VFC快速开关节约工程造价案例分析

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3.2. “速查表”的查表方法说明 3.2.1. 总则 “速查表”根据电缆最小截面设计的两个主要因素分为“按载流量选择”和“按短路电流热稳 定选择”两大行。 3.2.2. “按载流量选择”所在行的参数说明 此大行根据需要又分成五小行，分别说明如下： 3.2.2.1. 3.2.2.2. 3.2.2.3. 3.2.2.4. 3.2.2.5. 第一行对应的电缆截面，也即是电缆截面规格，单位为 mm2，从左到右截面递增； 第二行为第一行所对应截面的电缆在电缆桥架上无间隔一层并行敷设时允许的最大载流 第三行为第一行所对应截面的电缆在电缆桥架上无间隔一层并行敷设时允许的最大负荷 第四行为第一行所对应截面的电缆在空气中单层单根并行敷设时允许的最大载流量，单 第五行为第一行所对应截面的电缆在空气中单层单根并行敷设时允许的最大负荷容量，
2200
50 150
2600
70 184
3200
95 226
3900
120 259
4500
150 292
5000
185 334
5800
240 390
6800
300 447
7800
允许的最大载流量（A）
对应的最大负荷容量（kVA） 1800 允许的最大载流量（A）
129
159
2800
188
3300
230
快速断路器，电缆不分级别
/ / /
/ / /
33 21 13
47 29 18
63 40 24
80 50 30
100 100 100 100 100 63 38 77 46 100 100 100 60 75 100
快速断路器，电缆不分级别
/ / /
/ / /
42 21 17
58 29 23
79 40 32
100 80 65
100 100 81
100 100 100
100 100 100
100 100 100
快速断路器，电缆不分级别
20
t2=0.45 t3=0.75 t0=0.02 t1=0.15
36 21 17
50 29 23
71 42 33
100 58 47
100 79 63
100 100 80
100 100 100
短路 电流 有效 值I （kA）
电缆 最小截面 （mm2）
截面比 项目 (%)
截面比值表 （%）
t0=0.02 t1=0.15
S0≥70 S1≥185 S2≥300 S3≥400 S0≥50 S1≥150 S2≥240 S3≥400 S0≥50 S1≥120 S2≥240 S3≥300 S0≥35 S1≥95 S2≥150 S3≥240 S≥25 S1≥70 S2≥120 S3≥150 S0/S1 S0/S2 S0/S3 S0/S1 S0/S2 S0/S3 S0/S1 S0/S2 S0/S3 S0/S1 S0/S2 S0/S3 S0/S1 S0/S2 S0/S3
In
2000kVA 115.47 A 3 10kV ，开闭所总负荷的等效电阻： R
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0

10kV / 3
In
50，则R R 0 50 。
2.2.3 继电保护选择性的实现原理及其效果 当下级站 （倒二级站） d2 点处发生短路故障， 相当于 “支路 1” 的负荷阻抗 R0 被短接， K0、 K1 和短路支路的 K2 同时都检测到短路电流，根据继电保护选择性原则，K2 必须零秒速断，而 K1 后备， 因此电缆热稳定最小截面校验必须基于中速断路器的开断时间来考虑，但快速开关 K0 则不然， 与 K2 同样零秒速动， 并且在 0.02s 之内将电阻 R 投入， 将短路电流限制到额定电流 I n ， 以便 K2 在短路后 60ms 左右开断的也是额定电流 I n ，因此，可得出一个结论：在供电线路中使 用了“快速断路器 K0 与电阻 R 并联”的组合方式，就可以替代其所带负荷支路中所有中速断路 器（K1、K2、K3）的开断作用！ 当中速断路器 K2 切除短路故障后，负荷等效电阻 R0 恢复了，此时快速断路器 K 0 测到的电
4000
283
4900
324
5600
365
6300
420
7300
488
8500
559
9700
对应的最大负荷容量（kVA） 2200
短路 持续时间 t （s）
电缆 最小截面 2 （mm ）
截面比 项目 (%)
截面比值表 （%）
t0=0.02 t1=0.15
S0≥50 S1≥120 S2≥240 S3≥300 S0≥35 S1≥95 S2≥185 S3≥240 S0≥35 S1≥95 S2≥150 S3≥185 S0≥25 S1≥70 S2≥120 S3≥150 S0≥25 S1≥50 S2≥95 S3≥95 S0/S1 S0/S2 S0/S3 S0/S1 S0/S2 S0/S3 S0/S1 S0/S2 S0/S3 S0/S1 S0/S2 S0/S3 S0/S1 S0/S2 S0/S3
t2=0.45 t3=0.75 t0=0.02
快速断路器，电缆不分级别
15
t1=0.15 t2=0.45 t3=0.75
36 21 17
50 29 23
71 42百度文库33
100 100 100 100 100 100 100 100 58 47 79 63 100 100 100 100 100 100 80 100 100 100 100 100
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3. 电缆截面的快速选型表 3.1. 速查表 表 1 铜芯电缆截面的快速选型表（10kV 三芯、交联聚乙烯、无钢铠护套电力电缆） 按 载 流 量 选 择
电缆截面规格 S （mm2）
排列 系数 K=0.8 排列 系数 K=1 短路 电流 有效 值I （kA）
25 103
35 127
100 100 100
100 100 100
100 100 100
快速断路器，电缆不分级别
15
t2=0.45 t3=0.75
50 26 26
70 37 37
100 53 53
100 74 74
100 100 100
100 100 100
100 100 100
100 100 100
100 100 100
快速断路器，电缆不分级别
40
t2=0.45 t2=0.75
/ / /
/ / /
42 21 17
58 29 23
79 40 32
100 50 40
100 63 50
100 77 62
100 100 80
100 100 100
按 短 31.5 路 电 流 热 稳 25 定 选 择
t0=0.02 t1=0.15 t2=0.45 T3=0.75 t0=0.02 t1=0.15 t2=0.45 t3=0.75 t0=0.02 t1=0.15
可见，电缆短路热稳定最小截面 Sd 与短路电流 I 和短路持续时间 t 的开方成正比。目前，采用 中速开关直配负荷的末级电缆短路持续时间 t 一般选为 150ms； 若采用分闸时间小于 5ms 的快速开关， 短路持续时间 t 则可降低选为 20ms，那么，电缆短路时热稳定最小截面 Sd 就可以减小到以中速开关 设计的电缆截面的√20⁄150 × 100% = 36.5%。 简单估计，若在母线进线开关以上采用快速开关的话，电缆造价将有 50%左右的降幅。
S
其中：
Q 10 2 C
C—为热稳定系数，铜芯一般为 13700，铝芯一般为 9000； Q—为短路持续时间内，电缆导体的发热量，表达式为：Q = I ∙ t 其中： I—系统电源供给短路电流的周期分量起始有效值（A）； t—短路持续时间（s）。 经过简化： Sd ≥ 10 C
2 2
∙ I ∙ √t
短路 持续时间 t （s）
117 142 175 200 226 259 302 346 405
2000 2500 3000 3500 3900 4500 5200 6000 7000
排列 系数
K=1
100 123 146 178 219 251 283 324 378 433 506
1800 2100 2500 3100 3800 4300 4900 5600 6500 7500 8800
快速断路器，电缆不分级别
40
/ / /
/ / /
/ / /
38 23 18
51 32 24
65 40 30
81 50 38
100 100 100 100 62 46 80 60 100 100 75 100
t2=0.45 t3=0.75
按 短 31.5 路 电 流 热 稳 25 定 选 择
t0=0.02 t1=0.15 t2=0.45 t3=0.75 t0=0.02 t1=0.15 t2=0.45 t3=0.75 t0=0.02 t1=0.15
快速开关柜节约工程造价案例分析
1. 电缆截面的选择原则及公式 1.1. 电缆截面的选择原则 根据国标 GB50217-2007《电力工程电缆设计规范》（以下简称《规范》），在进行电缆最小截 面（以下用“S”表示）设计时需满足以下四个因素： a) S≥按照经济电流密度选择电缆的截面（Sj）； b) S≥按照电压损失校验电缆的截面（Sy）； c) S≥按照持续工作电流选择电缆的截面（Sc）； d) S≥按照短路时热稳定校验电缆的截面（Sd）； 电缆的最小截面 S=Max（Sj，Sy，Sc，Sd）。 1.2. 电缆截面的计算公式 依据《规范》，Sj、Sy、Sc 的计算不变，本文只讨论“短路时热稳定最小截面（Sd）”。 依据《规范》P31、P32 的附录 E，可知按照短路热稳定条件计算电缆导体允许的最小截面的计 算公式如下：
100 100 100
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表 2
铝芯电缆截面的快速选型表（10kV 三芯、交联聚乙烯、无钢铠护套电力电缆）
按 载 流 量 选 择
电缆截面规格 S （mm2） 排列 系数
K=0.8
25 80
1400
35 98
1700
50
70
95
120 150 185 240 300 400
允许的最大载流量（A） 对应的最大负荷容量（kVA） 允许的最大载流量（A） 对应的最大负荷容量（kVA）
100 100 100 100 100 100 50 40 63 50 77 62 100 100 100 80 100 100
快速断路器，电缆不分级别
20
/ / /
37 23 15
53 33 21
74 47 29
100 100 100 100 100 100 100 63 40 80 50 100 100 100 100 100 63 77 100 100 100
快速断路器，电缆不分级别
/ / /
37 19 15
53 27 21
74 38 29
100 51 40
100 65 50
100 81 63
100 100 77
100 100 100
100 100 100
快速断路器，电缆不分级别
/ / /
37 23 19
53 33 27
74 47 38
100 63 51
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2. 电缆级位与继电保护选择性及其效果 2.1. 电缆级位
凡馈线电缆直接配置负荷（电动机、变压器等），称为“末级负荷电缆”，如图中标注为 L1 的 电缆，或称为一级电缆，与该电缆所处的站级无关，与之相匹配的短路持续时间通常为 t1=0.15s； 从末级负荷所在的母线向供电方向看，连接受电开关柜的电缆称为“倒二级供电电缆”，如图中标注 为 L2 的电缆，或称为二级电缆，与之相匹配的短路持续时间通常为 t2=0.45s，以此类推，三级供电 电缆标注为 L3，短路持续时间通常为 t3=0.75s。当供电电缆存在不同级位重叠时，取最高级位，短 路持续时间 t 也作对应调整。 2.2. 继电保护选择性及其效果 2.2.1 快速开关柜的主要组成 如图 1 所示快速开关柜主要由中速断路器 K1、快速断路器 K0、电阻 R 及控制器等组成； 2.2.2 快速开关柜中的电阻 R 的选择 图 1 中快速开关柜的电阻 R 为该支路所带开闭所内所有负荷的等效电阻，若图 1 中左边第一台 快速开关柜所带的倒二级站（开闭所）内总负荷为 2000kVA，则该支路的工作电流
10kV / 3 I n I 'n 57.7 A R R 2 0 流： ，故障电流降低到一半以下，K0 保护判断故障解除，立即合闸， 系统恢复正常；若 0.3s 时测到短路电流 I 还存在，说明 K2 动作失败或相当于短路故障点 d1，此
时，K1 测到的是额定电流，后备保护不启动，而 K0 可以命令 K1 跳闸，完成对 K2 的后备保护 功能，维持了原继电保护策略不变。 同理， 对于 d3 点发生短路故障时， 由快速断路器 K0 通过光缆与中速断路器 K2 的实时通信， 保障对 K3 的后备保护功能不变。 因此系统中使用快速开关柜后， 无论哪一级电缆均可按短路持续时间 t 0.02s 进行短路热稳 定最小截面校验，并且所有的中速断路器（如 K1、K2、K3）在这种短路工况下，也仅需开断额 定电流。 因此，不仅电缆导体截面可大幅降低，所有的中速断路器 K1、K2、K3 的开断电流选型也 可降低，电缆和断路器的造价大大降低！