20kV及以下配電網智能分界開關的應用及研究

摘要：珠海配電網運行的供電可靠性和安全性在不斷提高，主干線自身出現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。文章從實踐經驗出發(fā)，結合相關技術知識，研究并開發(fā)了20kV及以下智能分界開關。

關鍵詞：配電線路；饋線；智能分界開關；控制器；供電可靠性；電力系統(tǒng) 文獻標識碼：A

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

1 珠海20kV及以下配電網架結構分析

1.1 配網線路網架

珠海市現狀共有20kV、10kV公用配電線路817回，20kV、10kV專用線路295回，電纜線路長度4601.1km，架空線路長度1758.1km，開關柜8438面，柱上開關1866臺。香洲主城區(qū)已基本實現電纜化，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 配網支線線路現狀及存在問題

在早期配電網中，架空線路主線與支線用戶的責任分界點一般只安裝隔離刀閘（或跌落式熔斷器）作為線路保護控制設備。當用戶內部（責任分界點內部）發(fā)生故障時，均會造成線路保護動作。如果故障性質是永久的，線路保護重合不成功，則一個用戶的事故將波及整條配電線路停電，從而擴大停電范圍，影響線路其他用戶的正常供電。

雖然通過城鄉(xiāng)配電網的改造，珠海地區(qū)架空主干線路基本都實現了絕緣化，但屬于用戶產權的用戶支線及用戶設備，多數結構混雜、設備陳舊、保護落后，缺乏規(guī)范的管理和定期維護，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)約占配電網事故總數的比率較高。

1.3 配電網線路故障原因分析

1.3.1 用戶事故越級是配網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，一直嚴重影響配網線路安全運行，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、臺風等自然災害是引起饋線故障跳閘的主要原因之一，尤其是架空線路運行環(huán)境復雜，易遭受自然災害影響，珠海是沿海地區(qū)城市，易遭受如臺風、雷擊等影響，故障發(fā)生幾率相對較高。

2 智能分界開關分類及作用

智能分界開關可分為架空型分界負荷開關、架空型分界斷路器開關、電纜型分界開關柜三大類。

2.1 架空型分界負荷開關

分界負荷開關俗稱“看門狗”，包括負荷開關本體、外置電壓互感器及控制器三個組成部分，三者通過航空插件及戶外密封控制電纜進行電氣連接。其中控制器可選配附件實現自動化功能，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配電網中安裝分界負荷開關，同時采用二遙GPRS無線通信方式。

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

分界負荷開關主要適用于城市配網支線用戶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

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行電氣連接。故障檢測控制器可實現自動化功能，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配電網中安裝架空型斷路器開關，同時采用二遙GPRS無線通信方式。

架空型分界斷路器開關可采用SF6氣體絕緣、真空滅弧斷路器，具有自動跳閘和電動合閘（重合閘）功能，既可在用戶電量用盡時斷開正常負荷，又可對用戶設備進行過流、速斷以及零序保護。當事故在用戶側時，直接跳開責任用戶，確保其他用戶正常供電，同時主動報送故障信息，以便運行人員快速到場排除障礙。

2.3 電纜型分界開關柜

電纜型分界開關柜設備的主要構成為：電壓互感器、兩相電流互感器、零序電流互感器、分界控制器、具有快分功能的負荷開關或斷路器。各部件通過電纜進行電氣連接，其中互感器則套在分界開關柜進出電纜上?？刂破骺蛇x配附件實現自動化功能，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配電網中安裝分界開關柜，采用的是二遙GPRS無線通信或三遙光纖通信。

分界開關柜可自動切除接地故障和相間短路故障（配置斷路器時），可以用戶定制的通信方式上傳故障信息，并可實現三遙功能：可遙測顯示系統(tǒng)電壓、電流數據；采集開關的分閘、合閘等的狀態(tài)信號；就地或遠程控制開關的分閘、合閘。

3 智能分界開關原理

架空型電纜型分界負荷開關原理故障處理過程，詳見表1：

4 智能分界開關接入配電網方案

4.1 智能分界開關安裝原則

4.1.1 智能分界開關應裝設在配網線路較長支線與主線T接點、用戶支線責任分界點，可避免故障波及主線。（1）架空主線與架空支線（用戶支線）T接點安裝智能分界開關；（2）架空主線與電纜支線（用戶支線）T接點安裝智能分界開關；（3）電纜主線與架空支線（用戶支線）T接點安裝智能分界開關；（4）電纜主線與用戶電纜支線T接點安裝智能分界開關柜。

4.1.2 對于已經安裝負荷開關或斷路器的用戶支線可加裝用戶側饋線自動化終端，以實現普通分界開關具備自動化功能。

4.2 能分界開關與普通開關安裝在配網支線路的功能比較

智能分界開關與普通開關在功能上有很大差異，智能分界開關能實現自動化二遙、三遙功能，普通負荷開關不能隔離相間故障線路，會出現停電時間長、停電面積大的事故。

斷路器型智能分界開關能自動隔離相間短路故障，負荷開關型智能分界則不能，必須由電源側斷路器動作后才能分閘，會造成干線短時間停電。

4.3 智能分界開關與普通開關經濟性比較

就近年來市場調查，智能分界開關與普通開關兩者價格上有較大差異，智能分界開關比普通開關價格高35%左右；架空型智能分界斷路器開關單臺造價與架空型智能分界負荷開關價格差別不大；電纜型智能分界斷路器開關柜單臺造價比電纜型智能分界負荷開關柜價格高25%左右。

5 珠海配網用戶智能分界開關應用成效

5.1 用戶故障出門率

用戶故障出門是指因用戶設備故障造成變電站公用線路開關跳閘停電。

用戶故障出門率=∑用戶故障出門次數/專變用戶總數

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

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，用戶設備運行故障引起用戶故障出門占20%～30%。

5.3 智能分界開關對減少用戶故障出門的作用

自2014年以來，用戶智能分界開關開始在珠海配網中推廣應用。珠海配網2014年和2015年用戶故障出門統(tǒng)計如表2所示。

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

6 結語

對于20kV及以下配電網智能分界開關的應用從本質上來說是配電網在電網用戶自動化領域內的又一次創(chuàng)新與探索，同時也是智能配電網的發(fā)展趨勢的最終目標，可以說智能分界開關的智能化程度會直接關系到整個20kV及以下配電網供電性能的實現和供電效率的進一步提升。本文針對當前20kV及以下配電系統(tǒng)中比較熱點的智能分界開關做出了簡要分析與說明，希望可以為今后相關研究與實踐工作的開展提供一定的參考和幫助。

參考文獻

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作者簡介：孟憲利，珠海電力設計院有限公司電氣工程師，研究方向：配電網設計。

（責任編輯：蔣建華）