淺談10kV線路自動化開關站電氣設計

梁健發

摘? 要：擇優配置自動化開關能夠在供電線路出現短時過電壓、過電流、瞬時接地等故障時，通過自動化開關控制箱的微電腦對故障數據進行分析并作出判斷，從而實現自動快速切斷故障段線路、恢復供電以及相關通信，實現開關站的自動化、綜合化，改善城市配網結構，并最終提高供電可靠性。隨著電力改革的深入，電網的自動化運行、智能化運行初見成效，在確保供電穩定與可靠方面發揮了重要作用。該文結合廣東省10 kV電力線路的典型接線情況，探討智能化建設的一大重點——自動化開關的擇優配置問題，探討其在10 kV線路供電中的性能優勢，以期提升供電的可靠性與穩定性。

關鍵詞：自動化開關;智能化;10 kV線路;穩定性;供電可靠性

中圖分類號：TM726? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

1 10 kV線路自動化開關站電氣設計分析

1.1 主接線方式

主接線方式設計要綜合考慮多種因素。常見的有負荷性質、負荷等級、用電容量、電網接入方式、城市電網規劃設計、供電系統性能與規模等。秉承的原則是簡單明了，最大限度地減少電能損耗，也方便后期的維護與設備檢修。當前，城市10 kV配電網系統供電半徑不宜大于3 km，因此開關站主接線建議單母線分段接線，2回進線優選。每個開關站建議采用2回路進線方式設計，以2-1型主接線方式接線，構建多條供電線路的環網系統，確保線路之間的轉供穩定[1]。

1.2 回路保護

真空斷路器進出線柜都需要有微機保護裝置，進行過流保護、速斷保護及零序保護，與變電站或者上一級的電源出現回路協作保護。而對于真空負荷開關進出線柜不需要單獨設置微機保護裝置。高壓開關柜對應電動操作結構，負荷開關柜對應48 V的直流電源或者220 V的操作電源，后者采用需要取自進線柜PT二次側。而不需要安裝微機保護裝置的真空斷路器柜需采用48 V的直流電。通過這樣的設置達到回路保護的目的。

1.3 配電自動化

在正常情況下，兩路進線需要獨立作業，因此斷路器設置于斷開處，兩路進線各自供應一段母線，電源自動化投切設備安裝在母線分段開關的位置，起到單獨控制的目的。當其中一路進線出現故障，投切設備可以及時發出警示動作，從而快速地切斷進線斷路器，回路斷路器快速閉合。如果是母線發生緊急故障，最直接的后果是分段回路斷路器出現錯誤閉合的情況，通過自動化設備的自切設備短時加速保護功能及時對斷路器進行切斷處理。關閉自動投切設備后也避免了動作的反復出現。

2 自動化開關站的應用優勢

2.1 自動化開關站具備控制作用

整體采用分層操控，從自動化調度中心到站控層到間隔層有明確的層次劃分，實際的操作權限也體現層次下放的特點。

2.2 自動化開關監測功效的發揮主要通過網絡結構實現

自動化監控系統對應的網絡結構屬于分層分布的特殊網絡結構，這種網絡結構主要是由站控層和間隔層構成的。站控層集中在一個計算機系統內，間隔層測控則通過計算機設備運行牽動完成。不同設備分工明確，其中測控設備負責信息的采集，通信口負責信息的傳輸，站控層自動化設備則完成信息接收工作，并將其傳輸到一級調度中心。

2.3 不同規模的開關站其自動化通訊程度不同

這也要求其內部通信必須適當選擇屏蔽雙絞線。選擇10 kV的電纜屏蔽層載波實現通信信號的上層傳輸，使得主站和調度中心及時接收到信息，有效地控制了通信成本[2]。

3 自動化開關在10 kV線路供電中的應用——饋線自動化

傳統10 kV線路隔離隱蔽性故障時（巡視不容易直觀發現故障點時）往往要通過開關的多次分合閘才能鎖定故障線路段。對應的不良連鎖效應是非故障區的牽連性停電、反復停電，并影響到系統的性能發揮，反復的沖擊也會影響設備壽命。在發生故障后要想檢修，必須先進行全線排查，通過分段試供電操作確定故障點。因此，自動化開關的引入與應用具有現實必要性，根據實際情況合理選擇重合器類型，如自適應綜合型、“電壓-時間”型、“電壓-電流-時間”型、鏈式縱聯型等，達到不同控制效果。與此同時，還可以根據故障多發類型、控制效果等選擇對應控制器，如下所述。

3.1 智能柱上的斷路器

基于饋線實際效果配置自動化控制單元及自動化保護單元，進行有效的電流控制和電路保護。切斷短路電流，負荷電流，與過流保護器配合作業起到重合閘保護的目的。一般情況下，智能柱上斷路器安裝在饋線干線與重要支線上。

3.2 智能柱上負荷開關

智能柱上的負荷開關具有有壓延時合閘、無壓延時分閘的功能，對應的應用效果是故障區域的自動隔離。主要是在傳統負荷開關配備自動化控制單元，有效地控制負荷電流、零序電流。其也經常安裝在饋線的干線或者支線上。

3.3 分支用戶分界斷路器

分支用戶分界線斷路器根據實際需求，整定保護定值，實現饋線出路斷路器與干線自動化斷路器的作業配合，在應對用戶側相間短路和單相接地故障方面優勢明顯。自動切除故障避免上一級設備與線路的牽連跳閘，能有效減少停電區域。

3.4 智能控制器

智能控制器主要是由鏈接斷路器、負荷開關、重合閘等主體構成的，能起到參數控制，通信傳輸的作用。智能控制器實現了多種保護功能的配置，最主要的是配置帶時限的過電流和速斷保護，配置零序保護。因此，基于實際線路的功能訴求，選擇最合適的自動化開關能進行10 kV饋線的動態監測，有效控制。輔助以故障分離技術，降低變電站開關跳閘的頻率，減少事故損失，減少負荷開關的動作次數，更快地確定故障點。

目前，我國10 kV配網主要采用綜合型饋線自動化系統，包括集中型、就地型和故障定位型3種形式。其中，集中型饋線系統主要通過配電主站與自動化終端配合，對10 kV配網中的運行數據進行分析，確定故障區間并進行隔離。該過程中一旦線路裝置故障，兩端保護開關跳閘并發出故障告警信息，其他開關運行正常。根據信息源，饋線自動化終端可以直接確定故障區域，并配合自動化開關進行故障區隔離與非故障區重新上電。而就地型饋線自動化和故障定位型饋線自動化系統成本投入低、檢測效益好，能夠根據10 kV配網開關邏輯、故障指示器等直接定位故障點，快速地識別和隔離故障區間，為檢修維護提供了更多的便利。

在上述綜合型饋線自動化系統中，10 kV線路柱上自動化開關配置時應按照主干線和分支線具體情況分別設置，前者一般選用柱上負荷開關，后者可按裝置特性選擇智能柱上斷路器。配置時主干線5 km以內可以使用1臺自動化開關分兩段，保證兩側配變均在5臺以上。超過5 km后按照每5 km增加1段的原則增設1臺自動化開關。而分支線配置時應保證支線與主干線T接處安裝1臺自動化開關。分支線過長、配變數超過10臺等，可以酌情增設自動化開關，保證區間控制滿足綜合型饋線自動化中的各項要求。

基礎的自動化開關控制系統構建完成后，應在分段環網節點內設置配電自動化終端，由該系統實現區域自動化開關數據的全面采集和監控，形成綜合型饋線自動化模式。與此同時，還需要對自動化開關的重合時間進行設定。一般來說，饋線自動化系統中往往選用具有2次重合功能的重合器。其中，第一次重合時間一般較短，大約為10 s左右;第二次重合時間較長，大約為60 s左右。前者主要是在故障后通過配電終端失壓分閘、有壓延時合閘邏輯等來判定故障點的位置，后者主要是跳過故障點實現全區段重新供電。這樣才能夠從根本上縮短區域故障引起的故障停電時間，有效地進行故障點的定位和事故搶修，最大限度地提升10 kV配網運行的安全性和可靠性。

4 一組數據的效果說明及自動化開關的應用分析

自動化開關配置在提升10 kV線路供電可靠性方面優勢明顯，能夠快速隔離故障段線路并縮小停電區域。自動化通信能幫助維修人員快速確定故障點，大大提高了故障處理的效率。因此擇優配置自動化開關，可以大大提升10 kV線路供電可靠性，提升電力運作的穩定性。

以某供電局為例，2017年該供電局客戶年故障停電時間達到2.3 h/戶，而采用饋線自動化技術后，2018年客戶年故障停電時間縮短至0.4 h/戶。這主要是由于在故障發生后，自動化開關能夠瞬時重合，做到瞬時故障不停電，永久故障時將停電范圍縮小。與此同時，還能夠通過系統中的各項信息快速判斷故障點，第一時間開展對應處理，提升了輸配電的可靠性和穩定性。

從某供電局2018年全年饋線自動化技術中自動化開關動作的統計表，不難看出，在使用自動化開關，監測控制效果明顯。饋線自動化開關累計動作756次，隔離永久故障126例，共計減少了425次出現跳閘率，見表1。

因此，在10 kV配電網建設過程中可以采用全自動型饋線自動化策略，因地制宜，合理設置集中型、就地型、故障型饋線自動化裝置;運用“二遙”動作型配電終端結合無線通信方式，開展對應自動化管理，從根本上改善10 kV配電網的經濟性和可靠性[3-4]。

5 結語

自動化開關站優勢顯而易見，功能的綜合到結構的微機化到操作屏幕的可視化到運用管理的智慧化，其在故障快速隔離，停電區域控制，故障位置監測，故障原因排查等方面發揮了重要的作用。在今后的電力系統運行過程中，必須重視自動化開關的擇優配置，以自動化開關站建設奠定10 kV線路用電的可靠性與穩定性。

參考文獻

[1]胡貴超.10kV配網線路故障分析處理及預防措施[J].裝備維修技術，2020（2）：9.

[2]劉亞東，張新東，王恒超，等.10 kV線路保護拒動引起主變越級跳閘的原因分析[J].農村電氣化，2020（4）：31.

[3]賀偉，林明詩.10kV線路設備運行維護技術要點分析[J].中小企業管理與科技（中旬刊），2019（12）：170，172.

[4]陳揚.10kV線路智能化開關的規劃和應用[J].科技資訊，2018，16（29）：23，25.