脱扣器将瞬动或经一定的延时后 使断路器跳闸,断开电源以保护电线,电缆,家用电器和重要电 力设备.当受电网出现失压时,为防止电网恢复供电时对电气 设备产生冲击,欠压脱扣器也会使断路器跳闸. 由于具有欠压(失压)脱扣功能的低压断路器一般不具备 自动重合闸功能,跳闸后需要运行人员到现场操作合闸,实际 使用中存在误跳闸及跳闸后不能及时重新合闸恢复供电等缺 陷,不但造成用户不必要的损失,也给供电部门带来诸多不便, 因此目前很多低压断路器的欠压脱扣器被取消(闭锁).取消欠 压脱扣器,即取消欠压(失压)脱扣功能,意味着受电网及用户 失去了欠压(失压)保护.本文探讨出现这种现象的原因和可能 导致的危害,并提出一些有意义的建议. 2低压断路器欠压(失压)脱扣功能使用现状 电力系统不可避免地存在瞬时电压波动,闪变,瞬间断电, 例如冲击负载,大型电动机直接启动,供电系统短路故障,雷电 等原因就有可能引起低电压闪变.据了解,有些用户配电系统 0.4kV低压侧带有瞬时欠压(失压)脱扣功能的低压断路器,时 常因为这些原因发生跳闸12].用户往往对突如其来的断电措手 不及,因此意见很大. 另外,线路故障跳闸,限电,检修等情况下,0.4kV低压侧断 路器也会因为欠压脱扣器失压而跳闸.当线路恢复供电时,必 须由人工对低压断路器进行合闸操作:对于有值班电工的配电 房,电工在得到线路复电信息后,可以及时将低压断路器合闸 送电;对于无值班电工或供电部门管理的公用配电房,则必须 由供电部门的运行或抢修人员到现场操作合闸.由于低压断路 器安装面广,使用量大,因此出现上述情况时往往需要供电局 运行检修人员到现场逐一操作合闸,工作量大,恢复供电时间 132 广东科技200810.总第198期 口许小勇 长.另外,对于有些多雷地区或台风季节,或者电力供应紧张的 时候,往往出现刚对恢复供电的线路复电,还没把沿线的低压 断路器合闸操作完,线路又要因气象等因素的影响而限电的情 况. 以上两种现象:?电压短时波动,闪变引起低压断路器跳 闸造成用户突然断电;?检修停电后恢复供电时合闸工作量 大,导致了用户不满意,抢修人员牢骚多,容易导致用户(包括 一 些供电单位)表面地误认为欠压脱扣器利小弊大,因此许多 用户在安装低压断路器时都取消(闭锁)了欠压脱扣器. 3取消欠压(失压)脱扣功能的危害 在配电网中低压断路器的工作位置是在供电设备和受电 设备的连接处,我国低压供电电压为400V,受电电压为380V, 功能上看欠压脱扣器是监测受电网电压的.低压断路器取消 欠压(失压)脱扣功能后,当受电网处于欠压或失压状态时,低 压断路器将不会进行跳闸保护.这样,虽然用户不再因电压波 动带来低压断路器跳闸而断电,供电局也不用在限电或线路检 修后各处逐一人工合闸断路器,但是,这种"解决办法"会对电 网安全经济运行,用户负荷设备,国民经济生产带来程度不一 的损害. 3.1对电网安全经济运行的影响 受电网失压后,由于用户侧低压断路器取消了欠压(失压) 脱扣功能,在线路故障跳闸,限电,检修等情况下低压断路器将 保持闭合.如果电网恢复供电,一方面由于操作过电压和冲击 等原因,会造成瞬间的电压质量劣化,对用户设备造成严重威 胁甚至损坏;另一方面,由于所有线路的低压断路器都保持闭 合,所有用户设备将同时启动,启动电流很大,引起线路瞬时过 载,对电网安全运行极为不利. 另外,国标GB50052—95(供配电系统》规定,中 断供电将造成人身伤亡的,重大政治影响的,重大经济损失的 一 级负荷及部分二级负荷,必须配备备用电源[51.对这一类型的 用户,如果拆除欠压脱扣器,在电网故障断电时,用户侧断路器 将不跳闸,而此时备用电源切入供电将产生电流倒灌的情况, 危害到电网及人身安全. 电网欠压运行,对电网的安全与经济运行都极为不利.在 安全方面,运行电压过低(降到70%额定电压以下)时,将可能 导致电网无功功率缺额增大与电压进一步下降的恶性循环,严 重的最终可能导致配电网系统崩溃,从而造成大面积停电事 故:另外,额定负载时变压器的有功损耗是其空载损耗的几倍 甚至几十倍,因此当传输功率较大时,欠电压运行将导致变压 器过电流16l,并可能因此损坏变压器,进而危及电网安全运行. 在经济方面,配电网传输的功率不变(负载没变化)时,欠电压 意味着过电流,而电流越大配网损耗(线路损耗,变压器损耗, 与电流平方成正比)就越大. 3-2对用户用电设备的影晌 电网用户侧负荷主要有交流电动机及家用电器,且交流电 动机占负荷的很大比例.国标GB50055—9《通用用电设备配电 设计规范》第2-4.10条指出,交流电动机的低电压保护应符合 下列规定:低电压保护器件宜采用低压断路器的欠压脱扣器或 接触器的电磁线圈[/1.即如果用户有使用交流电动机,宜安装欠 压脱扣器. 如果用户侧低压断路器取消欠压(失压)脱扣功能,则当欠 电压很严重(如<70%额定电压)时,低压断路器将不会跳闸, 从而致使相关用户的用电设备处于欠压运行状态,这将产生许 多不良后果,尤其是电动机.由于电动机的最大转矩与运行电 压的平方成正比,因此它的最大转矩将随着电网电压的下降而 急剧下降.当最大转矩下降到临界转矩(即正好与负载阻尼转 矩相平衡的转矩)时,电压再稍有下降,电动机就会发生疲倒, 堵转,致使其工作电流急剧上升并达到数倍额定电流,最终可 能因电流过大而烧毁绕组,引起短路.例如,一台380V/13kW 的异步电动机,其额定电流为25A,起动电流为175A,短路保 护的熔断器熔体的额定电流选为80A,过载保护的热继电器动 作值整定为25A.假设当电压下降到75%额定电压时,电动机 发生了堵转,则堵转电流为175X75%=131A,这个电流是其 额定电流的5.25倍,若不采取任何保护措施,将很快烧毁电动 机.另外,异步电动机端电压降低时,其定子和转子电流将增 大,若长期处于低电压运行,势必加速其绝缘材料的老化,从而 缩短使用寿命. 其次,10kV架空线路上使用馈线自动化开关,基本上为电 压——时间型分断器和电流——计数型分断器两种,当线路某 一 段出现故障,馈线自动化开关在隔离故障时,如果用户侧低 压断路器取消或没有安装欠压(失压)脱扣功能,低压断路器将 不会跳闸,从而会造成用户在短时间内断电——送电——断 电——恢复供电的过程,对社会产生一种电力供应不稳定,不 可靠的假象,损坏供电部门的形象. 3.3对国民经济生产的影响 随着生产力的发展,生产或使用电子设备的高新技术企业 不断增加,对电压质量的要求也越来越高.一些机床用控制电 器,如交流接触器,继电器等,在电压降低时,会导致电磁铁吸 力不够,从而使操作控制失灵,并使电触头严重烧损或产生熔 焊,甚至引起电气火灾19].对于生产半导体或电子产品的企业, 对电压变动非常敏感,当电压低于额定电压持续一段时间,将 导致产品次品率明显增加,甚至发生生产停顿.再如医院中的 , 些医疗设备,如用计算机控制的脑外科,心血管外科,眼科手 术等的医疗设备,当发生欠压而造成设备不能正常工作时将带 来严重后果. 4解决问题的对策 具有欠压(失压)脱扣功能的低压断路器在使用中存在的 矛盾事实上只有2个:?因电网瞬时波动,闪变,断电引起低压 断路器跳闸导致用户突然断电;?供电部门恢复供电时手动合 闸工作量大,速度慢.只要解决好这两个问题,就无需取消欠压 脱扣器,同时可以避免因此带来的种种危害. 第一个问题可采用延时欠压脱扣器加以解决.目前国内外 断路器厂家大都可以生产延时欠压脱扣器,其一般工作原理 是:在低压断路器开始工作时,电源通过欠压延时装置对欠压 脱扣器充电,使其保持吸合并监视电网状态,同时欠压延时装 置通过内部电路储备电能.当电网电压处于额定电压的 70,35%或瞬时断电时,电源无法提供足够的电压保持欠压脱 扣器的吸合,此时欠压延时装置释放储备的电能,对欠压脱扣 电力建设l专栏 器供电,使其得以延时动作.一般地,电力系统中除因永久性故 障引起的暂时不可恢复的供电外,大多数为瞬时性故障.采用 延时欠压脱扣器后,对于一般性短时电压波动,闪变等,低压断 路器将不会跳闸,对于长时低于欠压脱扣器动作电压即75%额 定电压,此时的电网状况已非常恶劣,理应跳闸保护用户设备. 对于第二个问题,则可以设计一种智能自动合闸控制装 置,它能够在线路恢复供电时,自动将因失压脱扣动作而跳闸 的低压断路器合闸,从而避免繁重的人工合闸.根据低压断路 器与欠压脱扣器的工作特点,这种智能自动合闸控制装置应具 备以下功能: (1)能够自动识别低压断路器的跳闸是否因欠压(失压)脱 扣引起,若是则在具备合闸条件时控制断路器自动合闸,否则 控制器不输出合闸信号(如由于人工分断或过流保护分断时); (2)能够设置或随机生成合闸延迟时间,以避免多个断路 器同时合闸给电网带来的冲击; (3)具有负荷侧有电时闭锁合闸并发出告警信号的功能, 以防止用户自备电源投入运行时向电网倒送电; (4)具有合闸失败告警与再次合闸的功能,以确保合闸成 功: (5)实现自动合闸与手动合闸互为备用. 目前国内已有利用专利技术(03240867.6E删)开发出来的 低压断路器失压脱扣重合闸装置并已在浙江,安徽,广东等部 分地区投入应用,效果良好.该装置的核心部分由检测单元和 主逻辑控制单元组成,原理框图如图1所示,基本原理如下:当 "失压脱扣检测"先于"开关位置检测"动作,即先失压后跳闸, 且无"过流速断检测","跳闸脉冲检测","手动分闸检测"的任 一 脉冲,则判断为因失压引起的断路器脱扣跳闸,将触发电路 置位,允许装置重合闸.同时,需"开关位置检测"检测到开关确 在分闸位置,"电源质量检测"检测到电源质量符合要求,此时 条件判断电路才输出启动重合闸延时电路,可预置延时电路按 照延时随机产生电路或延时人工整定电路提供的延时时间工 作,待延时时间到后,输出重合闸脉冲,经驱动电路驱动自动开 关的合闸线圈执行重合闸.后备电源能在电网失压后对主逻辑 控制电路继续供电,保持判断结果,保证电网恢复后重合闸装 置电路的正常工作. 5结论 图1低压断路器失压脱扣重合闸装置原理图 本文结合低压断路器欠压脱扣器在供电网中的实际使用 情况,分析了取消欠压脱扣器,即取消欠压(失压)脱扣功能的 原因,讨论了取消欠压(失压)脱扣功能会对电网安全经济运 行,用户负荷设备及国民经济生产带来的诸多不利,因此不能 取消欠压(失压)脱扣功能.另外,本文针对取消欠压(失压)脱 扣功能的原因,提出了给低压断路器使用延时欠压脱扣器及失 压脱扣重合闸控制器的方案,既可避免误动,又可保护用户设 备,还可节省来电合闸的工作量,提高供电可靠性,提高配电自 广东科技200810.总第198期 133 专栏I电力建设 提高农村配网1OkV线路运行水平 降低网络损耗 摘要:本文结合工程实际,在保证电网安全可靠运行和需求侧电压质量和可靠性的 基础上,初步探讨在农村 配电网10KV线路最佳运行电压和网络损耗的关系,以便在今后的实际工作中不 断提高运行水平,降低网络损 耗,增加企业的经济效益. 前言2目标函数的约束条件 农村电网规划和农网改造工程的开展是电力企业服务社 会主义新农村建设的重要组成部分.在市场经济体制下,电力 企业既要承担自身的社会责任,又要获得相应的经济效益.随 着电力企业降损增效意识的不断增强,电网电能损耗理论计算 工作也越来越受到重视. 1网损理论计算的主要依据 一 般来讲,网络损耗主要包括线路损耗和变压器损耗.本 文主要探讨农网配电线路的有功损耗和运行电压的关系.在研 究的过程中,网损理论计算全部依据《电力网电能损耗计算导 则》(DL/T686—1999)的有关规定进行,潮流计算方法采用牛顿 法.线损计算采用国家电力公司华中公司技术中心开发的"电 网线损理论计算分析系统"1_2版,以及电科院"电力系统分析 软件(PsAsP)".计算范围为10kV母线出线到用户侧终端变压 器目标函数求取网络损耗的最小值,用以下公式表示: Min(AP):Min{?Ri+?v(1)【l='Vil=1J 式中?P——代表网络有功功率网损,kW; m——电网线路条数及变压器支路条数: n——电网变压器台数,以及其它并联元件接地支 路数; Rl_一第i条支路电阻,不考虑温度变化时基本为 常数,Q; C_'一第台变压器铁芯损耗或并联电抗器,电容器 的等值电导,S; —— 第i条支路端点电压,A; P;Q;;——对应于第i条支路的节点潮流,kW,kVat; V厂一第i个节点电压,V. 口陈万千 (1)线路传输功率约束 Max[Pu】?Pu】,;Pu】为第;条支路传输功率, P】为第i条支路极限传输功率,kW; (2)电压质量要求 Max[Vk】?10.7kV,Min[Vk】I>9.3kV;表示网络中第k个节 点的电压,单位V. 3目标函数的本质 从目标函数公式(1)可以看出,网络损耗主要包含线路损耗 和配电变压器损耗.它和网络运行电压,线路负荷有关,可以认 为损耗是负荷和运行电压的二元非线性函数.但在某个时刻, 可以假定线路负荷是一个定值,此时损耗只是运行电压的函 数. 简单的我们可以认为,对于线路损耗以及变压器的铜损, 运行电压越大损耗就越小;对于变压器铁损及其它并联元件, 运行电压越小,损耗就越小.本文根据相关理论,结合工程实 际,探讨网络损耗和线路最佳运行电压的关系,从而找出如何 更有效的降低损耗.对于某个节点,假设节点的潮流,等效电阻 和电导是已知的,把网络损耗对其求导,有: = KGK(2) 令=丁-21~:+Q:/+2VKGK=o(3) 即可求得节点的最佳运行电压. 4算例分析 某变电站10kV出线等效灯笼图如图1所示. 动化程度.? 参考文献 【11GB14048.1—2000.《低压开关设备和控制设备总则》【Sj 【2】连理枝l1氏压断路器设计与制造.北京:中国电力出版社,2003 f3l尹亚军.0.4kV低压进线和母联断路器运行现状调查和建议.电气应 用建筑电气专刊,2005,4:18—19. 【4]迟长春,张浩.低压空气断路器的运行故障研讨.天津城市建设学院 ,2002,8(2):123—124. 134 广东科技200810总第198期 I5]GB50052—1995.《供配电系统设计规范》. 【6】程浩忠,艾芊,张志刚,等.电能质量E京:清华大学出版社,2006. 【7]GB50055—9《通用用电设备配电设计规范》. 【8l陈昌奎.接触器对电动机欠压保护的探讨.电气时代,2004,1:64—66 【9】连理枝.线路和设备的欠压与保护.华通技术,2002,3:29—31. [1O】贾晓东.自动开关失压脱扣重合闸装置【P】.中国专利:03240867.6, 2005-11-09. (作者单位:广东电网公司阳江供电局)