10kV配電線路跳閘故障原因分析及方法

摘要：10 kV 配電網的分布量多、面廣，控制10kV線路的跳閘率對電網供電可靠性及安全運行至關重要，本文主要對如何減少10kV配電線路跳閘次數進行了探討。

關鍵詞：10kV 配電線路；跳閘；應對措施

0 前言

在10kV以下配電系統中，故障發生幾率較大，據有關資料顯示，10 k V 配電網故障率占整個電網故障率的70%。10 kV 配電線路有架空線路、電纜線路以及兩者的混合線路。城網線路供電負荷重、供電半徑較短，基本實現單環網“手拉手”方式、雙環網或多分段多聯絡網格式接線，一般是直接從上級變電站10 kV配電裝置出線，再T 接支線至配變或出線至戶外環網箱再分接至配變。農網線路較多，供電半徑一般較長，多為放射式供電線路或樹形供電線路。因城、農網配電線路沿線走廊地理條件較復雜，特別是農網線路絕緣水平較低，因此10 kV 線路故障率高。

1 影響10 kV線路跳閘的原因分析

國內10 kV配電網系統基本采用兩段式保護，即以速斷保護作為主保護，過流保護作為后備保護。10 kV 線路跳閘是指因為線路發生速斷或過流情況，導致上級變電站的10 kV 饋線柜斷路器動作，使整條10 kV 線路斷電。由于配電網線路較多、網絡結構較復雜，使得其故障較多。10 kV線路跳閘按照故障地點分類，可以分為設備自身故障和外力破壞故障。設備自身故障包括：線路設備故障、導線故障、配變臺區故障和保護定值設置故障等。外力破壞故障包括：樹障、竊電或私自操作設備引發故障、偷盜線路設備故障、線路通道故障等。

10 kV配電系統保護級數一般至少有2～3級，主干線安裝2～3臺分段柱上真空開關，分支線路連接處安裝1臺分支柱上真空開關。不論是10 kV線路設備自身故障，還是外力破壞故障，均通過柱上真空開關的速斷、過流保護動作，減小停電范圍，控制10 kV線路跳閘率。在引發保護跳閘的各種故障中，多次出現保護

越級跳閘。以廣東省惠州市配電網系統為例，2009年1～12月，惠州供電公司10 k V配網線路共跳閘222次，其中主干線分段開關跳閘65次，分支線路分支開關跳閘38次，而變電站10 kV出線跳閘119次，占總跳閘次數的54%。保護越級跳閘擴大了故障范圍，增加了線路停電時間，也增大了事故處理的工作量。導致保護越級跳閘的原因如下。

1.1 保護整定原因

由于城市配電網10 kV出線的距離一般都不長這加大了上下級保護的配合難度，如圖1所示。

圖1 10 kV配電網故障示意圖

圖1 中，當10 kV 分支線路k1 或k2 處發生短路故障時，開關1 和開關2 處所測量的電流值相差不大，因此無法通過設置不同的動作電流定值，來實現上下級保護的配合。目前除了極少部分10 kV 線路采用全線速動保護（ 縱差保護）外，大部分10 kV線路采用兩段定時限保護：主保護為速斷保護，延時整定為0 s ；后備保護為過流保護，延時由實際情況來設置。當分支線路發生短路故障時的故障電流不大時，可以通過設置了時間差的后備保護實現配合。而當配電網線路較短、阻抗較小時，發生短路故障后會產生較大故障電流，使其滿足速斷保護的動作條件。例如：惠州電網10 kV 配網線路保護共動作222 次，其中速斷動作194 次，過流動作28次。對于這些較嚴重的短路故障，上下級保護無法進行配合，從而造成越級跳閘。

1.2 開關性能原因

不同類型的開關，其性能存在差異。例如：普通的柱上真空開關，因為采用彈操機構，其動作時間與變電站10 kV出線斷路器動作時間基本相同；永磁真空開關，因為采用永磁機構，整組動作時間（保護動作時間與分閘時間）小于或等于30 ms，小于變電站10 kV出線斷路器動作時間，柱上真空開關典型性能參數見表1。

表1 柱上真空開關典型性能參數

項目普通柱上真空開關永磁柱上真空開關

規格型號ZW32-12/630ZW45-12/630

分閘時間/ms≤65≤30

額定開斷電流/kA2020

即使同為采用永磁機構的柱上真空開關，如果品牌不同，性能也有所不同。A B B、庫柏等公司的永磁柱上開關，可以輕松達到整組動作時間小于或等于30 ms。而某些價格低廉的永磁柱上真空開關，因為制造工藝和選用元器件的原因，分閘速度與采用彈操機構的柱上真空開關相當，甚至更長，根本不能達到快速分斷的目的。

2 快速分斷開關的技術特點

10 kV線路能夠實現速斷、過流保護的一次開關設備主要是柱上真空開關和跌落式熔斷器。一次開關設備按照全分斷時間，可以分為一般開關和快速分斷開關。快速分斷開關是指具備瞬時動作能力，整組動作時間小于或等于30 ms的一次開關設備。

2.1 柱上真空開關

柱上真空開關是10 kV配電網的重要設備，擔負著線路分段和聯絡等任務。柱上真空開關按照操作機構，可以分為彈操機構和永磁機構的真空斷路器，通過彈操機構或永磁機構的動作，實現真空斷路器的分、合閘。永磁機構斷路器與彈簧機構斷路器相比，采用了一種全新的工作原理和結構，將永久磁鐵應用于操動機構中，使真空斷路器的分、合閘動作和保持通過永久磁鐵實現，它克服傳統彈簧機構運動部件多、鎖扣裝置復雜的不足，能夠控制分閘動作時間，達到分閘整組動作時間小于或等于30 ms。國內某廠家的Z W45-12/630永磁柱上真空開關的整組動作時間為18.01 ms。

2.2 跌落式熔斷器

跌落式熔斷器是10 kV線路分支線和配電變壓器最常用的一種熔斷式開關，作為保護和進行設備投、切操作之用。它安裝在10 kV配電線路分支線上，可縮小停電范圍；安裝在配電變壓器上，可以作為配電變壓器的主保護，切除變壓器或低壓側故障。所以，在10 kV配電線路和配電變壓器中得到了普及。

國內現在應用的跌落式熔斷器具有一定的裝置性缺陷，主要體現在4個方面：（1）熔絲的時間電流特性較差，需要較大的短路電流才能熔斷熔絲；（2）產品工藝粗糙，上觸頭彈簧彈性不足，熔管合閘困難，造成觸頭接觸不良而產生火花過熱；（3）熔管轉動軸粗糙不靈活，造成熔體熔斷后熔管不能迅速跌落，不能及時將電弧切斷、熄滅；（4）熔管尺寸與熔斷器固定接觸部分尺寸匹配不合適，極易松動，在運行中一旦遇到外力作用、振動或者大風天氣，便會自行誤動而跌落。

目前，ABB、庫柏、SC等公司的快熔跌落式熔斷器較好地解決了這些問題。它們的熔絲能夠提供全范圍的故障保護，熔絲中的熔體由低熔點的合金經精密加工而成，從最小的熔化電流到最大開斷電流，均能按照準確的時間電流特性，提供可靠的過載和短路保護。同時，熔絲自帶輔助滅弧管，能夠在熔化時，保護熔絲架不被電弧破壞。上觸頭接觸簧片組使用不銹鋼彈簧支撐和鍍銀接觸，增大上觸頭壓力，減小接觸電阻，提高電接觸的可靠性。熔管轉動軸使用增強連接套和掛軸的鉸鏈連接設計，保證在戶外惡劣環境下操作自如。當配電變壓器為500 kVA時，選用50 A的K型熔絲，短路電流2 200 A時，10 ms內熔斷；短路電流1 500 A時，30 ms內熔斷；短路電流680 A時，100 ms內熔斷。

3 快速分斷開關控制10 kV線路跳閘率的工作思考

為了縮小停電范圍，提高10 kV線路的供電可靠性，減少變電站10 kV饋線柜斷路器跳閘的次數，在對10 kV線路設備自身故障和外力破壞故障進行防范的同時，尤其要考慮如何避免保護越級跳閘的事故。

保護越級跳閘主要是保護整定和開關性能的原因，保護整定要根據10 kV 線路結構和負荷情況，及時進行調整。而合理選用具備快速分斷性能的開關，能夠有效地解決保護越級跳閘的事故，控制10 kV 線路的跳閘率，縮小停電范圍，提高10 kV 線路的供電可靠性，具體方案如下：

（1） 合理選用柱上永磁真空開關。在10 kV 線路的主干線和每個分支線路采用柱上永磁真空開關，當發生速斷、過流故障時，柱上永磁真空開關可在30 ms 內切斷故障電流，先于變電站10 kV 出線斷路器動作，可以在一定程度上與變電站10 kV 出線斷路器進行時間配合。同時，對于容量在630 kVA 及以上的專變用戶，為明確責任和減少對其他用戶的影響，要求在產權分界點上配置整組動作時間小于或等于30 ms 的柱上永磁真空開關，實現用戶快速分斷開關和10 kV 線路干線、支線開關的進一步配合，避免因為用戶設備原因，造成變電站10 kV 出線斷路器跳閘。

（2）合理選用快熔跌落式熔斷器。在10 kV線路的所有公用變壓器的高壓側，統一安裝快熔跌落式熔斷器，選用時間電流特性良好的熔絲，實現反時限過流或過負荷保護，確保在變壓器故障或低壓側故障時，及時切除故障點，避免變電站10 kV出線斷路器動作。對于容量在630 kVA以下的專變用戶，要求在產權分界點上配置快熔跌落式熔斷器，實現用戶快速分斷開關和10 kV線路干線、支線開關的進一步配合，避免因為用戶設備原因，造成變電站10 kV出線斷路器跳閘。

4 結語

提高配網系統供電可靠性，應根據實際情況，既要考慮技術上的必要性和可靠性，又要考慮經濟上的可行性和實用性，使其達到合理水平。本文所提出的基于快速分斷開關的控制10 kV線路跳閘率的方法，可以有效降低10 kV線路的跳閘率，提高配電網的供電可靠性。各供電單位可根據其自身城市配電網的實際結構、供電對象的重要性以及運行經驗，因地制宜地改造10 kV配電網的整體結構。

參考文獻

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