柱上開關(guān)電器的分類與應(yīng)用探討
隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展、用電量不斷增加的同時(shí)，客戶對(duì)供電的可靠性及供電質(zhì)量提出了更高的要求；10kV柱上開關(guān)電器在配網(wǎng)中分段和支線的合理應(yīng)用，為提高供電可靠性立下了汗馬功勞。但是由于我國各地區(qū)發(fā)展極不平衡，配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)與布局日趨復(fù)雜，各種技術(shù)水平的開關(guān)設(shè)備有著不同的應(yīng)用。
1 10kV柱上開關(guān)電器的分類
按滅弧介質(zhì)區(qū)分，經(jīng)歷了壓縮空氣、磁吹、產(chǎn)氣材料、油、SF6、真空幾個(gè)代表性的階段。
20世紀(jì)50年代的多油斷路器，由于三相觸頭同室，其滅弧介質(zhì)和絕緣介質(zhì)均為絕緣油，開斷容量在1250A以下，開斷故障電流時(shí)存在爆炸危險(xiǎn)。在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，已逐漸淘汰油斷路器。
SF6斷路器和真空斷路器是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的產(chǎn)品，90年代在我國得到廣泛的應(yīng)用，成為取代油斷路器的主導(dǎo)產(chǎn)品。其開斷電流在16kA及以上，開斷短路電流次數(shù)多達(dá)30次，可10～20年免維護(hù)。同時(shí)已具有加裝電動(dòng)操作和控制器實(shí)現(xiàn)智能化和"三遙"功能。
2 10kV柱上開關(guān)電器在線路上的應(yīng)用
(1) 斷路器。出現(xiàn)故障電流后按照整定電流和時(shí)間跳閘，一般配備電磁感應(yīng)線圈和脫扣聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，既能開斷，又能關(guān)合短路電流的斷路器，開斷故障電流能力較高，作為保護(hù)線路用。但因配網(wǎng)斷路器保護(hù)配合時(shí)間短，經(jīng)常存在越級(jí)跳閘的弊端。
(2) 重合器。有電流型重合器和電壓型重合器兩種。反應(yīng)故障電流跳閘后能重合的，稱電流型重合器，這種重合器既做保護(hù)跳閘用，又能實(shí)現(xiàn)一至三次重合閘。將故障段從最后一段開始逐一淘汰，直到判別到故障段，因需多次重合故障電流，對(duì)電網(wǎng)沖擊較大，同時(shí)分段越多，需重合的次數(shù)越多，時(shí)間越長，故分段一般不宜超過3段。適用于分支線和輻射型線路。
另一種重合器在線路失壓跳閘，來電后延時(shí)后重合閘，稱為電壓型重合器。變電所內(nèi)出線斷路器需兩次重合配合完成故障隔離與恢復(fù)供電，其中第一次重合為判別故障段，依據(jù)各分段點(diǎn)開關(guān)合閘的數(shù)量確定故障段并將故障段兩側(cè)開關(guān)閉鎖隔離故障，第二次重合為恢復(fù)非故障段的供電，整路饋線僅重合一次故障電流，完成故障隔離與恢復(fù)供電時(shí)間較長。因過流速斷保護(hù)需靠變電所饋線斷路器完成而不適用于長線路，隨著系統(tǒng)容量的增大，此矛盾已逐步消除。適用于輻射型或環(huán)網(wǎng)型的短線路，實(shí)現(xiàn)初級(jí)自動(dòng)化。
(3) 分段器。能記錄故障電流脈沖次數(shù)，在無電壓無電流時(shí)當(dāng)故障電流次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)值就自動(dòng)分閘閉鎖，構(gòu)成電流脈沖計(jì)數(shù)型分段器。分段器大多與重合器配合使用，自動(dòng)完成預(yù)期的分合及閉鎖操作，具有檢測與控制操動(dòng)能力。
(4) 負(fù)荷開關(guān)。該開關(guān)僅在無電壓無電流時(shí)才能斷開，但可以關(guān)合故障電流，開斷額定負(fù)荷電流，其主要作為線路的分段。因造價(jià)低在集中式的配電自動(dòng)化中采用。
根據(jù)手動(dòng)運(yùn)行、電動(dòng)運(yùn)行、自動(dòng)運(yùn)行、智能運(yùn)行模式等不同的運(yùn)行與控制方式，可以實(shí)現(xiàn)就地控制、分布控制、集中控制方式"三遙"功能的饋線自動(dòng)化。
3 10kV柱上斷路器在饋線自動(dòng)化中的應(yīng)用
饋線自動(dòng)化即自動(dòng)實(shí)現(xiàn)故障區(qū)段的定位、故障的隔離、非故障區(qū)段的供電恢復(fù)。要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，柱上斷路器必需具備電動(dòng)操作，電流、電壓檢測。一般的說，饋線自動(dòng)化包括架空饋線自動(dòng)化和電纜饋線自動(dòng)化，架空饋線自動(dòng)化又有以下幾種運(yùn)行模式：
模式一，就地控制方式。重合器、分段器，依據(jù)電流、電壓、故障電流次數(shù)等按照預(yù)設(shè)的條件實(shí)現(xiàn)故障隔離和恢復(fù)供電。
模式二，分布智能控制方式。FTU監(jiān)控終端+斷路器(重合器)，在一定區(qū)域內(nèi)的斷路器實(shí)現(xiàn)故障隔離和恢復(fù)供電，但需建設(shè)該區(qū)域內(nèi)斷路器之間的通道。
模式三，集中遠(yuǎn)方控制方式。配調(diào)中心站+FTU監(jiān)控終端+負(fù)荷開關(guān)，由控制中心(分中心)判斷故障、隔離故障、恢復(fù)供電，但需建設(shè)通信通道和控制中心(分中心)，投資較高。
(1) 模式一的特點(diǎn)是不需要通訊手段，利用重合器的重合及動(dòng)作時(shí)限配合來實(shí)現(xiàn)故障自動(dòng)隔離、自動(dòng)恢復(fù)供電。其缺點(diǎn)是若分段越多，隔離故障、轉(zhuǎn)移負(fù)荷時(shí)間越長。這種模式自動(dòng)化程度較低，適用于饋線自動(dòng)化的初級(jí)階段。電流型重合器還會(huì)出現(xiàn)頻繁跳閘、重合現(xiàn)象，對(duì)線路用電設(shè)備沖擊較大，恢復(fù)供電時(shí)間較長。
(2) 模式二要求柱上斷路器具有電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)，F(xiàn)TU監(jiān)控終端將檢測到的電流、電壓信號(hào)，斷路器狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行比較處理，通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，F(xiàn)TU把故障后斷路器狀態(tài)及記錄信息傳送到臨近斷路器的FTU，識(shí)別出故障區(qū)段并自動(dòng)隔離，然后對(duì)非故障區(qū)段自動(dòng)恢復(fù)供電；其特點(diǎn)是增加了斷路器間通訊，技術(shù)較為先進(jìn)，是配網(wǎng)自動(dòng)化的過渡階段。
(3) 模式三是分布式的集中智能控制，將FTU監(jiān)控終端檢測的信息通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送至配調(diào)控制中心(分中心)，進(jìn)行全面的計(jì)算機(jī)管理；在饋線發(fā)生故障后，由控制中心(分中心)自動(dòng)判別后遙控?cái)嗦菲鞲綦x故障區(qū)段、恢復(fù)非故障區(qū)段供電。該模式是一種技術(shù)上更為先進(jìn)的饋線自動(dòng)化，是配電自動(dòng)化的最高級(jí)階段。
(4) 柱上斷路器在配網(wǎng)中的應(yīng)用原則：
①使用條件。所有故障都應(yīng)獲得作為瞬時(shí)故障處理的機(jī)會(huì)，避開涌流的影響，分閘后閉鎖應(yīng)僅發(fā)生于永久性故障的情況，因分閘后閉鎖而切除的線路區(qū)段應(yīng)盡可能少。
②根據(jù)負(fù)荷大小和線路長短經(jīng)濟(jì)合理地安排和選擇分段點(diǎn)及開關(guān)設(shè)備。農(nóng)村長線路和分支線一般采用電流型重合器+分段器以提高供電可靠性，環(huán)網(wǎng)供電網(wǎng)絡(luò)可采用電壓型重合器，具備通信的饋線可采用負(fù)荷開關(guān)。
③根據(jù)安裝地點(diǎn)選定額定電流，開斷和關(guān)合短路電流能力，動(dòng)、熱穩(wěn)定電流。短路容量一般應(yīng)選擇16kA以上，才能適應(yīng)電網(wǎng)容量不斷提高的要求。
④正確整定其保護(hù)配合，如跳閘電流、重合次數(shù)、分段器的次數(shù)預(yù)設(shè)、延時(shí)時(shí)間特性等。
⑤電流型重合器與重合器的配合應(yīng)充分利用其快、慢的"雙時(shí)"時(shí)間特性曲線，位于電源側(cè)的重合器應(yīng)至少1次的快速操作，其后的重合器有相同或更多的快速動(dòng)作。而電壓型重合器的延時(shí)時(shí)間整定應(yīng)一級(jí)比一級(jí)延長T(一般設(shè)置7s)時(shí)間，環(huán)網(wǎng)供電中環(huán)網(wǎng)點(diǎn)的時(shí)間應(yīng)大于每側(cè)延時(shí)時(shí)間之和。
⑥重合器與分段器的配合，故障電流次數(shù)整定應(yīng)一級(jí)比一級(jí)少。
上斷路器已完成無油化的過渡，今后將不斷向小型化、造價(jià)低、安全可靠、技術(shù)先進(jìn)的方向發(fā)展，具備長期少維護(hù)免維護(hù)和配電自動(dòng)化功能。目前的技術(shù)水平，使用SF6封閉的柱上真空斷路器具有免維護(hù)、防凝露、防機(jī)構(gòu)銹蝕的優(yōu)點(diǎn)，極大地提高了產(chǎn)品的可靠性，因其優(yōu)越性將成為配網(wǎng)斷路器的首選，適用于手動(dòng)、電動(dòng)、自動(dòng)、智能所有場所。使用SF6封閉式真空滅弧的電壓型重合器對(duì)電網(wǎng)實(shí)行逐步改造時(shí)，在斷路器本體不動(dòng)的情況下，通過控制設(shè)備的升級(jí)，實(shí)現(xiàn)由就地方式、分布控制、集中控制的配電自動(dòng)化升級(jí)與過渡。
1 10kV柱上開關(guān)電器的分類
按滅弧介質(zhì)區(qū)分，經(jīng)歷了壓縮空氣、磁吹、產(chǎn)氣材料、油、SF6、真空幾個(gè)代表性的階段。
20世紀(jì)50年代的多油斷路器，由于三相觸頭同室，其滅弧介質(zhì)和絕緣介質(zhì)均為絕緣油，開斷容量在1250A以下，開斷故障電流時(shí)存在爆炸危險(xiǎn)。在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，已逐漸淘汰油斷路器。
SF6斷路器和真空斷路器是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的產(chǎn)品，90年代在我國得到廣泛的應(yīng)用，成為取代油斷路器的主導(dǎo)產(chǎn)品。其開斷電流在16kA及以上，開斷短路電流次數(shù)多達(dá)30次，可10～20年免維護(hù)。同時(shí)已具有加裝電動(dòng)操作和控制器實(shí)現(xiàn)智能化和"三遙"功能。
2 10kV柱上開關(guān)電器在線路上的應(yīng)用
(1) 斷路器。出現(xiàn)故障電流后按照整定電流和時(shí)間跳閘，一般配備電磁感應(yīng)線圈和脫扣聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，既能開斷，又能關(guān)合短路電流的斷路器，開斷故障電流能力較高，作為保護(hù)線路用。但因配網(wǎng)斷路器保護(hù)配合時(shí)間短，經(jīng)常存在越級(jí)跳閘的弊端。
(2) 重合器。有電流型重合器和電壓型重合器兩種。反應(yīng)故障電流跳閘后能重合的，稱電流型重合器，這種重合器既做保護(hù)跳閘用，又能實(shí)現(xiàn)一至三次重合閘。將故障段從最后一段開始逐一淘汰，直到判別到故障段，因需多次重合故障電流，對(duì)電網(wǎng)沖擊較大，同時(shí)分段越多，需重合的次數(shù)越多，時(shí)間越長，故分段一般不宜超過3段。適用于分支線和輻射型線路。
另一種重合器在線路失壓跳閘，來電后延時(shí)后重合閘，稱為電壓型重合器。變電所內(nèi)出線斷路器需兩次重合配合完成故障隔離與恢復(fù)供電，其中第一次重合為判別故障段，依據(jù)各分段點(diǎn)開關(guān)合閘的數(shù)量確定故障段并將故障段兩側(cè)開關(guān)閉鎖隔離故障，第二次重合為恢復(fù)非故障段的供電，整路饋線僅重合一次故障電流，完成故障隔離與恢復(fù)供電時(shí)間較長。因過流速斷保護(hù)需靠變電所饋線斷路器完成而不適用于長線路，隨著系統(tǒng)容量的增大，此矛盾已逐步消除。適用于輻射型或環(huán)網(wǎng)型的短線路，實(shí)現(xiàn)初級(jí)自動(dòng)化。
(3) 分段器。能記錄故障電流脈沖次數(shù)，在無電壓無電流時(shí)當(dāng)故障電流次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)值就自動(dòng)分閘閉鎖，構(gòu)成電流脈沖計(jì)數(shù)型分段器。分段器大多與重合器配合使用，自動(dòng)完成預(yù)期的分合及閉鎖操作，具有檢測與控制操動(dòng)能力。
(4) 負(fù)荷開關(guān)。該開關(guān)僅在無電壓無電流時(shí)才能斷開，但可以關(guān)合故障電流，開斷額定負(fù)荷電流，其主要作為線路的分段。因造價(jià)低在集中式的配電自動(dòng)化中采用。
根據(jù)手動(dòng)運(yùn)行、電動(dòng)運(yùn)行、自動(dòng)運(yùn)行、智能運(yùn)行模式等不同的運(yùn)行與控制方式，可以實(shí)現(xiàn)就地控制、分布控制、集中控制方式"三遙"功能的饋線自動(dòng)化。
3 10kV柱上斷路器在饋線自動(dòng)化中的應(yīng)用
饋線自動(dòng)化即自動(dòng)實(shí)現(xiàn)故障區(qū)段的定位、故障的隔離、非故障區(qū)段的供電恢復(fù)。要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，柱上斷路器必需具備電動(dòng)操作，電流、電壓檢測。一般的說，饋線自動(dòng)化包括架空饋線自動(dòng)化和電纜饋線自動(dòng)化，架空饋線自動(dòng)化又有以下幾種運(yùn)行模式：
模式一，就地控制方式。重合器、分段器，依據(jù)電流、電壓、故障電流次數(shù)等按照預(yù)設(shè)的條件實(shí)現(xiàn)故障隔離和恢復(fù)供電。
模式二，分布智能控制方式。FTU監(jiān)控終端+斷路器(重合器)，在一定區(qū)域內(nèi)的斷路器實(shí)現(xiàn)故障隔離和恢復(fù)供電，但需建設(shè)該區(qū)域內(nèi)斷路器之間的通道。
模式三，集中遠(yuǎn)方控制方式。配調(diào)中心站+FTU監(jiān)控終端+負(fù)荷開關(guān)，由控制中心(分中心)判斷故障、隔離故障、恢復(fù)供電，但需建設(shè)通信通道和控制中心(分中心)，投資較高。
(1) 模式一的特點(diǎn)是不需要通訊手段，利用重合器的重合及動(dòng)作時(shí)限配合來實(shí)現(xiàn)故障自動(dòng)隔離、自動(dòng)恢復(fù)供電。其缺點(diǎn)是若分段越多，隔離故障、轉(zhuǎn)移負(fù)荷時(shí)間越長。這種模式自動(dòng)化程度較低，適用于饋線自動(dòng)化的初級(jí)階段。電流型重合器還會(huì)出現(xiàn)頻繁跳閘、重合現(xiàn)象，對(duì)線路用電設(shè)備沖擊較大，恢復(fù)供電時(shí)間較長。
(2) 模式二要求柱上斷路器具有電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)，F(xiàn)TU監(jiān)控終端將檢測到的電流、電壓信號(hào)，斷路器狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行比較處理，通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，F(xiàn)TU把故障后斷路器狀態(tài)及記錄信息傳送到臨近斷路器的FTU，識(shí)別出故障區(qū)段并自動(dòng)隔離，然后對(duì)非故障區(qū)段自動(dòng)恢復(fù)供電；其特點(diǎn)是增加了斷路器間通訊，技術(shù)較為先進(jìn)，是配網(wǎng)自動(dòng)化的過渡階段。
(3) 模式三是分布式的集中智能控制，將FTU監(jiān)控終端檢測的信息通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送至配調(diào)控制中心(分中心)，進(jìn)行全面的計(jì)算機(jī)管理；在饋線發(fā)生故障后，由控制中心(分中心)自動(dòng)判別后遙控?cái)嗦菲鞲綦x故障區(qū)段、恢復(fù)非故障區(qū)段供電。該模式是一種技術(shù)上更為先進(jìn)的饋線自動(dòng)化，是配電自動(dòng)化的最高級(jí)階段。
(4) 柱上斷路器在配網(wǎng)中的應(yīng)用原則：
①使用條件。所有故障都應(yīng)獲得作為瞬時(shí)故障處理的機(jī)會(huì)，避開涌流的影響，分閘后閉鎖應(yīng)僅發(fā)生于永久性故障的情況，因分閘后閉鎖而切除的線路區(qū)段應(yīng)盡可能少。
②根據(jù)負(fù)荷大小和線路長短經(jīng)濟(jì)合理地安排和選擇分段點(diǎn)及開關(guān)設(shè)備。農(nóng)村長線路和分支線一般采用電流型重合器+分段器以提高供電可靠性，環(huán)網(wǎng)供電網(wǎng)絡(luò)可采用電壓型重合器，具備通信的饋線可采用負(fù)荷開關(guān)。
③根據(jù)安裝地點(diǎn)選定額定電流，開斷和關(guān)合短路電流能力，動(dòng)、熱穩(wěn)定電流。短路容量一般應(yīng)選擇16kA以上，才能適應(yīng)電網(wǎng)容量不斷提高的要求。
④正確整定其保護(hù)配合，如跳閘電流、重合次數(shù)、分段器的次數(shù)預(yù)設(shè)、延時(shí)時(shí)間特性等。
⑤電流型重合器與重合器的配合應(yīng)充分利用其快、慢的"雙時(shí)"時(shí)間特性曲線，位于電源側(cè)的重合器應(yīng)至少1次的快速操作，其后的重合器有相同或更多的快速動(dòng)作。而電壓型重合器的延時(shí)時(shí)間整定應(yīng)一級(jí)比一級(jí)延長T(一般設(shè)置7s)時(shí)間，環(huán)網(wǎng)供電中環(huán)網(wǎng)點(diǎn)的時(shí)間應(yīng)大于每側(cè)延時(shí)時(shí)間之和。
⑥重合器與分段器的配合，故障電流次數(shù)整定應(yīng)一級(jí)比一級(jí)少。
上斷路器已完成無油化的過渡，今后將不斷向小型化、造價(jià)低、安全可靠、技術(shù)先進(jìn)的方向發(fā)展，具備長期少維護(hù)免維護(hù)和配電自動(dòng)化功能。目前的技術(shù)水平，使用SF6封閉的柱上真空斷路器具有免維護(hù)、防凝露、防機(jī)構(gòu)銹蝕的優(yōu)點(diǎn)，極大地提高了產(chǎn)品的可靠性，因其優(yōu)越性將成為配網(wǎng)斷路器的首選，適用于手動(dòng)、電動(dòng)、自動(dòng)、智能所有場所。使用SF6封閉式真空滅弧的電壓型重合器對(duì)電網(wǎng)實(shí)行逐步改造時(shí)，在斷路器本體不動(dòng)的情況下，通過控制設(shè)備的升級(jí)，實(shí)現(xiàn)由就地方式、分布控制、集中控制的配電自動(dòng)化升級(jí)與過渡。
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