淺談10kV自動化開關站的設計及應用

劉永華

摘 要：10kV開關站進行自動化設計，能夠在供電線路出現電壓、電流過大等故障時，通過判斷遠距離自動快速實現供電線路故障隔離、恢復供電以及相關通信，從而實現開關站的自動化、綜合化，改善城市配網結構。本文分析了10kV自動化開關站的電氣設計以及實際應用。

關鍵詞：10kV自動化開關站；設計；應用；自動化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.035

當前我國10kV開關站普遍采用常規的手動或者電動的真空負荷開關或者SF6開關，由于常規的開關無法實現線路的自動監測和斷開故障以及自動合閘功能，一旦線路發生故障，必然導致整條供電線路停運，短時間無法準確的判斷故障位置和原因，所有的停電、送電都需要運行維護人員在設備處進行現場操作，人員安全性低，線路運行維護困難，供電可靠性低，將嚴重影響居民的生活和工業生產。

由于自動化技術、通信技術的日益成熟，同時隨著城鎮化的加快，用電負荷也更加密集分布，這就需要一種自動化程度高、供電可靠性高、安全性高，運行維護方便的開關站，并實現遠程控制和通信的功能。對此，就需要對10kV自動化開關站進行優化設計。在滿足負荷需求的同時，也提高其供電能力。

1 10kV自動化開關站的電氣設計

1.1 主接線方式設計

按照占用城市土地面積較少的原則，一般建設中、小型開關站，電氣主接線方式按照負荷性質、負荷等級、用電容量、系統規模、接入電網方式、發展規劃以及當地的供電條件等確定。開關站的主接線方式應簡單明確，減少電能的損失，便于管理和維護。開關站宜采用單母線分段接線方式，兩回進線，8～10回出回出線。由于城區10kV配網系統的供電半徑有著特殊規定，通常要在1.5km以內，城區供電可靠性要求高，因此，每個開關站采用2回路進線方式設計，形成 “2-1型”的典型主接線方式，實現多條供電線路的環網，增強線路之間的轉供能力。

開關站典型主接線圖主接線圖如下圖1所示：

1.2 主要一次設備的選擇

高壓開關柜宜選用真空、六氟化硫負荷開關柜或真空斷路器柜三種型式（需滿足五防要求）；開關站內站用變應選用SC11系列及以上節能環保型的干式變壓器；避雷器應選擇密封結構良好的無間隙金屬氧化鋅避雷器。

2 電氣二次部分

2.1 直流系統

選好電源類型，優選蓄電池，其容量要達到兩小時故障放電時長，可以嘗試選擇采用單體長壽命免維護蓄電池，同時配上高頻開關充電設備，同時，安裝直流絕緣自動監測設備，附加通訊接口。

2.2 保護回路部分

真空斷路器進、出線柜需裝設微機保護裝置，配置過流、速斷以及零序保護，并與變電站或者上一級電源出線回路保護配合。真空或六氟化硫負荷開關進出線柜均不裝設微機保護裝置。

高壓開關柜采用電動操作機構，負荷開關柜（環網柜）操作電源采用直流48V或交流220V，采用交流220V時電源取自進線柜PT二次側；真空斷路器柜操作電源采用直流48V。同時，開關柜中的計算機設備也兼具測控功能。

2.3 配電自動化設備

將電源自動化投切設備安裝在母線分段開關位置，通常來說，兩路進線要各自、獨立工作，斷路器設置在斷開處，各路進線供應一段母線，其中任何一路進線出現故障時，投切設備都能及時發出動作，首先切斷進線斷路器，然后閉合回路斷路器。這樣當母線發生故障時，則可能造成分段回路斷路器發生誤閉合現象，此時則可以利用自切設備的短時加速保護來及時切斷斷路器，從而排除故障，同時，關閉自動投切設備，避免出現反復動作問題。

配電自動化二次的DTU和通信設備安裝于配電自動化屏中，配電自動化二次的DTU和通信設備安裝于配電自動化屏中；開關站二次設備網絡圖如下圖2所示：自動化通訊柜通訊、遙測信號網絡圖如下圖3所示。

2.4 計量回路

測量用電壓互感器采用0.5級，測量用電流互感器采用0.5級，計量用電流互感器采用0.2S級。通常電子式電能表為優選，同時，要設置通訊接口，這樣才能為自動化系統內外各類信息的傳輸創造條件。

3 自動化開關站的設計要點

3.1 設計原則

根據開關站的功能、特征以及配網自動化的需求等來設計自動化系統的功能，其設計要具備最基礎的若干功能，例如：遙控、遙信等，其中遙控側重指進出線斷路器的分閘與合閘操作。遙信則負責斷路器狀態、接地開關狀態等的監測，以及對各種故障信號、動作信號等的遠距離監測。

3.2 控制模式

采用分層操控方式，具體的層次劃分包括：自動化調度中心、站控層、間隔層等，實際的操作權限也依照這幾個層次來逐步下放。同時，當監控系統常規工作、安全運轉時，無論哪一個層次的操作，要確保從線路到設備等的工作狀態以及切換開關的部位等都得到自動化監控系統的監測與監督，而且當操作某層時，要確保其他層都閉鎖。一旦發生故障問題，系統能夠及時傳出信息抵達自動化調度中心。

3.3 網絡結構

自動化監控系統選擇了特殊的網絡結構，那就是分層分布式結構，該結構通常涵蓋兩大層次，分別為站控層、間隔層，而且要達到資源信息分享、功能分散應用以及無人化值班等的規定，應該盡量讓各項設備、功能等簡單化、便捷化。站控層可以安裝一個計算機系統，間隔層的測控則通過綜合保護設備以及計算機設備的運行來完成。測控設備負責采集相關信息，經通訊口來傳輸到站控層自動化設備，再逐漸傳輸到一級主站以及調度中。

3.4 自動化通訊

對于規模較小的開關站，其內部通訊適合選擇屏蔽雙絞線，同時選擇10kV電纜屏蔽層載波來將通訊信號等傳輸至上層主站、調度中心等。此種通訊方式同光纖對比起來，能夠更大程度地節省通訊空間，控制成本。

4 10kV自動化開關站的應用

10kV自動化開關站在實際的配網系統中得到了發展和應用，隨著城鎮化的推進，大型的商住小區和大型的工業園不斷增加，區域用電負荷不斷增大，按照供配電原則，商住小區需配置環網型接線方式，大型的商住小區和工業園負荷較大，需要將電能重新分配和控制，新建10kV自動化開關站可以完全滿足要求，從而實現故障區域的自動切斷，迅速恢復供電、數據通信、數據采集、運行維護、電力調度等功能。對此，可以將自動化開關站設置于大型的商住小區和大型的工業園內等負荷密集的區域，主要適用于城市中心區域和新建城區等，開關站可單獨建設也可以和其它建筑一起配套建設，但需滿足建筑電氣設計規范要求。自動化開關站體形較小、無需占用過多的空間，同時操作方便，電能分配集中，運行維護方便，減少停電帶來的不利影響，安全可靠性高，實現遠距離自動化控制。因此在配電網建設中適合建設開關站。

5 總結

自動化開關站具有功能綜合化、結構微機化、操作監視屏幕化、運行管理智能化等特點，可以快速的實現故障隔離、恢復供電等配網自動化功能，準確的監測故障位置和故障原因，實現與電網的通信功能，減少人為的操作，提高效率。 且其二次系統也相當的完善、穩定，自動化設備性能較好，整體上完全能夠滿足配網系統的安全和可靠性，且該開關站運行維護簡單，所以自動化開關站值得深入推廣與運用。

參考文獻：

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