10 kV柱上變壓器臺高壓側智能化技術研究

臧猛，鮑偉

（江蘇其厚智能電氣設備有限公司，江蘇南京210023）

10 kV柱上變壓器臺高壓側智能化技術研究

臧猛，鮑偉

（江蘇其厚智能電氣設備有限公司，江蘇南京210023）

常規10 kV配電臺區包括配電變壓器、跌落式熔斷器、避雷器、綜合配電箱、鐵附件等多種物料，安裝時間長，安裝精度不高，運行維護工作量大。針對上述問題，提出了一種10 kV柱上變壓器臺高壓側智能化方案，將高壓側的電氣設備（負荷開關、接地開關、熔斷器、避雷器）功能組件進行了一體化設計，替代配電臺區原有的多種裝置和設備，并通過傳感器、繼電器和智能終端對高壓側開關和熔斷器狀態進行實時監測，實現對配電變壓器的保護和隔離，提高配電變壓器運行的安全性和可靠性，降低現場運維工作的難度和復雜度。

配電臺區；運行維護；智能化；一體化

傳統柱上配電臺區一般采用跌落式熔斷器保護變壓器，由于其安裝質量不可控、維護不到位、老舊破損、異常掉管、熔絲單相熔斷造成缺相運行等情況導致熔斷器失去通電、保護作用，停電范圍擴大[1-2]。目前，國內使用的跌落式熔斷器主要有HRW型、PRW10型、PRW4型。HRW型由于結構設計的問題，熔斷器上靜觸頭操作后壓力不足，極易造成出頭燒傷或是熔管自行跌落；PRW10型由于瓷質與鐵件結合處制造質量問題而導致較高的故障率，已經不再滿足線路安全、穩定運行的要求，目前在日常線路故障檢修或帶電更換時，基本上已經替換為質量更加穩定的PRW4型熔斷器，但是避免不了熔絲單相熔斷造成缺相運行等情況，導致熔斷器失去保護作用[3]；高壓套管與10 kV進線經過裸露線耳連接，在戶外潮濕、高溫及紫外線照射的環境下，導體會受到含鹽分或其他腐蝕性物質的腐蝕，導體和接觸面遭到破壞，接觸電阻上升，導體發熱，甚至可能造成重大事故[4]。

一體化柱上變壓器臺高壓側開關裝置采用負荷開關-熔斷器組合電器實現過流和短路保護，同時熔斷器與負荷開關的機械聯鎖設計避免熔斷器單相熔斷后導致設備缺相運行給變壓器和用電設備造成損害[5-6]；采用的肘型避雷器具有結構簡單、保護性能好、吸收能量大等優點，能有效限制雷電過電壓幅值，減少雷害事故發生[6]。

1 柱上變壓器臺現狀分析

我國經濟發展已經進入新常態，電力消費從高速增長向下換擋為中速甚至中低速增長。盡管電力供需寬松、部分地區電力產能過剩，但配電臺區依然量大面廣，供電企業配電網建設運行人員短缺，配電臺區建設改造與運維工作量較大。目前，10 kV柱上變壓器臺成套設備包括配電變壓器、跌落式熔斷器、避雷器、低壓綜合配電箱、鐵附件等多種物料，各類物料均為分別招標采購，存在到貨時間不統一、安裝時間長、安裝精度不高、建設施工時間長、運行維護工作量大等問題。跌落式熔斷器時常會因為熔絲熔斷后不能自動跌落導致燒管故障，開關保險管尺寸與保險器固定接觸部分尺寸匹配不合適導致異常跌落，熔絲與下一級熔絲容量配合不當導致越級誤斷。

按照國家電網公司配電網“四個一”標準化建設改造要求，滿足智能配電網建設和發展的需求，亟需對配電臺區高壓側進行標準化設計和智能化改造。

2 高壓側保護方案

2.1 設計原理

高壓側采用高壓開關柜形式，內置三工位負荷開關加限流熔斷器，實現變壓器和線路的保護。三工位負荷開關整合了負荷開關和接地開關的功能，構成戶外三工位開關結構，將合閘和儲能合二為一，使負荷開關在完成合閘的同時同步完成儲能，減少操作步驟，避免操作人員的誤操作，同時在合閘后發生故障的情況下，儲能完成，熔絲熔斷后負荷開關可以聯動斷開，避免缺相運行。負荷開關-熔斷器組合裝置，把對電器要求的操作與保護2種功能分別由2種簡單、便宜的元件來實現，即用負荷開關來完成大量的負荷合分操作，而用熔斷器來發揮對極少發生的短路的保護作用，既省去了復雜昂貴的斷路器，又可滿足實際需要[7]。肘型避雷器是一種交流無間隙氧化物避雷器，主要由肘型橡膠外套、柱型氧化物電阻片、插入式導電桿、鎖緊螺母、螺栓、外端蓋和接地引線組成，為全絕緣避雷器。避雷器的內層靠近導電桿連接部分是半導電材料；外層也為半導電材料，通過接地孔接地，構成全屏蔽結構；導電桿的前一段有滅弧材料，所以使用絕緣操作桿，可以帶電插拔避雷器。過電壓保護通過高壓側加裝肘型避雷器實現，避免配電變壓器遭受雷擊過電壓和系統操作過電壓損壞。柱上變壓器高壓絕緣引流線將肘型插頭和10 kV電力電纜模塊化的設計，代替傳統壓接端子與線纜，采用冷壓連接方式，簡化并統一了設備型式和施工工藝，生產效率高，質量可控，對施工人員無技術要求，可靠性高，品質穩定。肘型電纜頭與配變高壓柜一體式套管采用“插頭—插座”方式配合，構成全絕緣、全密封、全屏蔽、可分離的防水結構，具備接地條件外表可帶電觸摸，具備滅弧裝置，滿足帶負荷操作、消弧要求，機械強度可靠且有緊固功能，解決了帶電導體裸露帶來的安全隱患，大大提高了帶電作業者的人身安全[8]。U型連接器是一種連接高壓柜和變壓器的新型高壓電纜，其結構原理同柱上變壓器高壓絕緣引流線，由高壓電纜和2個肘型電纜頭一體化澆注成型。

2.2 實施方案

2.2.1 方案簡述

10 kV側采用高壓絕緣引流線正面引下至高壓柜一體式套管，高壓柜安裝在變壓器正上方，通過U型連接器和變壓器連接，低壓綜合配電箱采用懸掛式安裝于變壓器正下方，結構圖見圖1.同時，為了適應配電網自動化及提高配電可靠性要求，新型高壓柜可以根據需要加裝電動機構、TV及配電網控制終端單元等，具備“三遙”功能，可實現遠方對主元件運行狀態及故障監視、遠方抄表、遠方操作等功能[9]。

圖1 結構圖

2.2.2 詳細設計

10 kV側高壓柜，吸收SF6環網開關柜技術，其緊湊式結構設計實現戶外柱上安裝，其具體結構為：正面正立時，結構上可按“田”字形分成4塊。左上部分為三工位負荷開關和操作聯鎖機構，操動機構采用耐腐蝕金屬，轉動部分的軸承均為自潤滑設計，產品不受環境影響，免除定期保養，并與外界連接方便，這樣使操作功小、可靠性高、壽命更長；右上部為熔倉，內置三相熔絲，三相熔斷器的每個熔斷器上裝有一個撞擊器，撞擊器通過連桿與分閘傳動軸連接，當一相熔斷器熔斷時，熔斷器熔斷并用熔斷器的撞針帶動熔倉連桿和行程開關，使負荷開關三相同時分閘，避免缺相運行；左下部分為高壓小室，預留配電自動化安裝模塊空間；右下部分為避雷器室，避雷器采用交流無間隙氧化物肘型避雷器，可以帶電插拔，保護配電變壓器避免遭受雷擊過電壓和系統操作過電壓損壞。高壓進線端子位于高壓柜后面，采用一體式套管，高壓引下線可采用帶有美式肘型電纜頭的高壓絕緣引流線，方便與高壓柜進線的一體式套管插拔結合。高壓柜出線位于左側面，亦采用一體式插拔套管，可通過U型連接器與變壓器背面高壓進線套管插拔組合。高壓柜下部立腳開孔與變壓器上表面4根絲桿配合，將高壓部分和變壓器緊固為一體。為實現高壓側的智能化，在高壓柜戶外三工位負荷開關上可以實現電動遠程操控、開關狀態實時監測、信息采集和管理。

三工位負荷開關的操作機構加直流（交流）操作電機，其彈簧操作機構是利用已儲能的彈簧為動力，實現開關的分合閘操作。彈簧操作機構以其結構簡單緊湊、操動靈活、機械壽命長等優點被廣泛應用。高壓柜電動方案原理圖見圖2，高壓側負荷開關狀態的信息采集，可以通過負荷開關位置行程開關、儲能行程開關和接觸器的輔助觸點的配合輸出無源開關量信號，通過10芯航空插輸入到FTU中。

圖2 高壓柜電動方案原理圖

高壓限流熔斷器狀態信號的采集需增加無源開關量信號，具體實施方案如下：在熔絲筒聯鎖推桿上開孔，用于安裝固定撥動微動開關的撥動板；在熔絲熔斷過程中，熔絲端部的撞針頂出，推動推桿向上運動，從而帶動撥動板撥動微動開關，從而實現熔斷器熔斷狀態顯示。

高壓柜左下側高壓小室預留電源管理模塊和可以充放電的鋰離子電池，由于電池作為后備電源，要求具備手動、遠方活化等功能，因此考慮其控制線與高壓限流熔斷器狀態輸出控制線共用一個航空插，引出位置同高壓側負荷開關狀態的信息采集輸出方式一致，可走同一個線槽至低壓柜的儀表室。

3 結束語

柱上配電臺區高壓側采用負荷開關-熔斷器組合電器與肘型避雷器保護，方便了臺區操作，屬于低空作業，在維持保護穩定性的同時避免跌落式熔斷器單相熔斷造成缺相運行的問題。

此外，高壓側負荷開關可以遙控分合閘操作，限流熔斷器熔斷狀態信息可以及時上傳后臺控制室，減少現場操作和巡檢難度，節約人力資源成本。因此，與傳統的柱上配電臺區保護方案相比，本文提出的方案更加合理，更能滿足柱上配電臺區的保護需求，提高了供電可靠性。

［1］呂方亮.10 kV跌落式熔斷器掉管和熔斷器故障的解決方法探討［J］.中小企業管理與科技，2011（10）：316．

［2］鄭楚韜，冼鐘業.10 kV跌落式熔斷器的正確使用和維護探討［J］.電工技術，2008（10）：82-83．

［3］孟寅，章志鈞，王遜峰.10 kV跌落式熔斷器的故障分析［J］.上海電力，2011（6）：497-499.

［4］廖中偉，華濤.10 kV柱上變壓器智能化改造方案［J］.農村電氣化，2013（08）：58-59.

［5］馮聯偉.負荷開關與熔斷器組合在配電變壓器保護中的應用［J］.電網技術，2007（S1）：198-200．

［6］周偉平.組合式變壓器中肘型金屬氧化物避雷器運用［J］.建材與裝飾，2007（12）：139-140.

［7］楊連武.負荷開關-熔斷器組合方式在12 kV環網柜中的應用［J］.高壓電器，2003（03）：66-67.

［8］李洪濤，車倉會，李國輝.200 A帶負荷插拔可分離連接器產品的型式試驗參數討論及其在相關工程的應用簡介［J］.電器工業，2014（11）：70-78.

［9］殷立軍.SF6全絕緣環網柜及負荷開關-熔斷器組合電器的特點［J］.供用電，2005（4）：40-41.

〔編輯：劉曉芳〕

TM407

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.19.035

2095－6835（2017）19－0035－04

臧猛（1988—），男，本科，工程師，研究方向為智能配電網技術、智能化成套配電設備。