劉虎，劉遠龍

（1.青島大學，山東青島266071；2.山東電力調度控制中心，山東濟南250001）

10 kV配網分界開關使用原則探討

劉虎1，劉遠龍2

（1.青島大學，山東青島266071；2.山東電力調度控制中心，山東濟南250001）

隨著國內經濟的快速增長及人民生活水平的日益提高，社會對供電可靠性要求也越來越高，配網分界開關的廣泛使用有效提高了供電可靠性，減少了企業(yè)和居民的停電次數和時間，但國內分界開關的使用原則卻沒有統(tǒng)一標準，分界開關有斷路器型和負荷開關型，兩種類型分界開關價格不同，動作原理也不相同，分界開關如果不合理使用，不僅可能影響供電可靠性，而且會大大增加不必要的投資。結合現(xiàn)場實際工作，通過分析分界開關及10 kV線路保護的動作原理，提出一種性價比高的比較合理的分界開關使用原則。

配網；分界開關；線路保護；使用原則

0 引言

10 kV饋電線路結構多樣，架空線路一旦發(fā)生故障查找困難，特別是當線路發(fā)生單相接地時，由于故障點難以確定，往往延誤事故處理，造成故障擴大，發(fā)展為相間短路，或者損壞電氣設備。

10 kV線路保護配置相對簡單，變電站10 kV架空線路保護一般只配置過流、速斷、重合閘保護，在小電阻接地系統(tǒng)中再配置兩段零序保護。因此，為保證繼電保護的選擇性和靈敏性，就必須使整條線路都處在保護范圍之內，要求線路末端故障時，保護應有足夠的靈敏度。這樣，就會由于一處故障造成全線停電，并且線路上下級保護呈階梯性相互配合，在線路末端已經沒有保護級差時間，只能選擇故障跳閘而致使全線跳閘。

在10kV配網中，分界開關的使用可明確故障點，快速、有選擇性的跳開故障線路，減小停電范圍。分界開關分為負荷型和斷路器型，兩種分界開關的價格和動作原理各不相同，國內各省、市電力公司對兩種類型的分界開關并沒有統(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荷開關型，有些依據用戶側變壓器容量選擇斷路器型或負荷開關型，這些使用原則雖在努力實現(xiàn)提高供電可靠性目標，但卻并沒有兼顧到供電的經濟性和安全性。在保證10 kV配網線路供電可靠性的前提下，從提高供電經濟性和安全性的角度出發(fā)，提出一種比較合理的分界開關使用原則。

1 分界開關

分界開關分為負荷開關型和斷路器型兩種，負荷開關型不能直接斷開短路電流，斷路器型可直接斷開短路電流，斷路器型比負荷開關型價格高。

如圖1所示配電區(qū)域性網絡，4個分界開關QF1、QF2、QF3、QF4直接使用在原來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，分界保護開關作為進線開關；L2和L4中，分界開關作為戶內變壓器進線開關。

圖1 分界開關現(xiàn)場運行圖

1.1 發(fā)生短路故障

圖1所示F處發(fā)生短路故障時，負荷開關型分界開關保護裝置監(jiān)測到短路電流大于設定值，當短路電流超過速斷電流整定值時，QB無延時跳閘；當短路電流超過過流保護整定值時，QB延時0.5 s跳閘。隨后分界開關將進入電流檢測程序，在確認上級斷路器QB切斷負載故障電流后，QF3自動分斷，并執(zhí)行權限保護動作，自動閉鎖QF3，在故障沒有被排除、電網系統(tǒng)維護人員沒有到達現(xiàn)場時，用戶無法對QF3做任何試探性合閘投運動作。

圖1所示F處發(fā)生短路故障時，斷路器型分界開關檢測到短路電流，當短路電流超過速斷保護整定值時，QF3和QB均無延時跳閘；當短路電流超過過流保護整定值時，由于過流保護QB延時0.5 s，因此QF3無延時跳閘，QB不跳閘。分界開關執(zhí)行權限保護動作，自動閉鎖QF3，在故障沒有被排除、電網系統(tǒng)維護人員沒有到達現(xiàn)場時，用戶無法對QF3做任何試探性合閘投運動作。

1.2 發(fā)生接地故障

在中性點不接地或經消弧線圈接地系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地故障時，兩種類型的分界開關原理和動作過程相同。由于該系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障，變電站出線保護不跳閘，只發(fā)接地信號，允許短時間接地運行。QB不跳閘決定了不同中性點接地方式、是否使用重合閘對動作過程不產生影響，為了便于判斷故障，應考慮躲過瞬時接地時限，此時分界開關應在變電站發(fā)出接地信號之后再動作跳閘，分界開關動作時限可依情況選擇。

對于中性點經小電阻接地系統(tǒng)，由于中性點經小電阻接地系統(tǒng)中，變電站10 kV出線一般配置兩段零序保護，一段120 A、時限為0.2 s；二段20 A，時限為1 s［1］。因此，分界開關動作時限應與變電站零序保護相配合，選擇0 s，在該系統(tǒng)發(fā)生接地故障時，QF3無延時跳閘并閉鎖，QB不跳閘，兩種類型的分界開關動作情況相同，都將瞬時切除接地故障，而對其他非故障用戶不產生任何影響。

綜上所述，當發(fā)生單相接地故障時，兩種類型分界開關均能自動分閘，甩掉故障支線，保證變電站及非故障支線安全運行［2］。而無需進行試拉合線路操作，可快速明確故障范圍，減少系統(tǒng)帶故障運行時間，極大地提高了系統(tǒng)的安全性。

2 10kV線路保護配置原則及動作分析

2.1 配置原則

10 kV配網純架空線路型或混合線路型保護一般配置速斷、過流、重合閘保護；純電纜線路型因發(fā)生的故障絕大部分為永久性故障，故保護配置一般沒有重合閘保護。特別需要指出的是，中性點經小電阻接地系統(tǒng)中，變電站10 kV出線還一般配置兩段零序保護，一段120 A、時限為0.2 s；二段20 A，時限為1 s［3］。

用戶變壓器總容量在630 kVA以下的，用戶變壓器高壓側一般使用跌落式熔斷器；總容量在630 kVA及以上的，用戶變壓器高壓側一般使用繼電保護裝置。

2.2 動作分析

圖2為局部配網接線圖，當L12發(fā)生短路故障時，用戶變壓器總容量630 kVA及以上的，用戶進線保護采用繼電保護，10 kV變電站出線側繼電保護與用戶進線保護為同級保護，速斷瞬時跳閘，過流延時0.5 s跳閘；用戶變壓器總容量630 kVA以下的，用戶進線保護采用跌落式熔斷器保護，正確動作過程與使用繼電保護裝置的用戶相同，但跌落式熔斷器需要常年維護和檢修，并且靈活拉、合線路受產品質量制約，所以配網線路熔斷器的誤動和拒動率都很高。

當L12發(fā)生單相接地故障時，系統(tǒng)是可以繼續(xù)運行一段時間的，此時母線電壓降低，母線零序電壓升高，后臺監(jiān)控機發(fā)出報警信號，運行人員根據調度命令，逐步拉合10 kV線路，進行斷、送電，以此判斷是某條線路故障，斷開故障線路后，如果電壓恢復正常，則找出該線路。然后匯報調度，通過調度通知線路人員巡線，檢查線路［4］。

圖2 局部配網接線圖

3 國內典型10kV分界開關使用原則

3.1 泰安供電公司分界開關使用原則

10 kV配網線路分支線及高壓用戶全部配置斷路器型分界開關。

斷路器型分界開關價格很高，使用經濟性不如負荷開關型；斷路器型級聯(lián)方式需要上下級設備的保護級差配合，用戶變壓器容量在630 kVA及以上的線路，變壓器出線保護、斷路器型分界開關保護和用戶進線側繼電保護構成三級保護，使變電站出線保護增加時延，對設備和電網的安全運行不利；用戶進線側和變電站出線側繼電保護均會瞬時跳閘隔離故障，靠重合閘補救恢復其他支線供電，此時斷路器型分界開關將會失去作用，重復配置，經濟性不高；采用斷路器型分界開關，除與變電站保護配合外，還必須與用戶進線開關進行保護配合，如配合不當，仍會引起事故。

3.2 湖南省電力公司分界開關使用原則

10 kV配網線路分支線及高壓用戶全部配置負荷開關型分界開關。

負荷開關型分界開關使用可靠性遠不如斷路器型；負荷開關型動作開關需要與變電站側出線保護配合，若分界開關的檢測裝置不靈敏或拒動，不能及時切除故障，再次重合出線開關，可能會造成對電網和設備的沖擊，安全性差；對于用戶側安裝跌落式熔斷器的線路，跌落式熔斷器的誤動和拒動占所有事故的50%～60%，若負荷開關型與變電站出線側保護配合不好，跌落式熔斷器又不能可靠動作，很容易造成越級跳閘。

3.3 青島供電公司分界開關使用原則

青島供電公司范圍內新上業(yè)擴項目（含增容），同一架空線路T接點下變壓器總容量在315～500kVA的必須使用柱上負荷開關型分界開關，630 kVA及以上必須使用斷路器型分界開關。

同一架空線路T接點下變壓器總容量315～500kVA的用戶支線，若使用負荷開關型分界開關，用戶內部發(fā)生短路故障時，若分界開關的檢測裝置不靈敏或拒動，不能及時切除故障，再次重合出線開關后，可能會造成對電網和設所有10 kV高壓用戶全部配置備的沖擊，安全性差；對于用戶側安裝跌落式熔斷器的線路，跌落式熔斷器的誤動和拒動占所有事故的50%～60%，若負荷開關型與變電站出線側保護配合不好，跌落式熔斷器又不能可靠動作，很容易造成越級跳閘。

同一架空線路T接點下變壓器總容量630 kVA及以上的用戶支線，用戶進線側配有繼電保護裝置，若使用斷路器型分界開關，用戶內部發(fā)生短路故障時，變壓器出線保護、斷路器型分界開關保護和用戶進線側繼電保護構成三級保護，使變電站出線保護增加時延，對設備和電網的安全運行不利；采用斷路器型分界開關，除與變電站保護配合外，還必須與用戶進線開關進行保護配合，如配合不當，仍會引起事故責任糾紛；用戶進線側和變電站出線側繼電保護均會瞬時跳閘隔離故障，靠重合閘補救恢復其他支線供電，此時斷路器型分界開關將會失去作用，重復配置，經濟性不高。

4 一種合理的分界開關使用原則

4.1 使用原則

新上業(yè)擴項目（含增容），同一線路T接點下變壓器總容量在315～500 kVA的使用斷路器型分界開關，630 kVA及以上使用柱上負荷開關型分界開關。

新上業(yè)擴項目（含增容），同一線路T接點下變壓器總容量不足315 kVA的，在條件許可的情況下均應使用斷路器型分界開關，如條件不滿足經公司同意后可使用跌落式熔斷器保護。

4.2 分析

若分支線路或用戶內部發(fā)生接地故障，分界開關均能快速定位故障點，及時切除接地故障，其他非故障線路不受任何影響，極大減少帶故障運行時間，安全性好，并且無需進行試探性拉合線路對開關造成沖擊損壞，減少了大量的人力、物力，經濟性好。

若分支線路或用戶內部發(fā)生短路故障，由于用戶變壓器總容量630 kVA及以上的，用戶進線側已配置繼電保護裝置，該繼電保護裝置與變電站10 kV出線繼電保護配合，兩保護為同級保護，發(fā)生短路故障時，兩開關同時跳閘，最后靠重合閘補救或現(xiàn)場合閘來恢復其他非故障分支線路供電，此時無需配置價格更高的斷路器型分界開關，只需配置發(fā)生接地故障時能可靠、準確動作的負荷開關型分界開關即可，經濟性好，并且負荷開關型還可作為用戶進線側繼電保護的后備保護，安全性好。

而同一線路T接點下變壓器總容量630 kVA以下的沒有配置繼電保護裝置，此時配置斷路器型分界開關，發(fā)生電流速斷保護時，變電站側出線開關和斷路器型同時跳閘，靠重合閘補救或現(xiàn)場合閘恢復其他非故障分支線路供電，發(fā)生過流保護時分界開關無延時跳閘，變電側開關不動作，其他非故障線路此時不受任何影響，供電可靠性大大提高。

5 結語

在分析兩類分界開關的特點和配網線路保護基礎上，提出一種比較合理的分界開關使用原則，該使用原則使配網供電更為經濟、安全。

斷路器型分界開關的價格是負荷開關型的3～4倍，斷路器型比負荷開關型動作更可靠，使用該方案能充分利用兩種分界開關的優(yōu)勢，合理搭配，提高經濟性，動作原理簡單、清晰，節(jié)約線路維護和檢修費用，動作過程準確、快速，節(jié)省線路停電損失，合理配置提高了10 kV配網供電的經濟性。此外，隨著配網線路入地電纜增多，系統(tǒng)要求快速切除故障以減小故障的波及范圍和對線路的損壞，使用該方案能夠快速定位故障點，自動切除單相接地故障和相間短路故障，無需與變電站出線保護作時間配合，減少帶故障運行時間，也不必對原線路保護整定作改動，簡化保護配合，提高了10 kV配網供電的安全性。

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

［2］程志剛.淺談10 kV分界開關在配電網架空線路上的應用［J］.電力學報，2011，26（1）：50-53.

［3］李文升.重要用戶10 kV保護整定計算探討［J］.電力系統(tǒng)保護與控制，2009，37（9）：97-99.

［4］王正風，黃太貴，黃少雄，等.電網調度運行新技術［M］.北京：中國電力出版社，2012.

［5］束洪春.配電網絡故障選線［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2008.

［6］宋向東，劉娜.10 kV配網用戶分界負荷開關的應用［J］.華北電力技術，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，主要研究方向為調度運行管理，電力系統(tǒng)微機繼電保護；

劉遠龍（1971—），男，高級工程師，主要研究方向電力調度運行管理及繼電保護新技術應用。