人民长江三峡永久船闸低压断路器选择杨志芳胡勇（长江水利委员会设计院，湖北武汉430010）工程实例，阐述了低压断路器选择的基本原则，并就满足可靠性和自动化要求、选择性设计。节省投资等方面作了简要介绍。
1概述在中高压配电网络中，由于电压等级高，设备投资影响大，从供电可靠性和限制故障范围等方面考虑，其保护设计和保护设备均很完善，一旦发生故障，能够做到迅速地、有选择性地切除故障设备，防止事故扩大。但是在1000V以下的电力网，以前习惯的观念认为，这种电力网绝缘水平低，故障范围带来的影响小，因此保护设备通常只采用简单的装置。而实际上，1000V以下配电网络形式复杂多样，出现故障的概率较中高压网络高，仅靠简单的保护设备无法实现完善的保护。
三峡永久船闸供电系统承担了双线五级船闸共约1 200台（套）设备的用电，其中包括人字门液压启闭机、桥式启闭机、渗漏、检修排水泵、调度、控制、通讯、照明以及消防等重要设备，按照：〈供配电系统设计规范中的负荷分级规定，属于一级负荷。
如果发生供电中断，将造成重大政治、经济影响，因此供电可靠性要求高。永久船闸供电电源是来自不同位置的3回10kV电源，五级船闸共设有4个10kV变电所，每个变电所内有2台干式变压器和若干块0.4kV开关柜，开关柜内所有进线、联络和馈线回路的开关设备均为断路器，断路器是保证可靠供电的关键。
虽然目前国内生产的一些低压断路器在性能上已有很大进步，但还不能完全满足永久船闸供电系统保护、远方监控和通讯功能的要求，因此，船闸供电系统的低压断路器选用具有国际先进水平的产品。
2低压断路器的选择2.断路器型式选择船闸供电系统中存在多种不同类型的电气设备，正确选择断路器的型式，才能保证断路器运行的可靠性。
进线断路器和母线联络断路器，为了实现供电连续性，在负荷点发生短路故障时，经两段延时后才能动作，延时允许时间大于300ms这就意味着断路器要承受较长时间的故障电流，它的短路分断能力和短时耐受能力要求又很高，因此进线断路器和母线联络断路器选用了空气断路器（又称框架式断路器）4kV开关柜上各馈电回路断路器承受的正常工作电流很大，由于离变压器很近，短路故障电流也很大，在负荷点发生短路故障时，可能经一段延时后动作，延时允许时间在300ms以内。这些位置上的断路器需选择高分断能力、具有互换性，且可以调节整定值的塑壳断路器。
负荷点及配电箱各回路的断路器承受的负荷电流通常很小，许多断路器距离变压器又远，短路故障电流相对较小，作为负荷点保护电器，发生故障时应动作迅速，这些位置上的断路器选择了分断能力较低、分断时间短的塑壳断路器或小型断路器。
2.低压断路器额定电流的确定影响低压断路器额定电流的因素有很多，如环境条件、安装高度、安装方式、工作制式、电网参数、使用寿命、操作频率等等，在条件不同时，对应有不同的额定值。在这里主要影响因素是环境条件和安装方式。
永久船闸0.4kV开关柜采用IP4X防护等级，内部采用3b型间隔，即所有功能单元相互隔离，断路器安装在一个独立的、隔离的空间里。在这种安装方式下，开关柜内散热条件相对较差，断路器的额定电流值将发生变化，如3号变电所进线及联络断路器的选择，该所内安装有2台型号为SCB9―2500kVA10/0.4kV的干式变压器，变压器低压侧额定电流为3788. 9A本可以选择额定持续电流为4 000A的断路器，但经过修正后，持续允许电流仅为3589A显然已不能满足正常工作的需要，因此只能改选额定电流为5000A的断路器，修正后的额定持续允许电流为4 414A，才能满足正常工作要求。
对于安装在照明箱、动力箱内的微型断路器，当这些断路器并列安装时，由于安装紧密，散热空间减少，也需对其额定值进行修正。
2.满足断路器动作可靠性的要求船闸供电系统设计中，为了解决断路器动作的可靠性，除了满足切断断路器安装位置处可能出现的最大短路电流外，还必须考虑在断路器保护范围内出现最小短路电流时也能及时切断故障回路。船闸0.4kV供电系统采用TN-C接地系统，单相短路的故障电流最小。因此，只有单相短路电流不小于断路器瞬时或短延时过流脱扣器整定电流的1.3倍时，才能保证断路器正确动作。船闸0.4kV供电系统中，有的负荷点供电距离在600m左右，电动机容量大、起动电流大，单相短路电流又小，脱扣器整定电流很难满足可靠动作的要求，为此，我们在设计中采用了如下措施来保证断路器动作的可靠性。
多台电动机按顺序延时起动。当一个回路中有多台电动机时，为了避免出现最大起动电流，在电动机起动回路中加装延时继电器，使多台电动机按一定顺序延时起动，减小最大起动电流，这样断路器的瞬时或短延时过流脱扣器整定电流可以整定得较小，比较容易满足上述1.3倍的要求。
选用短延时电流脱扣器。断路器瞬时或短延时过流脱扣器的整定电流要躲过回路的最大尖峰电流，并需考虑可靠系短延时动作时间大于0.02s的断路器，只需考虑短路电流周期分量有效值，可靠系数取为1.35，其短延时脱扣器的整定电流是瞬时动作电流值的80%，可见，选用短延时电流脱扣器就有可能满足动作可靠性的要求。
加装接地故障保护。对距离远、容量大的电动机供电回路，在考虑了起动电流随电压降而成比例下降的因数后，仍不能满足断路器可靠动作的要求时，可采取降压起动方式减小起动电流、或采取加大电缆截面增大单相短路电流的方法来满足断路器可靠动作的要求。但是增加一套起动设备，相对降低了供电的可靠性，又增加了投资；加大电缆截面，将带来电缆廊道内电缆布置、敷设的困难，同时又大大增加投资，这种办法在供电设计中一般不宜采用。在进行技术经济比较后，采用了加装接地故障保护装置的措施，来满足单相短路时断路器动作的可靠性。按照规范规定，接地故障保护可以采用零序电流保护或漏电电流保护。漏电电流保护不适用于船闸0.4kV供电系统的TN-C接地系统，因此永久船闸配电网络中采取了零序电流保护措施。
断路器的脱扣器型式选择。断路器的过电流脱扣器有电磁式和电子式两种。电子式脱扣器的瞬时、短延时整定值在一定范围内可以调整，具有较高的适应性，但价格相对较贵。在船闸设计中，首先考虑选用带有电磁式脱扣器的断路器。小型断路器的脱扣特性有A、B、CD4种，A型瞬时动作电流是2~3倍额定电流，B型瞬时动作电流是3 ~5倍额定电流，C型瞬时动作电流是5~10倍额定电流，D型瞬时动作电流是10 ~20倍额定电流。往往各回路负荷特性不一致，必须根据负荷特性选择具有不同脱扣特性的断路器，如对于起动电流不大的照明回路、分散的小动力回路，由于供电电缆截面小，单相短路电流也小，采用A型脱扣器较容易满足断路器动作可靠性的要求。只有在带有电磁式脱扣器的断路器不能满足动作可靠性要求的情况下，才选用带有电子式脱扣器的断路器。
2.满足断路器选择性的要求永久船闸配电网络中大多采用辐射式供电方式，供电线路中存在着大量的相互串联的开关设备，通常较多的是断路器与断路器串联的情况。根摒（低压配电设计规范有关规定，配电线路采用的上下级保护电器，其动作应具有选择性；各级之间应能协调配合。保护的协调性在于协调断路器自动分断装置，使得在电网任意某个位置发生故障时，将事故的影响限制到最低程度，避免多重脱扣，扩大停电范围，从而保证供电的连续性。
要在故障的情况下，使事故的影响限制在最小范围内，断路器必须具有选择性。在设计中对于影响正常通航的一级负荷，须满足三级选择性，即：负荷点、0.kV开关柜出线、变压器进线三级串联断路器之间的选择性。一般负荷满足两级选择性，即0.4kV开关柜出线、变压器进线两级串联断路器之间的选择性。
为了实现选择性的要求，断路器的脱扣器选择采取如下措施。
（2）时间选择性。时间选择性是通过将上下级断路器的过电流脱扣器设置为不同的动作时间来实现的。沿电网给不同位置的断路器设定不同的动作时间，距离电源越近，设定的时间就越长，这样距离故障点最近的断路器动作最快，比上级的保护装置的动作时间都短，使得故障影响范围控制得最小，而保证其他正常工作回路的连续性。在三级选择性的回路中，负荷点处的断路器只配置电流瞬动脱扣器，0.kV开关柜出线断路器只配以带短延时电流脱扣器，脱扣延时一般整定为0.1器进线处的断路器也只配带短延时的电流脱扣器，脱扣时间躲开出线回路上断路器的动作时间，整定为0.3~0.4s这样实现了时间选择性。在两级选择性的回路中，0.4kV开关柜出线断路器采用瞬动电流脱扣器。
2.利用级联节约投资在满足供电可靠性、连续性的前提下，断路器实现级联在经济上是很有意义的。级联是利用断路器的限流特性限制短路电流，使安装位置下级所有配电装置的短路电流都小于预期的短路电流值，不但减低了短路电流对设备的破坏程度，还可以选用低分断能力的断路器，降低建设成本。
船闸供电设计中，除0.kV开关柜上的断路器分断能力按预期的短路电流选择外，各负荷点及配电箱的断路器分断能力均可利用级联限流特性，选择比安装处预期短路电流小的断路器。船闸1~3号变电所的变压器容量较大（2000~2500kVA），0.4kV侧预期最大短路电流可达60 ~70kA，采用级联将提高负荷点及配电箱断路器的分断能九如0.4kV开关柜选择分断能力70kA的断路器，而负荷点及配电箱可选择分断能力25~ 35kA的断路器，两者价格相差将近1倍，大大减少了投资。
2.满足自动化要求船闸每个变电所内均设有一块远程I/O柜，远程/0柜在供电系统监控主机与现场0.4kV配电装置之间传输各种数据和信号。作为低压配电的重要元件，除了要求低压断路器在现场显示位置动作信号、进行现场合/分操作外，还需要经远程I/ 0向监控主机提供位置、动作及故障信号，并能接收监控主机发出的指令，实现远方计算机合/分闸操作。因此选择具有电动储能机构的断路器，在重要回路中还选择了有通讯功能的附件，来满足永久船闸整个供电系统远方计算机监控的要求，对供电系统进行实时、有效的监控。