配電網混合線路重合閘問題研究

張林利，李建修，劉合金，王明濤

·班組創新·

配電網混合線路重合閘問題研究

張林利1，李建修1，劉合金1，王明濤2

（1.國網山東省電力公司電力科學研究院，濟南250003；2.山東中實易通集團有限公司，濟南250003）

隨著電纜化率不斷提高，配電網中包含電纜與架空線的混合線路越來越多。混合線路是否投入自動重合閘功能，目前缺乏統一的技術規范。從提高供電可靠性與實現饋線自動化功能的角度論述重合閘的必要性，考慮設備性能與實際運行經驗探討重合閘的可行性，分析影響重合閘的因素，并提出混合線路重合閘投退的建議，可為配電網運行提供決策依據。關鍵詞：配電網；混合線路；重合閘；供電可靠性

0　　引言

運行經驗表明，配電架空線路短路故障絕大多數都是瞬時性的。在斷路器保護動作跳閘后，瞬時性短路故障電弧可自行熄滅，短路點處的絕緣可自動恢復。經短延時后將斷路器重新合閘，就可以恢復供電，避免瞬時性故障導致長時間停電［1］。因此架空配電線路一般都投入自動重合閘功能。對于純電纜線路，一般認為故障基本是永久性的，跳閘后線路絕緣無法自動恢復，重合閘會對電纜和主變產生再次損傷，容易引起事故擴大，因此不宜重合閘。1996年《反事故技術措施》規定“對6～10 kV電纜出線或短架空出線盡量不用重合閘，以避免事故擴大”［2］。

隨著城市建設的加快和配電網投資的增加，配電線路的電纜化率越來越高。許多早期已經建設完成的架空配電線路，已逐步進行了電纜化改造，電纜和架空混合線路越來越多地出現在配電網絡中。對于混合線路是否使用重合閘功能，沒有明確規定，各供電企業選擇也不盡相同。有些單位對于混合線路一律不投重合閘，有些單位則全部投入，也有的單位根據架空線路和電纜的長度關系確定是否投入［3］。

顯然，對于配電網混合線路是否投入重合閘功能，目前業界還未能完全形成共識，許多運行單位對重合閘投退的選擇缺乏科學依據。

1　　重合閘的必要性

1.1提高供電可靠性

混合線路自動重合閘的最大優勢是可以提高供電可靠性。社會經濟的發展對供電質量提出更高的要求，停電會引起嚴重的事故，帶來巨大的經濟損失。同時供電企業內部管理加強，對供電可靠性指標要求也越來越高。由于混合線路架空部分故障多發，再加上用戶內部線路也容易發生瞬時性故障，如果不投入自動重合閘，往往導致整條線路長時間停電，嚴重影響供電可靠性。

近年來，除純電纜網絡外，一些供電企業出于解決單相接地故障選線困難、避免接地過電壓以及防止導線落地危害人身安全等考慮，在架空以及架空線路與電纜混合網絡中也采用了小電阻接地方式，在線路發生單相接地故障時也會導致斷路器跳閘［4］。由于架空線路單相接地故障絕大多數是瞬時性的，重合閘即可恢復供電，大大提高供電可靠性。

另外，除了故障導致的斷路器跳閘外，還存在斷路器機構自動脫扣、工作人員誤碰操作機構、保護誤動作等原因導致的誤跳閘，也需要通過自動重合閘予以糾正。

1.2與饋線自動化功能配合

配電自動化是提高供電可靠性與供電質量的重要技術手段，可實現配電網的監視控制與信息集成。國家電網公司自2009年開始啟動新一輪配電自動化建設，改變了配電網“盲調”的狀態，經濟與社會效益顯著。目前，山東配網已經實現配電自動化全覆蓋。饋線自動化實現故障的快速定位、隔離與非故障區域恢復供電，是配電自動化系統的基本功能。

“電壓—時間”型饋線自動化通過電壓型分段開關“來電即合、無壓釋放”的工作特性來實現。該方式需要出線斷路器進行兩次重合閘，故障發生后，第一次重合閘隔離故障，第二次重合閘恢復非故障區域供電［5］。這種饋線自動化模式具有維護簡單、不依賴于通信等優勢，獲得了廣泛應用。為了保證斷路器保護動作跳閘后電壓型開關可靠分閘，斷路器重合閘延時應適當增加，可設置為2 s（目前重合閘延時一般設置為1 s）。另外，由于多數斷路器只支持設置一次重合閘，應合理設置首個分段開關來電合閘延時，躲過斷路器重合閘充電時間，以避免首個分段開關重合于故障導致斷路器跳閘后無法再次重合。

集中型饋線自動化由主站收集各終端上報的故障電流信息，經分析后確定故障區段，然后遙控故障點兩側分段開關分閘隔離故障。該方式依賴于主站與通信，適用于具備通信條件并對供電可靠性要求較高的區域。由于終端數據上傳、主站分析與遙控開關分閘都需要一定時間，饋線自動化實現的非故障區域恢復供電的時間一般為分鐘級。因此有必要設置一次自動重合閘，對于瞬時性故障則可以直接恢復供電，大大減少停電時間；如果故障是永久性的，重合閘失敗后再啟動饋線自動化流程，隔離故障并恢復供電。

用戶分界開關主要安裝于10 kV配電線路用戶進戶線的責任分界點處或分支線T接處，可實現分界點后用戶側故障的快速隔離，避免用戶側故障造成整條線路停電，目前已獲得廣泛應用。用戶分界開關分斷路器型和負荷開關型，斷路器型分界開關可直接切除用戶界內故障，負荷開關型則需要與自動重合閘功能配合使用［6］。當用戶界內發生短路故障時，首先出線斷路器保護動作跳閘，用戶分界開關檢測到過流并失壓后自動分閘隔離故障，然后出線斷路器重合即可恢復線路供電。

2　重合閘的可行性

早期提出的含電纜線路不宜使用重合閘的依據，主要是考慮重合于永久故障時，故障電流可能造成電纜損壞以及對主變壓器造成沖擊。但目前情況已有很大不同。

2.1對電纜本身的影響分析

現代電纜與早期電纜在結構、材料、技術水平等方面都有顯著的提升。早期電纜多采用絕緣油、油紙作為絕緣材料，抗短路電流的能力較差，容易造成絕緣損壞，現已基本退出運行。而目前主流的交聯聚乙烯（XLPE）電纜，在絕緣水平、機械強度、耐熱能力、抗老化能力等方面都比早期電纜有了顯著提高，有些還具備阻水、阻燃、耐火等特性。

以常用的3×240 mm2交聯聚乙烯電纜為例，在短路持續時間為1.0 s、0.7 s、0.5 s時，可承受的短路熱穩定電流相應為31.9 kA、38.2 kA、45.1 kA。按變電站10 kV側母線最大短路容量300 MVA計算，短路電流不大于16.84 kA［7］。重合閘與后加速保護配合時，開關重合于故障時保護加速跳閘，合閘時間不會大于0.5 s。即出線開關重合于永久性故障時，會在0.5 s內再次跳閘，在此時間內最大承受16.84 kA的短路電流，遠小于上述許可的電纜熱穩定電流。因此，重合閘的使用對電纜本身的安全不會造成影響。

2.2對主變壓器的影響分析

出線開關重合于永久性故障時，短路電流會對主變壓器形成再次沖擊，但會不會導致變壓器損壞，則應根據不同情況具體分析。在變壓器的設計與制造中，抗短路電流沖擊能力是必備基本條件，而且變壓器選型也留有安全裕量，故障電流一般不會對主變造成損傷。而且變壓器具備完善的保護功能，在故障電流對主變產生損害前，變壓器保護應提前動作切除故障。另外，為確保主變安全，還可以應用自適應重合閘閉鎖技術，根據變壓器的耐受能力，設定短路電流允許值，當故障電流大于設定值時，自動閉鎖重合閘［8］。隨著變壓器制造工藝與自適應重合閘技術的進步，使用重合閘仍可保證主變壓器的安全運行。

2.3現場實際運行經驗

已有部分供電企業對于具備重合閘條件的電纜與架空線混合線路采取投入重合閘的措施，有效地避免了因瞬時性故障導致的長時間停電，保障了電網經濟可靠運行，產生了顯著的經濟和社會效益。運行過程中，并未出現因重合閘導致的電纜本體及主變壓器等設備損壞的情況。

某市10 kV饋線電纜化率較高，多數線路為電纜與架空混合，均配置一次自動重合閘。根據2013年統計數據，該市全年共發生重合閘3 418次，成功2 751次，重合閘成功率為80.5%。一般的，隨著線路電纜率增加，重合成功率降低，但純電纜線路仍有約20%的概率重合成功，說明即使純電纜線路故障也不全是永久性的，約有20%的故障為瞬時性故障。

3　　影響重合閘投入的因素

雖然中壓配電網電纜與架空混合線路可以投入重合閘，但由于配電線路種類多變、環境復雜，現場還存在一些不宜進行重合的因素［9］。

充油電纜、油紙絕緣等電纜耐沖擊能力差、易燃易損壞，不宜投入重合閘。交聯聚乙烯絕緣電纜具有良好的耐熱與絕緣特性，建議投入重合閘；但沒有阻水功能的交聯聚乙烯電纜用于潮濕環境中時，不宜投入重合閘。

電纜敷設方式一般有直埋敷設、穿管敷設、淺槽敷設、溝道敷設和隧道敷設等方式［10］。電纜接頭部位是電纜絕緣最薄弱的環節，重合閘產生的過電壓可能導致接頭擊穿爆炸。對于直埋敷設以及水下敷設來說，接頭爆炸往往不會造成電纜起火事故，重合閘可投入。但對于溝道、隧道敷設方式，由于隧道內往往敷設多條線路，而且空間狹窄通風不暢，電纜一旦起火后高溫濃煙不易擴散，滅火撲救困難，容易造成大面積電纜著火受損，經濟損失嚴重。因此，應綜合考慮防火防爆措施、火災撲救難度、對其他線路影響等因素，對電纜敷設方式進行評估，確定是否可以投入重合閘。

隨著運行年限的增加，電纜老化加劇，絕緣性能逐漸下降。一般來說，運行超過20年后，電纜本體、介質及附件材料老化嚴重，電纜運行故障率大幅上升且耐短路沖擊能力較差。因此，投入運行超過20年的電纜，應退出重合閘。另外，如果主變壓器、斷路器等重要設備存在絕緣降低等異常情況，為確保安全，應退出相關線路的重合閘功能。

4　　結語

配電網電纜與架空混合線路使用重合閘功能，可減少因瞬時性故障導致的長時間停電，有效提高供電可靠性。對于已完成饋線自動化改造的線路，也需要投入重合閘，配合實現饋線自動化功能。同時，由于現場情況復雜多變，為保證安全，也有一些混合線路不宜投入重合閘。因此，應改變以前僅靠經驗盲目判斷的粗放模式，綜合考慮電纜類型、長度占比、敷設方式、運行年限、設備水平等因素。在排除不宜重合因素的前提下，應以減少停電時間、提高供電可靠性為目標，投入重合閘。

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［5]梁文祥．“電壓—時間”型饋線自動化模式及應用［J］．山東電力技術，2012，39（6）：34-36．

［6]劉虎，劉遠龍．10kV配網分界開關使用原則探討［J］．山東電力技術，2014，41（3）：34-36，43．

［7］ 韓吉昌．10 kV電纜線路采用故障重合閘的可行性［J］．供用電，2000，17（4）：24-26．

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［9]江南，謝聿琳，侯俊平，等．電纜架空線混合線路重合閘投切方式［J］．電力系統自動化，2010，34（3），112-115．

［10］叢柏生，吳興林，王志堅．淺談幾種電纜敷設形式的經濟技術比較［J］．高電壓技術，2001，27（S1）：17-18．

Reclosing of Cable-overhead Hybrid Lines in Distribution Network

ZHANG Linli1，LI Jianxiu1，LIU Hejin1，WANG Mingtao2
（1.State Grid Shandong Electric Power Research Institute，Jinan 250003，China；2.Shandong Zhongshi Yitong Group Co.，Ltd.，Jinan 250003，China）

With the increasing of the cable rate，more and more hybrid lines containing cable and overhead lines exist in distribution network.There is a lack of uniform technical guide whether hybrid lines should put into automatic reclosing function.The necessity of reclosing is illustrated with the target of improving reliability of power supply and realizing the function of feeder automation.The feasibility of reclosing is discussed with considering the equipment performance and practical operation experience.Factors affecting the reclosing are analyzed and suggestions of hybrid lines put into reclosing function or not are put forward.The conclusion can provide decision-making basis for the operation department.

distribution network；cable-overhead hybrid lines；reclosing；reliability of power supply

TM773

A

1007-9904（2016）06-0077-03

2016-02-19

張林利（1979），男，博士，工程師，主要從事配電網監測分析、配電自動化相關工作。