10 kV城市配網分界負荷開關應用

楊成永，田國鋒

（日照供電公司，山東 日照 276826）

1 應用背景

通過對故障記錄對故障性質及發生原因進行統計：日照市2008年累計線路故障發生的次數為199條次，重合成功71條次，重合不成65條次，接地故障63條次；其中緊急故障中，主干線故障26條次，支線故障73條次，用戶故障29條次，79.7%的故障都是由于支線或用戶電纜、設備引發的接地或短路故障，嚴重影響了電網的安全可靠。

日照城區配網2008年接地故障63條次，幾乎占到10 kV線路緊急故障總數的一半。在線路上安裝分界負荷開關，當支線或用戶發生接地故障時,可快速準確地切斷故障，避免全線停電；當發生短路故障時，分界負荷開關可以配合上一級斷路器自動隔離故障段，可有效避免全線掉閘、縮小事故停電范圍，進而提高供電可靠性。

2 分界負荷開關主要功能及應用

分界負荷開關是將負荷開關和微機保護測控，以及通訊模塊融為一體的裝置。開關帶有一套內置電壓互感器（三相一體式、零序CT變比為20：1，精度等級0.5級，可精確采集零序電流）、一套內置電壓互感器（6只阻抗式電壓傳感器RCVT,變比為10 kV/4V，精度穩定保持在0.5%）。

2.1 主要功能

短路故障時分界負荷開關能夠直接分閘并迅速隔離故障區段，且閉鎖合閘。開關內置的電流互感器，檢測到過流和短路電流超過開關的設定值時，開關根據設定的時間分閘，切除故障線路，使變電站內線路重合成功，圖1所示。

圖1 短路故障動作說明

接地故障時，開關直接分閘而隔離故障區域，避免線路出現因接地故障而導致全線停電。當負荷側接地故障發生時，分界保護開關控制器通過對零序電壓、零序電流及相位差的判斷，啟動保護回路，直接對開關進行分閘。工作人員可以根據開關閉鎖指示和用戶反映查找故障，圖2所示。

圖2 單相接地故障動作說明

遠程數據采集。分界開關控制器輸入模擬量通道有A相電流、B相電流、C相電流、6個電壓傳感器、供電側相間電壓、零序CT電流。可通過添加無線通信功能，增加GSM或GPRS模塊，將采集的三相電流、電源負荷側電壓、零序電流量、開關狀態數據、故障信息，及時傳送至遠程后方后臺主機，并通過GSM無線網絡傳送至定制的手機。

擴展功能。分界保護開關控制器已預留擴展通道，在未來規劃及建設中，可根據配網自動化發展需要，增加所需的功能。

2.2 應用情況

分界負荷開關不允許串聯使用。因為當分界負荷開關串聯時，開關控制器不能形成有效配合，會造成分界負荷開關誤動作或拒動。

分界負荷開關不建議安裝在變電站出線口及主干線路上。因為變電站出線口及主干線路一旦發生故障，整條主干線路全部停電，造成整條線路故障，就會失去安裝意義。

城網線路供電要求性很高，負荷密度大，通常連續幾個桿塔都有下戶線，主線路又不推薦安裝分界開關，因此分連續下戶線、小支線、大用戶采取了三種安裝方式。在有連續下戶線時，選取一個下戶線安裝分界開關，新裝母線型分線箱，將附近2～4個用戶改接入分線箱內；小支線用戶分散、負荷較小，可將分界開關安裝在支線路上；大用戶安裝，在容量超過630 kVA的用戶下戶線上直接安裝分界開關。城網線路共安裝了26臺分界負荷開關，其中大用戶安裝10臺，分支線安裝16臺。當支線或用戶發生故障時，開關保護動作，開關負荷側會迅速隔離故障區，從而保證了其他支線不受影響，同時主線變電站站內斷路器重合后，可以迅速恢復其他非故障線路供電，這樣不僅縮小了停電范圍，而且方便查找故障區域，大大減少了停電損失，提高供電可靠性。

圖3 城網供電線路分界負荷開關設置

農網線路供電可靠性要求相對較低。針對農網線路設備落后、用戶容量小、距離比較長、支線多、在支線之后還有多級分支的特點，可以選擇線路第一級大分支線安裝分界負荷開關，發生故障可自動閉鎖，隔離故障支線。

圖4 農網供電線路分界負荷開關設置

3 應用效果

日照供電公司于2009年共安裝分界負荷開關35臺，應動作次數13次，全部為有效動作。其中有8次動作是接地故障引起，有5次是速斷故障引起。

接地故障中，其中一次是10 kV藏家荒線藏瓦廠線分界負荷開關動作，工作人員巡視后未發現問題，試送分界負荷開關，開關仍然跳閘，隨后對用戶電纜進行排查，最終發現故障點，原因是該用戶電纜被挖掘機挖斷，但是故障點被施工人員掩埋，故障排除后，送電正常。另一次是10 kV昭國北線昭國北三柱線分界負荷開關動作，但是工作人員沒有發現明顯的故障點，經過仔細排查，發現有段導線與樹枝距離過近，判斷為分界負荷開關的控制器過于靈敏，當陰雨天氣時樹枝與裸導線接觸，導致出現瞬時接地故障，處理樹木后，試送分界開關成功。

速斷故障時，當分界負荷開關負荷側出現故障電流，控制器內置的電流互感器檢測到過流和短路電流超過開關設定值，分界負荷開關根據設定的時間分閘，隔離故障段線路，確保變電站斷路重合成功，保證了線路上的非故障線路段及其它用戶的正常供電。

同一時期日照供電公司安裝了43臺柱上斷路器，應動作15次，有效動作僅為 4次（圖5），原因是柱上斷路器的分閘固有時限比變電站開關固有時間要長，站內開關設置的速斷延時為0 s，發生速斷故障時，柱上斷路器還未接到信號進行分閘，站內開關就已經重合，造成線路重合不成。

目前，分界負荷開關現運行狀態良好，無誤動、拒動情況發生，能夠配合站內開關重合閘動作，并且能夠分斷單相接地、短路電流等狀態，在負荷側出現故障時，能夠迅速判斷故障原因，配合動作，隔離故障線路。

日照市2009年累計線路故障發生的次數為161條次，重合成功83條次，重合不成42條次，接地故障36條次，分界負荷開關的應用有效地減少了因支線和用戶原因引起的主干線故障停電，縮小了故障停電范圍，大大提高了供電可靠性。

圖5 分界負荷開關與柱上斷路器動作情況柱狀圖

在10 kV分界負荷開關模塊設計上能夠實現“遙信、遙測”功能，并可以通過GPRS/GMS無線通訊及其他通訊方式，與后臺系統連接，在后臺電腦上遠方控制，實現網絡信息透明化和各種形式的配電自動化。

4 結語

分界開關雖能隔離短路故障，但需上一級斷路器配合，這樣會造成變電站內重合成功，今后可使用斷路器式分界開關，這樣只需更改變電站出線開關速斷延時定值，使其避開分界斷路器固有分閘時間，就可以避免重合成功故障的出現。當負荷側發生過流、短路故障時，分界開關直接動作，減少變電站開關速斷動作次數。