摘要：从我国原有10kV电网终端用户采用放射式、变压器集中供配电方式占地面积大、投资高、可靠性低、不节能等缺点出发，从而说明中压电网采用环网、变压器分布式供电的重要性及必要性，比较了断路器和负荷开关+熔断器在保护终端用户变压器的差异，对变压器的合理选用做了分析，认为我国应借鉴国外先进的技术和经验，并应用到中压系统中去，做到节能和环保。
关键词：集中式供配电 分布式供配电 负荷开关 熔断器 断路器 节能环保
我国的原有10kV中压终端用户配电系统是以放射式、变压器集中供配电为主，很少采用环网、变压器分布式供电。配电系统中开关设备的选用以断路器为主，很少采用负荷开关和熔断器。据统计，我国负荷开关和断路器的比例大约是1∶10，10kV电压等级成套开关柜的受电、馈电柜几乎都采用断路器。这种传统的10kV配电方式对终端用户而言不仅占地面积大、投资高，而且可靠性也低，随着用户对配电要求的不断提高，以及节能的需要，特别是城市的人口密度激增和城市建筑密度的提高，给线路敷设带来困难，并使电网复杂化，出现故障不易迅速查找和排除，此种供配电方式已不能满足各方面的要求，因此需要采用更加安全、可靠和节能环保的配电方式及由此相关的配电设备，10kV中压配电系统的改进成为必然。本文就此从几个方面进行探讨。
1 10kV中压终端用户配电方式的比较
长期以来，我国10kV中压终端用户从供配电系统来说是采用放射式，往往将大容量变压器集中布置靠近主要的负荷中心，这样配电系统虽然供电可靠性高，便于管理，但线路和高压开关柜数量多，适用出线数量少、距离近的配电系统；这种集中式供电存在不少弊端，由于变压器容量大使得低压防护电器的分断能力要求高，对于远离负荷中心的设备造成低压线路长，有色金属消耗大，线路损耗大，末端电压有时达不到要求，供电质量差。
而环网、分布式供配电可以避免前述缺点，不仅可以降低工程初始投资，而且又非常节能，况且在国家标准也在推荐分布式供配电，如《供配电系统设计规范》（GB50052-95）第3.0.9条的条文说明“将总变电所、配电所、变电所建在靠近负荷中心位置，可以节省线材、降低电能损耗，提高电压质量，这是供配电系统设计的一条重要原则。至于负荷较大的大型建筑物和高层建筑分散设置变电所，这也是将变电所建在靠近各自低压负荷中心位置的一种形式”。对此有资料<1>明确建议面积大（>5000m2）时，多台变压器的设置尽可能靠近分布的用电负荷即中压分布供电，以减少低压线路的长度，这样由于输电线路通向用电设备的距离较短，所以电压降和输电损耗都较小。
以分布在10000m2的3500kVA用电负荷为例,需要的各类设备的重量和电能消耗见下表：
低压开关盘和开关设备 低压电缆和线槽 变压器 总量
考虑设备的总电能损耗 5％ 75％ 20％ 414MWh
考虑设备的总重量 10％ 46％ 44％ 18,900kg
由此表得出，低压电缆和线槽以及变压器是主要产生电能损耗和主要占有材料重量的大户，尤其是低压线路，减少低压配电线路的长度是降低电能损耗的重要途径。有资料显示，若将低压升压到中压12kV，则能减少线损60％，节约铜材及总投资52％。而《全国民用建筑工程设计技术措施》（电气2003）第2.3.1条条文说明介绍了国外实例：“法国1990年建成的财政部大楼，建筑面积22.5万m2，分散布置了48台变压器，深入负荷中心，大大缩短了低压线路。其高压采用环网供电，将高压负荷开关、变压器、低压配电装置组成成套变配电装置，深入负荷中心安装，不值班，占地很小。在日本也常是小容量变压器分散在负荷中心。”国内有同行做过不同供配电方式技术经济比较，计算下来，分布式比集中式总费用要低近一半<2>。分布式变压器的容量一般不大于800kVA，这样一来中压线路的电流较小，因此其线路周围的电磁场也比较小。
2中压系统配电设备的选用
2.1中压系统的开关电器之比较
环网柜一般使用负荷开关和熔断器，它有进出线负荷开关柜和变压器回路的负荷开关－熔断器组合电器柜组成。以此来看，负荷开关的使用量大，据资料介绍，国外断路器和负荷开关之间的使用比例一般是1:5~6，德国1992年的调查结果达到1:10。
2.1.1负荷开关－熔断器组合电器保护变压器的安全性比断路器好
中压终端用户变压器一般容量不大于1600kVA其自我保护能力较差，过载能力也差，依赖于开关电器对它的保护。开关电器对它的保护重要有两种：一种用断路器，另一种用负荷开关－熔断器组合电器。对使用断路器和组合电器，人们往往存在认识上的误区，认为断路器既能控制又能保护，为何还要使用熔断器作为保护而负荷开关做控制的组合电器（以下简称<组合电器>），这个认识问题必须解决，才能正确使用断路器柜和组合电器。
1989年国际配电网会议提供的资料表明，大量的短路试验证明，当变压器出现短路故障时，必须在20ms内切断故障，方保变压器安然无恙。从断路器看，断路器全分断时间由三部分组成：继电器保护动作时间＋断路器固有分闸动作时间＋燃弧时间。这三部分之和往往大于60ms，显然断路器对于保护此类变压器不奏效。对负荷开关－熔断器的组合电器而言，充石英砂的限流熔断器有速断功能，可在10ms内熔断而切除短路故障，完全满足20ms内动作，从而达到有效地保护变压器的需要。由于熔断器往往单相断开，断开的同时，其撞针启动负荷开关的脱扣板（即弹簧储能撞击器），负荷开关立即三相同时断开（两相燃弧），防止了变压器缺相运行，由于动作时间很短，转移电流（熔断器的熔体熔断使弹簧储能撞击器将负荷开关断开的整个过程承受的故障电流）远小于故障电流峰值，完全达到了保护变压器的目的。
欧洲一些电力公司的实践完全证实了这点。如德国RWE电力公司在市区和城乡供电中，使用了41000台由中压降至低压的降压变压器，均采用高压熔断器保护，1987年变压器发生故障87起，仅有一次箱体炸开。法国电力公司曾于1960～1970年作了取消熔断器保护变压器的尝试，7500台变压器在10年中发生了500起故障，结果50起箱体炸开，1起人身事故。最后得出的结论是：这是一种错误的尝试。在1991年国际配电网会议(CIRED)上，比利时也提供了有力的证据，比利时对40000台变压器观察10年以上，其中97％的变压器通过熔断器保护，统计资料表明，在这个期间，没有出现一次箱体炸开。<3>国内箱变运行情况也表明，不论进口或国产产品，用组合电器保护的箱变都没有发生过油箱炸开事故。
断路器用于供电系统、干线、枢纽变电站，这是毫无疑问的，而对于配电系统，由于高压直接进入负荷中心，形成高压送电－变压器降压－低压配电的供配电格局。因此保护这种终端用户的变压器来说，用断路器一般不奏效，是要有一定条件的，而负荷开关－熔断器的组合电器才最为有效，因此在这里断路器不能取代组合电器，这是不能用断路器的根本原因。资料<4>对保护变压器的相关电器选用则规定得则比较合理、详细：
变压器容量≤1600kVA并且通断次数很少时，则选用负荷开关－熔断器组合电器
变压器容量≥800kVA并且频繁通断，此外低压侧有多台相互串联，具有短延时功能的断路器，对中压熔断器不需要实现选择性，则使用配备定时限过流延时保护装置的断路器。
2.1.2相关开关电器的经济性比较
负荷开关和断路器的作用不同，因而其结构相差甚远。如果是环网接线，采用负荷开关环网柜；如果是终端变压器，则采用负荷开关+熔断器的组合电器柜。在中压终端用户变电所，开关投入和切断负荷是经常的，而短路故障是非常少的，断路器按很少发生的短路电流设计，灭弧要求高，分合闸速度要求快，因此结构复杂，操动机构庞大，造价昂贵；组合电器则是把控制和保护两功能分开，大量的、经常发生的投切负荷用负荷开关来完成，而极少发生的短路保护由熔断器来完成，充分发挥设备能力，达到经济、合理的目的。这样，可将结构复杂、价格昂贵的断路器由结构简单、价格便宜的负荷开关+熔断器代替。
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