10 kV配網(wǎng)分界開關(guān)使用原則探討

劉虎，劉遠(yuǎn)龍

（1.青島大學(xué)，山東青島266071；2.山東電力調(diào)度控制中心，山東濟(jì)南250001）

10 kV配網(wǎng)分界開關(guān)使用原則探討

劉虎1，劉遠(yuǎn)龍2

（1.青島大學(xué)，山東青島266071；2.山東電力調(diào)度控制中心，山東濟(jì)南250001）

隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)及人民生活水平的日益提高，社會(huì)對(duì)供電可靠性要求也越來(lái)越高，配網(wǎng)分界開關(guān)的廣泛使用有效提高了供電可靠性，減少了企業(yè)和居民的停電次數(shù)和時(shí)間，但國(guó)內(nèi)分界開關(guān)的使用原則卻沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，分界開關(guān)有斷路器型和負(fù)荷開關(guān)型，兩種類型分界開關(guān)價(jià)格不同，動(dòng)作原理也不相同，分界開關(guān)如果不合理使用，不僅可能影響供電可靠性，而且會(huì)大大增加不必要的投資。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工作，通過(guò)分析分界開關(guān)及10 kV線路保護(hù)的動(dòng)作原理，提出一種性價(jià)比高的比較合理的分界開關(guān)使用原則。

配網(wǎng)；分界開關(guān)；線路保護(hù)；使用原則

0 引言

10 kV饋電線路結(jié)構(gòu)多樣，架空線路一旦發(fā)生故障查找困難，特別是當(dāng)線路發(fā)生單相接地時(shí)，由于故障點(diǎn)難以確定，往往延誤事故處理，造成故障擴(kuò)大，發(fā)展為相間短路，或者損壞電氣設(shè)備。

10 kV線路保護(hù)配置相對(duì)簡(jiǎn)單，變電站10 kV架空線路保護(hù)一般只配置過(guò)流、速斷、重合閘保護(hù)，在小電阻接地系統(tǒng)中再配置兩段零序保護(hù)。因此，為保證繼電保護(hù)的選擇性和靈敏性，就必須使整條線路都處在保護(hù)范圍之內(nèi)，要求線路末端故障時(shí)，保護(hù)應(yīng)有足夠的靈敏度。這樣，就會(huì)由于一處故障造成全線停電，并且線路上下級(jí)保護(hù)呈階梯性相互配合，在線路末端已經(jīng)沒(méi)有保護(hù)級(jí)差時(shí)間，只能選擇故障跳閘而致使全線跳閘。

在10kV配網(wǎng)中，分界開關(guān)的使用可明確故障點(diǎn)，快速、有選擇性的跳開故障線路，減小停電范圍。分界開關(guān)分為負(fù)荷型和斷路器型，兩種分界開關(guān)的價(jià)格和動(dòng)作原理各不相同，國(guó)內(nèi)各省、市電力公司對(duì)兩種類型的分界開關(guān)并沒(méi)有統(tǒng)一的使用原則，有些電力公司全部使用斷路器型，有些電力公司全部使用負(fù)荷開關(guān)型，有些依據(jù)用戶側(cè)變壓器容量選擇斷路器型或負(fù)荷開關(guān)型，這些使用原則雖在努力實(shí)現(xiàn)提高供電可靠性目標(biāo)，但卻并沒(méi)有兼顧到供電的經(jīng)濟(jì)性和安全性。在保證10 kV配網(wǎng)線路供電可靠性的前提下，從提高供電經(jīng)濟(jì)性和安全性的角度出發(fā)，提出一種比較合理的分界開關(guān)使用原則。

1 分界開關(guān)

分界開關(guān)分為負(fù)荷開關(guān)型和斷路器型兩種，負(fù)荷開關(guān)型不能直接斷開短路電流，斷路器型可直接斷開短路電流，斷路器型比負(fù)荷開關(guān)型價(jià)格高。

如圖1所示配電區(qū)域性網(wǎng)絡(luò)，4個(gè)分界開關(guān)QF1、QF2、QF3、QF4直接使用在原來(lái)跌落式熔斷器的位置，QB為變電站出線斷路器，L1和L3為電纜分接箱，分界保護(hù)開關(guān)作為進(jìn)線開關(guān)；L2和L4中，分界開關(guān)作為戶內(nèi)變壓器進(jìn)線開關(guān)。

圖1 分界開關(guān)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行圖

1.1 發(fā)生短路故障

圖1所示F處發(fā)生短路故障時(shí)，負(fù)荷開關(guān)型分界開關(guān)保護(hù)裝置監(jiān)測(cè)到短路電流大于設(shè)定值，當(dāng)短路電流超過(guò)速斷電流整定值時(shí)，QB無(wú)延時(shí)跳閘；當(dāng)短路電流超過(guò)過(guò)流保護(hù)整定值時(shí)，QB延時(shí)0.5 s跳閘。隨后分界開關(guān)將進(jìn)入電流檢測(cè)程序，在確認(rèn)上級(jí)斷路器QB切斷負(fù)載故障電流后，QF3自動(dòng)分?jǐn)?，并?zhí)行權(quán)限保護(hù)動(dòng)作，自動(dòng)閉鎖QF3，在故障沒(méi)有被排除、電網(wǎng)系統(tǒng)維護(hù)人員沒(méi)有到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，用戶無(wú)法對(duì)QF3做任何試探性合閘投運(yùn)動(dòng)作。

圖1所示F處發(fā)生短路故障時(shí)，斷路器型分界開關(guān)檢測(cè)到短路電流，當(dāng)短路電流超過(guò)速斷保護(hù)整定值時(shí)，QF3和QB均無(wú)延時(shí)跳閘；當(dāng)短路電流超過(guò)過(guò)流保護(hù)整定值時(shí)，由于過(guò)流保護(hù)QB延時(shí)0.5 s，因此QF3無(wú)延時(shí)跳閘，QB不跳閘。分界開關(guān)執(zhí)行權(quán)限保護(hù)動(dòng)作，自動(dòng)閉鎖QF3，在故障沒(méi)有被排除、電網(wǎng)系統(tǒng)維護(hù)人員沒(méi)有到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，用戶無(wú)法對(duì)QF3做任何試探性合閘投運(yùn)動(dòng)作。

1.2 發(fā)生接地故障

在中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地故障時(shí)，兩種類型的分界開關(guān)原理和動(dòng)作過(guò)程相同。由于該系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障，變電站出線保護(hù)不跳閘，只發(fā)接地信號(hào)，允許短時(shí)間接地運(yùn)行。QB不跳閘決定了不同中性點(diǎn)接地方式、是否使用重合閘對(duì)動(dòng)作過(guò)程不產(chǎn)生影響，為了便于判斷故障，應(yīng)考慮躲過(guò)瞬時(shí)接地時(shí)限，此時(shí)分界開關(guān)應(yīng)在變電站發(fā)出接地信號(hào)之后再動(dòng)作跳閘，分界開關(guān)動(dòng)作時(shí)限可依情況選擇。

對(duì)于中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)，由于中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)中，變電站10 kV出線一般配置兩段零序保護(hù)，一段120 A、時(shí)限為0.2 s；二段20 A，時(shí)限為1 s［1］。因此，分界開關(guān)動(dòng)作時(shí)限應(yīng)與變電站零序保護(hù)相配合，選擇0 s，在該系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，QF3無(wú)延時(shí)跳閘并閉鎖，QB不跳閘，兩種類型的分界開關(guān)動(dòng)作情況相同，都將瞬時(shí)切除接地故障，而對(duì)其他非故障用戶不產(chǎn)生任何影響。

綜上所述，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，兩種類型分界開關(guān)均能自動(dòng)分閘，甩掉故障支線，保證變電站及非故障支線安全運(yùn)行［2］。而無(wú)需進(jìn)行試?yán)暇€路操作，可快速明確故障范圍，減少系統(tǒng)帶故障運(yùn)行時(shí)間，極大地提高了系統(tǒng)的安全性。

2 10kV線路保護(hù)配置原則及動(dòng)作分析

2.1 配置原則

10 kV配網(wǎng)純架空線路型或混合線路型保護(hù)一般配置速斷、過(guò)流、重合閘保護(hù)；純電纜線路型因發(fā)生的故障絕大部分為永久性故障，故保護(hù)配置一般沒(méi)有重合閘保護(hù)。特別需要指出的是，中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)中，變電站10 kV出線還一般配置兩段零序保護(hù)，一段120 A、時(shí)限為0.2 s；二段20 A，時(shí)限為1 s［3］。

用戶變壓器總?cè)萘吭?30 kVA以下的，用戶變壓器高壓側(cè)一般使用跌落式熔斷器；總?cè)萘吭?30 kVA及以上的，用戶變壓器高壓側(cè)一般使用繼電保護(hù)裝置。

2.2 動(dòng)作分析

圖2為局部配網(wǎng)接線圖，當(dāng)L12發(fā)生短路故障時(shí)，用戶變壓器總?cè)萘?30 kVA及以上的，用戶進(jìn)線保護(hù)采用繼電保護(hù)，10 kV變電站出線側(cè)繼電保護(hù)與用戶進(jìn)線保護(hù)為同級(jí)保護(hù)，速斷瞬時(shí)跳閘，過(guò)流延時(shí)0.5 s跳閘；用戶變壓器總?cè)萘?30 kVA以下的，用戶進(jìn)線保護(hù)采用跌落式熔斷器保護(hù)，正確動(dòng)作過(guò)程與使用繼電保護(hù)裝置的用戶相同，但跌落式熔斷器需要常年維護(hù)和檢修，并且靈活拉、合線路受產(chǎn)品質(zhì)量制約，所以配網(wǎng)線路熔斷器的誤動(dòng)和拒動(dòng)率都很高。

當(dāng)L12發(fā)生單相接地故障時(shí)，系統(tǒng)是可以繼續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間的，此時(shí)母線電壓降低，母線零序電壓升高，后臺(tái)監(jiān)控機(jī)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，運(yùn)行人員根據(jù)調(diào)度命令，逐步拉合10 kV線路，進(jìn)行斷、送電，以此判斷是某條線路故障，斷開故障線路后，如果電壓恢復(fù)正常，則找出該線路。然后匯報(bào)調(diào)度，通過(guò)調(diào)度通知線路人員巡線，檢查線路［4］。

圖2 局部配網(wǎng)接線圖

3 國(guó)內(nèi)典型10kV分界開關(guān)使用原則

3.1 泰安供電公司分界開關(guān)使用原則

10 kV配網(wǎng)線路分支線及高壓用戶全部配置斷路器型分界開關(guān)。

斷路器型分界開關(guān)價(jià)格很高，使用經(jīng)濟(jì)性不如負(fù)荷開關(guān)型；斷路器型級(jí)聯(lián)方式需要上下級(jí)設(shè)備的保護(hù)級(jí)差配合，用戶變壓器容量在630 kVA及以上的線路，變壓器出線保護(hù)、斷路器型分界開關(guān)保護(hù)和用戶進(jìn)線側(cè)繼電保護(hù)構(gòu)成三級(jí)保護(hù)，使變電站出線保護(hù)增加時(shí)延，對(duì)設(shè)備和電網(wǎng)的安全運(yùn)行不利；用戶進(jìn)線側(cè)和變電站出線側(cè)繼電保護(hù)均會(huì)瞬時(shí)跳閘隔離故障，靠重合閘補(bǔ)救恢復(fù)其他支線供電，此時(shí)斷路器型分界開關(guān)將會(huì)失去作用，重復(fù)配置，經(jīng)濟(jì)性不高；采用斷路器型分界開關(guān)，除與變電站保護(hù)配合外，還必須與用戶進(jìn)線開關(guān)進(jìn)行保護(hù)配合，如配合不當(dāng)，仍會(huì)引起事故。

3.2 湖南省電力公司分界開關(guān)使用原則

10 kV配網(wǎng)線路分支線及高壓用戶全部配置負(fù)荷開關(guān)型分界開關(guān)。

負(fù)荷開關(guān)型分界開關(guān)使用可靠性遠(yuǎn)不如斷路器型；負(fù)荷開關(guān)型動(dòng)作開關(guān)需要與變電站側(cè)出線保護(hù)配合，若分界開關(guān)的檢測(cè)裝置不靈敏或拒動(dòng)，不能及時(shí)切除故障，再次重合出線開關(guān)，可能會(huì)造成對(duì)電網(wǎng)和設(shè)備的沖擊，安全性差；對(duì)于用戶側(cè)安裝跌落式熔斷器的線路，跌落式熔斷器的誤動(dòng)和拒動(dòng)占所有事故的50%～60%，若負(fù)荷開關(guān)型與變電站出線側(cè)保護(hù)配合不好，跌落式熔斷器又不能可靠動(dòng)作，很容易造成越級(jí)跳閘。

3.3 青島供電公司分界開關(guān)使用原則

青島供電公司范圍內(nèi)新上業(yè)擴(kuò)項(xiàng)目（含增容），同一架空線路T接點(diǎn)下變壓器總?cè)萘吭?15～500kVA的必須使用柱上負(fù)荷開關(guān)型分界開關(guān)，630 kVA及以上必須使用斷路器型分界開關(guān)。

同一架空線路T接點(diǎn)下變壓器總?cè)萘?15～500kVA的用戶支線，若使用負(fù)荷開關(guān)型分界開關(guān)，用戶內(nèi)部發(fā)生短路故障時(shí)，若分界開關(guān)的檢測(cè)裝置不靈敏或拒動(dòng)，不能及時(shí)切除故障，再次重合出線開關(guān)后，可能會(huì)造成對(duì)電網(wǎng)和設(shè)所有10 kV高壓用戶全部配置備的沖擊，安全性差；對(duì)于用戶側(cè)安裝跌落式熔斷器的線路，跌落式熔斷器的誤動(dòng)和拒動(dòng)占所有事故的50%～60%，若負(fù)荷開關(guān)型與變電站出線側(cè)保護(hù)配合不好，跌落式熔斷器又不能可靠動(dòng)作，很容易造成越級(jí)跳閘。

同一架空線路T接點(diǎn)下變壓器總?cè)萘?30 kVA及以上的用戶支線，用戶進(jìn)線側(cè)配有繼電保護(hù)裝置，若使用斷路器型分界開關(guān)，用戶內(nèi)部發(fā)生短路故障時(shí)，變壓器出線保護(hù)、斷路器型分界開關(guān)保護(hù)和用戶進(jìn)線側(cè)繼電保護(hù)構(gòu)成三級(jí)保護(hù)，使變電站出線保護(hù)增加時(shí)延，對(duì)設(shè)備和電網(wǎng)的安全運(yùn)行不利；采用斷路器型分界開關(guān)，除與變電站保護(hù)配合外，還必須與用戶進(jìn)線開關(guān)進(jìn)行保護(hù)配合，如配合不當(dāng)，仍會(huì)引起事故責(zé)任糾紛；用戶進(jìn)線側(cè)和變電站出線側(cè)繼電保護(hù)均會(huì)瞬時(shí)跳閘隔離故障，靠重合閘補(bǔ)救恢復(fù)其他支線供電，此時(shí)斷路器型分界開關(guān)將會(huì)失去作用，重復(fù)配置，經(jīng)濟(jì)性不高。

4 一種合理的分界開關(guān)使用原則

4.1 使用原則

新上業(yè)擴(kuò)項(xiàng)目（含增容），同一線路T接點(diǎn)下變壓器總?cè)萘吭?15～500 kVA的使用斷路器型分界開關(guān)，630 kVA及以上使用柱上負(fù)荷開關(guān)型分界開關(guān)。

新上業(yè)擴(kuò)項(xiàng)目（含增容），同一線路T接點(diǎn)下變壓器總?cè)萘坎蛔?15 kVA的，在條件許可的情況下均應(yīng)使用斷路器型分界開關(guān)，如條件不滿足經(jīng)公司同意后可使用跌落式熔斷器保護(hù)。

4.2 分析

若分支線路或用戶內(nèi)部發(fā)生接地故障，分界開關(guān)均能快速定位故障點(diǎn)，及時(shí)切除接地故障，其他非故障線路不受任何影響，極大減少帶故障運(yùn)行時(shí)間，安全性好，并且無(wú)需進(jìn)行試探性拉合線路對(duì)開關(guān)造成沖擊損壞，減少了大量的人力、物力，經(jīng)濟(jì)性好。

若分支線路或用戶內(nèi)部發(fā)生短路故障，由于用戶變壓器總?cè)萘?30 kVA及以上的，用戶進(jìn)線側(cè)已配置繼電保護(hù)裝置，該繼電保護(hù)裝置與變電站10 kV出線繼電保護(hù)配合，兩保護(hù)為同級(jí)保護(hù)，發(fā)生短路故障時(shí)，兩開關(guān)同時(shí)跳閘，最后靠重合閘補(bǔ)救或現(xiàn)場(chǎng)合閘來(lái)恢復(fù)其他非故障分支線路供電，此時(shí)無(wú)需配置價(jià)格更高的斷路器型分界開關(guān)，只需配置發(fā)生接地故障時(shí)能可靠、準(zhǔn)確動(dòng)作的負(fù)荷開關(guān)型分界開關(guān)即可，經(jīng)濟(jì)性好，并且負(fù)荷開關(guān)型還可作為用戶進(jìn)線側(cè)繼電保護(hù)的后備保護(hù)，安全性好。

而同一線路T接點(diǎn)下變壓器總?cè)萘?30 kVA以下的沒(méi)有配置繼電保護(hù)裝置，此時(shí)配置斷路器型分界開關(guān)，發(fā)生電流速斷保護(hù)時(shí)，變電站側(cè)出線開關(guān)和斷路器型同時(shí)跳閘，靠重合閘補(bǔ)救或現(xiàn)場(chǎng)合閘恢復(fù)其他非故障分支線路供電，發(fā)生過(guò)流保護(hù)時(shí)分界開關(guān)無(wú)延時(shí)跳閘，變電側(cè)開關(guān)不動(dòng)作，其他非故障線路此時(shí)不受任何影響，供電可靠性大大提高。

5 結(jié)語(yǔ)

在分析兩類分界開關(guān)的特點(diǎn)和配網(wǎng)線路保護(hù)基礎(chǔ)上，提出一種比較合理的分界開關(guān)使用原則，該使用原則使配網(wǎng)供電更為經(jīng)濟(jì)、安全。

斷路器型分界開關(guān)的價(jià)格是負(fù)荷開關(guān)型的3～4倍，斷路器型比負(fù)荷開關(guān)型動(dòng)作更可靠，使用該方案能充分利用兩種分界開關(guān)的優(yōu)勢(shì)，合理搭配，提高經(jīng)濟(jì)性，動(dòng)作原理簡(jiǎn)單、清晰，節(jié)約線路維護(hù)和檢修費(fèi)用，動(dòng)作過(guò)程準(zhǔn)確、快速，節(jié)省線路停電損失，合理配置提高了10 kV配網(wǎng)供電的經(jīng)濟(jì)性。此外，隨著配網(wǎng)線路入地電纜增多，系統(tǒng)要求快速切除故障以減小故障的波及范圍和對(duì)線路的損壞，使用該方案能夠快速定位故障點(diǎn)，自動(dòng)切除單相接地故障和相間短路故障，無(wú)需與變電站出線保護(hù)作時(shí)間配合，減少帶故障運(yùn)行時(shí)間，也不必對(duì)原線路保護(hù)整定作改動(dòng)，簡(jiǎn)化保護(hù)配合，提高了10 kV配網(wǎng)供電的安全性。

［1］李光琦.電力系統(tǒng)暫態(tài)分析［M］.北京：中國(guó)電力出版社，1998.

［2］程志剛.淺談10 kV分界開關(guān)在配電網(wǎng)架空線路上的應(yīng)用［J］.電力學(xué)報(bào)，2011，26（1）：50-53.

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［4］王正風(fēng)，黃太貴，黃少雄，等.電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行新技術(shù)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2012.

［5］束洪春.配電網(wǎng)絡(luò)故障選線［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

［6］宋向東，劉娜.10 kV配網(wǎng)用戶分界負(fù)荷開關(guān)的應(yīng)用［J］.華北電力技術(shù)，2010（7）：35-38.

Investigations for the Use Policy of 10 kV Distribution Network’s Demarcation Switch

With the rapid growth of the domestic economy and people’s living standards rising，society requires higher and higher for power reliability.The widespread use of distribution network’s demarcation switch effectively improve the reliability of power supply，reducing the businesses and residents’the frequency and duration of power outages.However，there is no uniform standard of boundaries switch principle in domestic.Two types of boundaries switch，circuit breakers and load switch，have different prices and action principles.Using demarcation switch unreasonably not only affects the reliability of power supply but also greatly increases the unnecessary investment.According to the analysis of action principle of demarcation switch and 10 kV line protection，this paper proposes a more reasonable and cost-effective use policy combined with the actual work.

distribution network；demarcation switch；line protection；use policy

TM564

：B

：1007－9904（2014）03－0034－03

2013-12-22

劉虎（1990—），男，主要研究方向?yàn)檎{(diào)度運(yùn)行管理，電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)；

劉遠(yuǎn)龍（1971—），男，高級(jí)工程師，主要研究方向電力調(diào)度運(yùn)行管理及繼電保護(hù)新技術(shù)應(yīng)用。