田仲民 全學(xué)亮

摘要：10kV柱上真空斷路器，可以有效地切斷故障電流。由此，使部分人產(chǎn)生了認(rèn)識(shí)上的誤區(qū)，以為使用柱上真空斷路器一定比使用柱上負(fù)荷開關(guān)安全。實(shí)際上，在一條10kV電網(wǎng)線路中，柱上開關(guān)較多，這些開關(guān)如果都是具有保護(hù)性能的斷路器，一但10kV線路某處短路，必將造成兩個(gè)以上開關(guān)無選擇性跳閘的紊亂狀況。

關(guān)鍵詞：10kV 斷路器 選擇 使用

1 概述

10kV柱上開關(guān)設(shè)備在電網(wǎng)線路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。但是隨著電電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，電網(wǎng)線路的故障性質(zhì)發(fā)生了變化，10kV電網(wǎng)的故障短路電流也越來越大。因此對(duì)10kV電網(wǎng)線路柱上開關(guān)的選擇與應(yīng)用提出了新的要求。

2 10kV柱上開關(guān)的發(fā)展

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，無法在短路電流越來越大的10kV電網(wǎng)中繼續(xù)使用。SF6斷路器和真空斷路器在20世紀(jì)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。

3 10kV柱上開關(guān)在線路中的選用

3.1 選用原則

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)生了永久性故障的情況，因分閘后閉鎖而切除的線路區(qū)段應(yīng)盡可能少。

3.2 選用分析

如果配網(wǎng)線路是架空線路，線路容量不大，樹害問題突出，在線路分段開關(guān)的選擇上應(yīng)以過流脫扣開關(guān)為主。

4 10kV柱上真空斷路器的使用

目前各廠家推出的產(chǎn)品來看，10kV柱上真空斷路器，可以有效地切斷故障電流。由此，使部分人產(chǎn)生了認(rèn)識(shí)上的誤區(qū)，以為使用柱上真空斷路器一定比使用柱上負(fù)荷開關(guān)安全。實(shí)際上，在一條10kV配電線路中，柱上開關(guān)較多，這些開關(guān)如果都是具有保護(hù)性能的斷路器，一旦10kV線路某一處短路，必將造成兩個(gè)以上開關(guān)無選擇性跳閘的紊亂狀況。

下面結(jié)合圖1理論分析：

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圖1 一條10kV線路的一部分接線示意圖

如圖1所示為一條10kV架空線路的一部分。主線路導(dǎo)線為YJV-10/185，為了說明問題，圖中僅標(biāo)示出2臺(tái)主線路分段開關(guān)3臺(tái)分支線路開關(guān)和3臺(tái)用戶開關(guān)。變電所10kV線路開關(guān)一般有瞬時(shí)速斷保護(hù)和定時(shí)限過電流保護(hù)。保護(hù)的整定值一般為：瞬時(shí)速斷保護(hù)的整定值，以保證母線電壓降至額定電壓的55～55%為限進(jìn)行整定。為簡單計(jì)算，假設(shè)電流互感器變比為400/5，瞬時(shí)速斷保護(hù)的整定值為電流互感器的10倍額定電流，即Iszd=4kA。過電流保護(hù)的時(shí)限一般為0.5秒，過電流的整定值一次電流值按最大一次使用電流，再考慮可靠系數(shù)和電流繼電器的返回系數(shù)來整定，一般整定值等于電流互感器的額定電流1～1.5倍，現(xiàn)假設(shè)為Igzd=500A。

假設(shè)變電所10kV母線在最大運(yùn)行方式下的短路電流為16kA，其短路阻抗標(biāo)幺值Z*B=5.5/16=0.34。如在A處發(fā)生短路故障，短路阻抗標(biāo)幺值Z*A≈0.34+（0.365×2）×100/10.52=0.34+0.66=1.00，短路電流為IdA=5.5/

1.00=5.5kA>Iszd=4kA。如果分支開關(guān)KGFZ1選用斷路器，這樣就可能發(fā)生以下情況：如果變電所開關(guān)的固有分閘時(shí)間小于用戶開關(guān)KGFZ1的固有分閘時(shí)間，則變電所開關(guān)跳閘而分支開關(guān)1不動(dòng)作，明顯屬越級(jí)跳閘。如果兩者靈敏度相近，兩臺(tái)開關(guān)均跳閘，也造成了越級(jí)跳閘事故。

B點(diǎn)發(fā)生短路，如果分支線路不長，其阻抗可以忽略，B點(diǎn)的短路電流值近似于A點(diǎn)，將可能造成變電所開關(guān)、分支開關(guān)1和用戶開關(guān)1三臺(tái)開關(guān)亂跳閘。

以上情況，若從運(yùn)行環(huán)境、投資、安裝條件等諸多因素綜合考慮，變電所內(nèi)的開關(guān)固有動(dòng)作時(shí)間相對(duì)較小，其繼電保護(hù)的反應(yīng)速度、靈敏性、可靠性均可能高于柱上真空斷路器，發(fā)生變電所內(nèi)開關(guān)跳閘而柱上開關(guān)拒動(dòng)的幾率為高。發(fā)生以上誤跳閘事故，是繼電保護(hù)無選擇性而導(dǎo)致的。因?yàn)樵谧冸娝_關(guān)瞬時(shí)速斷保護(hù)范圍內(nèi)，不管其余斷路器的保護(hù)如何，變電所內(nèi)開關(guān)應(yīng)該瞬時(shí)跳閘。其他斷路器保護(hù)動(dòng)作時(shí)間如果也為零，就會(huì)出現(xiàn)上述誤跳閘情況，如果動(dòng)作時(shí)限較變電所開關(guān)為大，那就沒有跳閘的機(jī)會(huì)，也就失去了作為斷路器的意義，僅僅起到負(fù)荷開關(guān)的作用。

C點(diǎn)短路，短路電流為Icd=5.5/（0.34+0.365×4.3×100/10.52=3.1KA<4kA。C點(diǎn)已不在變電所出線開關(guān)速斷保護(hù)范圍之內(nèi)，不會(huì)引起變電所開關(guān)誤跳閘。

同理，D、E點(diǎn)短路也不會(huì)引起變電所開關(guān)誤跳閘，但是如忽略支線阻抗，D、E點(diǎn)的短路電流與C點(diǎn)短路時(shí)相等，在用戶開關(guān)2跳閘的同時(shí)，如果分段開關(guān)1繼電保護(hù)滿足要求、選擇了柱上真空斷路器，則分支線路開關(guān)2難免也會(huì)發(fā)生無選擇性的誤跳閘。為避免發(fā)生這種問題，分支開關(guān)2也不宜用來切斷短路電流，以選擇負(fù)荷開關(guān)為宜。

G點(diǎn)短路，短路電流Igd=5.5/（0.34+0.365×6.4×100/

10.52）=2.24kA，當(dāng)然不在變電所出線開關(guān)的速斷保護(hù)范圍內(nèi)，如果也不在分短開關(guān)1的速斷保護(hù)范圍內(nèi)而只在分段開關(guān)2的保護(hù)范圍內(nèi)，則只有分段開關(guān)2跳閘。

H、I點(diǎn)短路，如忽略支線阻抗，短路電流與G點(diǎn)短路電流相等，I點(diǎn)短路，在用戶開關(guān)3跳閘的同時(shí)，分段開關(guān)2、分支線路開關(guān)3難免也會(huì)發(fā)生無選擇性的誤跳閘。為避免發(fā)生這種問題，分支開關(guān)2也不宜用來切斷短路電流，以選擇負(fù)荷開關(guān)為宜。

值得指出的是，1回10kV線路上用以切斷短路的分段開關(guān)必須滿足繼電保護(hù)的選擇性、可靠性要求，不能濫用。否則，繼電保護(hù)必然難以合理配合，造成無選擇性跳閘事故。

5 實(shí)際運(yùn)行情況分析

經(jīng)過多年電網(wǎng)改造，城區(qū)內(nèi)電網(wǎng)線路的絕緣化水平進(jìn)一步提高，10kV電網(wǎng)線路抵御自然災(zāi)害的能力增強(qiáng)。10kV電網(wǎng)線路容量增大較快，主線路的10kV分段柱上開關(guān)主要選用真空斷路器，這種真空斷路器是采用過流脫扣開關(guān)，開關(guān)都裝有躲過合閘涌流的裝。如2013年7月13日，因132城關(guān)線路改造，132城關(guān)線路部分負(fù)荷倒向129倉頡線路操作時(shí)，當(dāng)合上129倉頡線路2號(hào)開關(guān)時(shí)，造成129倉頡線路1號(hào)開關(guān)過流跳閘，給運(yùn)行、維護(hù)人員造成線路有故障的假象，降低供電可靠性。二是過流脫扣開關(guān)會(huì)無選擇性的誤跳閘，往往會(huì)跳到離10kV配網(wǎng)線路變電站出口近的開關(guān)上。如2013年7月12日18時(shí)左右因雷雨天氣變電站129倉頡、128城關(guān)Ⅰ出線開關(guān)跳閘，重合閘成功，129倉頡、128城關(guān)線路1號(hào)開關(guān)也同時(shí)都跳閘，只恢復(fù)對(duì)全線路一號(hào)開關(guān)前線路供電，而129倉頡、128城關(guān)線路1號(hào)開關(guān)線路以后不能及時(shí)恢復(fù)供電，降低了供電可靠性。三是10kV線路是永久性故障時(shí)，若在變電站開關(guān)保護(hù)范圍內(nèi)，這種開關(guān)來不及動(dòng)作，變電站10kV出線開關(guān)保護(hù)優(yōu)先動(dòng)作跳閘，因?yàn)樽冸娬?0kV出線開關(guān)保護(hù)電流I段時(shí)限一般為0s，且其繼電保護(hù)的反應(yīng)速度、靈敏性、可靠性均高于柱上真空斷路器。如2012年12月25日至2013年元月7日，132城關(guān)線路因線路交跨距離不夠，造成相間短路放電故障，故障點(diǎn)在變電站零時(shí)限保護(hù)范圍內(nèi)，安裝在65#桿上的線路開關(guān)來不及動(dòng)作，造成110千伏杜康變電站132城關(guān)開關(guān)多次越級(jí)跳閘。

6 結(jié)束語

綜上所述，國外類似的真空開關(guān)，大部分是負(fù)荷開關(guān)，我們應(yīng)當(dāng)從中獲得收益，對(duì)柱上真空開關(guān)的發(fā)展方向，必須要有清醒的認(rèn)識(shí)，應(yīng)該把柱上開關(guān)的研制重點(diǎn)，轉(zhuǎn)到負(fù)荷開關(guān)。為了提高用戶對(duì)供電的可靠性及供電質(zhì)量提出了更高的要求，在技術(shù)和設(shè)備上進(jìn)行革新改造，在線路分?jǐn)鄷r(shí)，不能盲目選用柱上斷路器。用于主線路的分段開關(guān)和分支開關(guān)，一般也應(yīng)選用負(fù)荷開關(guān)。如果線路長，中間必須加分段斷路器，應(yīng)該經(jīng)過繼電保護(hù)管理部門的認(rèn)真計(jì)算，整定值要滿足繼電保護(hù)選擇性要求。

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