20kV及以下配電網(wǎng)智能分界開關(guān)的應(yīng)用及研究

摘要：珠海配電網(wǎng)運(yùn)行的供電可靠性和安全性在不斷提高，主干線自身出現(xiàn)故障和事故的比率已大大降低，但支線或用戶專用線路等發(fā)生事故造成主干線停電的幾率卻在不斷升高。文章從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，結(jié)合相關(guān)技術(shù)知識(shí)，研究并開發(fā)了20kV及以下智能分界開關(guān)。

關(guān)鍵詞：配電線路；饋線；智能分界開關(guān)；控制器；供電可靠性；電力系統(tǒng) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM726 文章編號(hào)：1009-2374（2016）36-0059-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.36.029

1 珠海20kV及以下配電網(wǎng)架結(jié)構(gòu)分析

1.1 配網(wǎng)線路網(wǎng)架

珠海市現(xiàn)狀共有20kV、10kV公用配電線路817回，20kV、10kV專用線路295回，電纜線路長(zhǎng)度4601.1km，架空線路長(zhǎng)度1758.1km，開關(guān)柜8438面，柱上開關(guān)1866臺(tái)。香洲主城區(qū)已基本實(shí)現(xiàn)電纜化，香洲部分片區(qū)、斗門、金灣區(qū)以架空、架空與電纜混合線路為主。

1.2 配網(wǎng)支線線路現(xiàn)狀及存在問題

在早期配電網(wǎng)中，架空線路主線與支線用戶的責(zé)任分界點(diǎn)一般只安裝隔離刀閘（或跌落式熔斷器）作為線路保護(hù)控制設(shè)備。當(dāng)用戶內(nèi)部（責(zé)任分界點(diǎn)內(nèi)部）發(fā)生故障時(shí)，均會(huì)造成線路保護(hù)動(dòng)作。如果故障性質(zhì)是永久的，線路保護(hù)重合不成功，則一個(gè)用戶的事故將波及整條配電線路停電，從而擴(kuò)大停電范圍，影響線路其他用戶的正常供電。

雖然通過城鄉(xiāng)配電網(wǎng)的改造，珠海地區(qū)架空主干線路基本都實(shí)現(xiàn)了絕緣化，但屬于用戶產(chǎn)權(quán)的用戶支線及用戶設(shè)備，多數(shù)結(jié)構(gòu)混雜、設(shè)備陳舊、保護(hù)落后，缺乏規(guī)范的管理和定期維護(hù)，發(fā)生的故障和存在的隱患逐年增多。此類事故在珠海地區(qū)約占配電網(wǎng)事故總數(shù)的比率較高。

1.3 配電網(wǎng)線路故障原因分析

1.3.1 用戶事故越級(jí)是配網(wǎng)饋線故障跳閘的主要因素。

1.3.2 外力破壞是故障跳閘的又一重要原因，一直嚴(yán)重影響配網(wǎng)線路安全運(yùn)行，電纜線路故障主要以外力破壞為主，如道路施工、管線遷改等。

1.3.3 雷電、臺(tái)風(fēng)等自然災(zāi)害是引起饋線故障跳閘的主要原因之一，尤其是架空線路運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，易遭受自然災(zāi)害影響，珠海是沿海地區(qū)城市，易遭受如臺(tái)風(fēng)、雷擊等影響，故障發(fā)生幾率相對(duì)較高。

2 智能分界開關(guān)分類及作用

智能分界開關(guān)可分為架空型分界負(fù)荷開關(guān)、架空型分界斷路器開關(guān)、電纜型分界開關(guān)柜三大類。

2.1 架空型分界負(fù)荷開關(guān)

分界負(fù)荷開關(guān)俗稱“看門狗”，包括負(fù)荷開關(guān)本體、外置電壓互感器及控制器三個(gè)組成部分，三者通過航空插件及戶外密封控制電纜進(jìn)行電氣連接。其中控制器可選配附件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化功能，通信方式可采用光纖、CDMA或GPRS無線、雙絞線等多種通信方式。目前珠海地區(qū)僅在10kV配電網(wǎng)中安裝分界負(fù)荷開關(guān)，同時(shí)采用二遙GPRS無線通信方式。

分界負(fù)荷開關(guān)采用真空滅弧，SF6氣體絕緣的真空負(fù)荷開關(guān)，具備20kA（10kV），4s的短時(shí)耐受電流及50kA的短路關(guān)合能力，能切斷額定負(fù)荷電流和一定的過載電流，但不能切斷短路電流。

分界負(fù)荷開關(guān)主要適用于城市配網(wǎng)支線用戶T接控制，具有比斷路器好的開斷空載變壓器的性能。

2.2 架空型分界斷路器開關(guān)

架空型分界斷路器由真空斷路器本體、外置電壓互感器及故障檢測(cè)控制器三部分組成，三者通過航空插座及戶外密封控制電纜進(jìn)行電氣連接。故障檢測(cè)控制器可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化功能，通信方式可采用光纖、CDMA或GPRS無線、雙絞線等多種通信方式。目前珠海地區(qū)僅在10kV配電網(wǎng)中安裝架空型斷路器開關(guān)，同時(shí)采用二遙GPRS無線通信方式。

架空型分界斷路器開關(guān)可采用SF6氣體絕緣、真空滅弧斷路器，具有自動(dòng)跳閘和電動(dòng)合閘（重合閘）功能，既可在用戶電量用盡時(shí)斷開正常負(fù)荷，又可對(duì)用戶設(shè)備進(jìn)行過流、速斷以及零序保護(hù)。當(dāng)事故在用戶側(cè)時(shí)，直接跳開責(zé)任用戶，確保其他用戶正常供電，同時(shí)主動(dòng)報(bào)送故障信息，以便運(yùn)行人員快速到場(chǎng)排除障礙。

2.3 電纜型分界開關(guān)柜

電纜型分界開關(guān)柜設(shè)備的主要構(gòu)成為：電壓互感器、兩相電流互感器、零序電流互感器、分界控制器、具有快分功能的負(fù)荷開關(guān)或斷路器。各部件通過電纜進(jìn)行電氣連接，其中互感器則套在分界開關(guān)柜進(jìn)出電纜上。控制器可選配附件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化功能，通信方式可采用光纖、CDMA或GPRS無線、雙絞線等多種通信方式。目前珠海地區(qū)在10kV、20kV配電網(wǎng)中安裝分界開關(guān)柜，采用的是二遙GPRS無線通信或三遙光纖通信。

分界開關(guān)柜可自動(dòng)切除接地故障和相間短路故障（配置斷路器時(shí)），可以用戶定制的通信方式上傳故障信息，并可實(shí)現(xiàn)三遙功能：可遙測(cè)顯示系統(tǒng)電壓、電流數(shù)據(jù)；采集開關(guān)的分閘、合閘等的狀態(tài)信號(hào)；就地或遠(yuǎn)程控制開關(guān)的分閘、合閘。

3 智能分界開關(guān)原理

架空型電纜型分界負(fù)荷開關(guān)原理故障處理過程，詳見表1：

4 智能分界開關(guān)接入配電網(wǎng)方案

4.1 智能分界開關(guān)安裝原則

4.1.1 智能分界開關(guān)應(yīng)裝設(shè)在配網(wǎng)線路較長(zhǎng)支線與主線T接點(diǎn)、用戶支線責(zé)任分界點(diǎn)，可避免故障波及主線。（1）架空主線與架空支線（用戶支線）T接點(diǎn)安裝智能分界開關(guān)；（2）架空主線與電纜支線（用戶支線）T接點(diǎn)安裝智能分界開關(guān)；（3）電纜主線與架空支線（用戶支線）T接點(diǎn)安裝智能分界開關(guān)；（4）電纜主線與用戶電纜支線T接點(diǎn)安裝智能分界開關(guān)柜。

4.1.2 對(duì)于已經(jīng)安裝負(fù)荷開關(guān)或斷路器的用戶支線可加裝用戶側(cè)饋線自動(dòng)化終端，以實(shí)現(xiàn)普通分界開關(guān)具備自動(dòng)化功能。

4.2 能分界開關(guān)與普通開關(guān)安裝在配網(wǎng)支線路的功能比較

智能分界開關(guān)與普通開關(guān)在功能上有很大差異，智能分界開關(guān)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化二遙、三遙功能，普通負(fù)荷開關(guān)不能隔離相間故障線路，會(huì)出現(xiàn)停電時(shí)間長(zhǎng)、停電面積大的事故。

斷路器型智能分界開關(guān)能自動(dòng)隔離相間短路故障，負(fù)荷開關(guān)型智能分界則不能，必須由電源側(cè)斷路器動(dòng)作后才能分閘，會(huì)造成干線短時(shí)間停電。

4.3 智能分界開關(guān)與普通開關(guān)經(jīng)濟(jì)性比較

就近年來市場(chǎng)調(diào)查，智能分界開關(guān)與普通開關(guān)兩者價(jià)格上有較大差異，智能分界開關(guān)比普通開關(guān)價(jià)格高35%左右；架空型智能分界斷路器開關(guān)單臺(tái)造價(jià)與架空型智能分界負(fù)荷開關(guān)價(jià)格差別不大；電纜型智能分界斷路器開關(guān)柜單臺(tái)造價(jià)比電纜型智能分界負(fù)荷開關(guān)柜價(jià)格高25%左右。

5 珠海配網(wǎng)用戶智能分界開關(guān)應(yīng)用成效

5.1 用戶故障出門率

用戶故障出門是指因用戶設(shè)備故障造成變電站公用線路開關(guān)跳閘停電。

用戶故障出門率=∑用戶故障出門次數(shù)/專變用戶總數(shù)

用戶故障出門率是影響配網(wǎng)線路供電可靠性的重要因素，也是供電部門內(nèi)部考核的重要指標(biāo)。

5.2 用戶故障出門原因分析

珠海供電局2014、2016年用戶故障出門原因分析如圖1和圖2所示：

由圖1和圖2可得，用戶故障出門最主要的原因是外力破壞。外力破壞引起用戶故障出門約占55%以上，用戶設(shè)備運(yùn)行故障引起用戶故障出門占20%～30%。

5.3 智能分界開關(guān)對(duì)減少用戶故障出門的作用

自2014年以來，用戶智能分界開關(guān)開始在珠海配網(wǎng)中推廣應(yīng)用。珠海配網(wǎng)2014年和2015年用戶故障出門統(tǒng)計(jì)如表2所示。

由表2可得，自2013年珠海配網(wǎng)線路安裝智能分界開關(guān)以來，2014年用戶故障出門率較2013年下降0.24%；用戶故障出門次數(shù)減少14次，減少次數(shù)約為15%。

6 結(jié)語

對(duì)于20kV及以下配電網(wǎng)智能分界開關(guān)的應(yīng)用從本質(zhì)上來說是配電網(wǎng)在電網(wǎng)用戶自動(dòng)化領(lǐng)域內(nèi)的又一次創(chuàng)新與探索，同時(shí)也是智能配電網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)的最終目標(biāo)，可以說智能分界開關(guān)的智能化程度會(huì)直接關(guān)系到整個(gè)20kV及以下配電網(wǎng)供電性能的實(shí)現(xiàn)和供電效率的進(jìn)一步提升。本文針對(duì)當(dāng)前20kV及以下配電系統(tǒng)中比較熱點(diǎn)的智能分界開關(guān)做出了簡(jiǎn)要分析與說明，希望可以為今后相關(guān)研究與實(shí)踐工作的開展提供一定的參考和幫助。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：孟憲利，珠海電力設(shè)計(jì)院有限公司電氣工程師，研究方向：配電網(wǎng)設(shè)計(jì)。

（責(zé)任編輯：蔣建華）