10 kV城市配網(wǎng)分界負(fù)荷開關(guān)應(yīng)用

楊成永，田國鋒

（日照供電公司，山東 日照 276826）

1 應(yīng)用背景

通過對故障記錄對故障性質(zhì)及發(fā)生原因進(jìn)行統(tǒng)計(jì)：日照市2008年累計(jì)線路故障發(fā)生的次數(shù)為199條次，重合成功71條次，重合不成65條次，接地故障63條次；其中緊急故障中，主干線故障26條次，支線故障73條次，用戶故障29條次，79.7%的故障都是由于支線或用戶電纜、設(shè)備引發(fā)的接地或短路故障，嚴(yán)重影響了電網(wǎng)的安全可靠。

日照城區(qū)配網(wǎng)2008年接地故障63條次，幾乎占到10 kV線路緊急故障總數(shù)的一半。在線路上安裝分界負(fù)荷開關(guān)，當(dāng)支線或用戶發(fā)生接地故障時(shí),可快速準(zhǔn)確地切斷故障，避免全線停電；當(dāng)發(fā)生短路故障時(shí)，分界負(fù)荷開關(guān)可以配合上一級(jí)斷路器自動(dòng)隔離故障段，可有效避免全線掉閘、縮小事故停電范圍，進(jìn)而提高供電可靠性。

2 分界負(fù)荷開關(guān)主要功能及應(yīng)用

分界負(fù)荷開關(guān)是將負(fù)荷開關(guān)和微機(jī)保護(hù)測控，以及通訊模塊融為一體的裝置。開關(guān)帶有一套內(nèi)置電壓互感器（三相一體式、零序CT變比為20：1，精度等級(jí)0.5級(jí)，可精確采集零序電流）、一套內(nèi)置電壓互感器（6只阻抗式電壓傳感器RCVT,變比為10 kV/4V，精度穩(wěn)定保持在0.5%）。

2.1 主要功能

短路故障時(shí)分界負(fù)荷開關(guān)能夠直接分閘并迅速隔離故障區(qū)段，且閉鎖合閘。開關(guān)內(nèi)置的電流互感器，檢測到過流和短路電流超過開關(guān)的設(shè)定值時(shí)，開關(guān)根據(jù)設(shè)定的時(shí)間分閘，切除故障線路，使變電站內(nèi)線路重合成功，圖1所示。

圖1 短路故障動(dòng)作說明

接地故障時(shí)，開關(guān)直接分閘而隔離故障區(qū)域，避免線路出現(xiàn)因接地故障而導(dǎo)致全線停電。當(dāng)負(fù)荷側(cè)接地故障發(fā)生時(shí)，分界保護(hù)開關(guān)控制器通過對零序電壓、零序電流及相位差的判斷，啟動(dòng)保護(hù)回路，直接對開關(guān)進(jìn)行分閘。工作人員可以根據(jù)開關(guān)閉鎖指示和用戶反映查找故障，圖2所示。

圖2 單相接地故障動(dòng)作說明

遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集。分界開關(guān)控制器輸入模擬量通道有A相電流、B相電流、C相電流、6個(gè)電壓傳感器、供電側(cè)相間電壓、零序CT電流。可通過添加無線通信功能，增加GSM或GPRS模塊，將采集的三相電流、電源負(fù)荷側(cè)電壓、零序電流量、開關(guān)狀態(tài)數(shù)據(jù)、故障信息，及時(shí)傳送至遠(yuǎn)程后方后臺(tái)主機(jī)，并通過GSM無線網(wǎng)絡(luò)傳送至定制的手機(jī)。

擴(kuò)展功能。分界保護(hù)開關(guān)控制器已預(yù)留擴(kuò)展通道，在未來規(guī)劃及建設(shè)中，可根據(jù)配網(wǎng)自動(dòng)化發(fā)展需要，增加所需的功能。

2.2 應(yīng)用情況

分界負(fù)荷開關(guān)不允許串聯(lián)使用。因?yàn)楫?dāng)分界負(fù)荷開關(guān)串聯(lián)時(shí)，開關(guān)控制器不能形成有效配合，會(huì)造成分界負(fù)荷開關(guān)誤動(dòng)作或拒動(dòng)。

分界負(fù)荷開關(guān)不建議安裝在變電站出線口及主干線路上。因?yàn)樽冸娬境鼍€口及主干線路一旦發(fā)生故障，整條主干線路全部停電，造成整條線路故障，就會(huì)失去安裝意義。

城網(wǎng)線路供電要求性很高，負(fù)荷密度大，通常連續(xù)幾個(gè)桿塔都有下戶線，主線路又不推薦安裝分界開關(guān)，因此分連續(xù)下戶線、小支線、大用戶采取了三種安裝方式。在有連續(xù)下戶線時(shí)，選取一個(gè)下戶線安裝分界開關(guān)，新裝母線型分線箱，將附近2～4個(gè)用戶改接入分線箱內(nèi)；小支線用戶分散、負(fù)荷較小，可將分界開關(guān)安裝在支線路上；大用戶安裝，在容量超過630 kVA的用戶下戶線上直接安裝分界開關(guān)。城網(wǎng)線路共安裝了26臺(tái)分界負(fù)荷開關(guān)，其中大用戶安裝10臺(tái)，分支線安裝16臺(tái)。當(dāng)支線或用戶發(fā)生故障時(shí)，開關(guān)保護(hù)動(dòng)作，開關(guān)負(fù)荷側(cè)會(huì)迅速隔離故障區(qū)，從而保證了其他支線不受影響，同時(shí)主線變電站站內(nèi)斷路器重合后，可以迅速恢復(fù)其他非故障線路供電，這樣不僅縮小了停電范圍，而且方便查找故障區(qū)域，大大減少了停電損失，提高供電可靠性。

圖3 城網(wǎng)供電線路分界負(fù)荷開關(guān)設(shè)置

農(nóng)網(wǎng)線路供電可靠性要求相對較低。針對農(nóng)網(wǎng)線路設(shè)備落后、用戶容量小、距離比較長、支線多、在支線之后還有多級(jí)分支的特點(diǎn)，可以選擇線路第一級(jí)大分支線安裝分界負(fù)荷開關(guān)，發(fā)生故障可自動(dòng)閉鎖，隔離故障支線。

圖4 農(nóng)網(wǎng)供電線路分界負(fù)荷開關(guān)設(shè)置

3 應(yīng)用效果

日照供電公司于2009年共安裝分界負(fù)荷開關(guān)35臺(tái)，應(yīng)動(dòng)作次數(shù)13次，全部為有效動(dòng)作。其中有8次動(dòng)作是接地故障引起，有5次是速斷故障引起。

接地故障中，其中一次是10 kV藏家荒線藏瓦廠線分界負(fù)荷開關(guān)動(dòng)作，工作人員巡視后未發(fā)現(xiàn)問題，試送分界負(fù)荷開關(guān)，開關(guān)仍然跳閘，隨后對用戶電纜進(jìn)行排查，最終發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，原因是該用戶電纜被挖掘機(jī)挖斷，但是故障點(diǎn)被施工人員掩埋，故障排除后，送電正常。另一次是10 kV昭國北線昭國北三柱線分界負(fù)荷開關(guān)動(dòng)作，但是工作人員沒有發(fā)現(xiàn)明顯的故障點(diǎn)，經(jīng)過仔細(xì)排查，發(fā)現(xiàn)有段導(dǎo)線與樹枝距離過近，判斷為分界負(fù)荷開關(guān)的控制器過于靈敏，當(dāng)陰雨天氣時(shí)樹枝與裸導(dǎo)線接觸，導(dǎo)致出現(xiàn)瞬時(shí)接地故障，處理樹木后，試送分界開關(guān)成功。

速斷故障時(shí)，當(dāng)分界負(fù)荷開關(guān)負(fù)荷側(cè)出現(xiàn)故障電流，控制器內(nèi)置的電流互感器檢測到過流和短路電流超過開關(guān)設(shè)定值，分界負(fù)荷開關(guān)根據(jù)設(shè)定的時(shí)間分閘，隔離故障段線路，確保變電站斷路重合成功，保證了線路上的非故障線路段及其它用戶的正常供電。

同一時(shí)期日照供電公司安裝了43臺(tái)柱上斷路器，應(yīng)動(dòng)作15次，有效動(dòng)作僅為 4次（圖5），原因是柱上斷路器的分閘固有時(shí)限比變電站開關(guān)固有時(shí)間要長，站內(nèi)開關(guān)設(shè)置的速斷延時(shí)為0 s，發(fā)生速斷故障時(shí)，柱上斷路器還未接到信號(hào)進(jìn)行分閘，站內(nèi)開關(guān)就已經(jīng)重合，造成線路重合不成。

目前，分界負(fù)荷開關(guān)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)良好，無誤動(dòng)、拒動(dòng)情況發(fā)生，能夠配合站內(nèi)開關(guān)重合閘動(dòng)作，并且能夠分?jǐn)鄦蜗嘟拥亍⒍搪冯娏鞯葼顟B(tài)，在負(fù)荷側(cè)出現(xiàn)故障時(shí)，能夠迅速判斷故障原因，配合動(dòng)作，隔離故障線路。

日照市2009年累計(jì)線路故障發(fā)生的次數(shù)為161條次，重合成功83條次，重合不成42條次，接地故障36條次，分界負(fù)荷開關(guān)的應(yīng)用有效地減少了因支線和用戶原因引起的主干線故障停電，縮小了故障停電范圍，大大提高了供電可靠性。

圖5 分界負(fù)荷開關(guān)與柱上斷路器動(dòng)作情況柱狀圖

在10 kV分界負(fù)荷開關(guān)模塊設(shè)計(jì)上能夠?qū)崿F(xiàn)“遙信、遙測”功能，并可以通過GPRS/GMS無線通訊及其他通訊方式，與后臺(tái)系統(tǒng)連接，在后臺(tái)電腦上遠(yuǎn)方控制，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息透明化和各種形式的配電自動(dòng)化。

4 結(jié)語

分界開關(guān)雖能隔離短路故障，但需上一級(jí)斷路器配合，這樣會(huì)造成變電站內(nèi)重合成功，今后可使用斷路器式分界開關(guān)，這樣只需更改變電站出線開關(guān)速斷延時(shí)定值，使其避開分界斷路器固有分閘時(shí)間，就可以避免重合成功故障的出現(xiàn)。當(dāng)負(fù)荷側(cè)發(fā)生過流、短路故障時(shí)，分界開關(guān)直接動(dòng)作，減少變電站開關(guān)速斷動(dòng)作次數(shù)。