山区线路故障隔离方案的研究与应用

汤雍 胡敬伟

(国网浙江象山县供电公司,浙江宁波 315700)

山区线路故障隔离方案的研究与应用

汤雍 胡敬伟

(国网浙江象山县供电公司,浙江宁波 315700)

随着我国经济建设的高速发展,目前我国人民对于电力的需求也在不断提升。在电力使用的过程中,山区电力线路的使用往往是需要亟待解决的问题。由于山区的特点,往往具有修复时间长、难以到达故障地点、故障不明确等问题。基于这种特点,在对山区电力线路解决的过程中,需要使用一种全新的方法,即在山区电力线路出现故障后,对山区电力线路进行故障隔离。文章讨论了山区电力线路的故障隔离方法。

山区电力线路 隔离方案 研究与应用

电力是我国经济建设的重要支柱，也是我国城乡一体化建设过程中的主要建设目标。但对于我国山区电力使用而言，山区的10kv配电线路是最为重要的线路之一，同时也是我公司电力设施的主要组成部分。但是在实际的使用过程中，山区10kv配电线路往往具有线路较长、点多、面积广，同时山区10kv配电线路极易受到气候以及地理环境的影响，而自然灾害以及外力也很有容易伤害到山区10kv配电线路。正是由于这样的情况，在使用山区10kv配电线路的过程中，往往会出现主站跳闸的情况，主站跳闸会引起大面积的停电事故，对于山区居民以及企业的正常用电造成严重影响，甚至会造成巨大经济损失。由于山区的特点，地形较为复杂，在实际的排查过程中往往会出现排查困难以及巡线复杂的情况，对于我公司的服务质量造成了极为严重的挑战，目前及时的将山区线路故障进行隔离，并且将山区线路故障的范围尽可能地缩小，成为了我公司目前急需解决的问题。通过公司领导的讨论并且借着创新项目的东风，我公司组织人员对山区线路故障这一重要问题开始技术攻关，目前已经开始实现了加强现有断路器功能，并且能够让断路器动作灵敏、保护精确、误动作减少、单相接地跳闸以及主动报警等功能，能够广泛的适用于山区线路的各种设备，文章讨论了如何山区线路故障隔离的相关方案。

1 目前国内外对于山区线路故障隔离方案的研究现状

1.1 国外对线路故障隔离方案的研究情况

目前国内外的电力系统中，中压真空断路器的品种较多，并且也有着较多种的型号，有着自身不同的特点，但这些断路器从绝缘的角度上讲，仍然仅为复合绝缘以及空气绝缘，从总体的结构上而言，往往为机构一体式断路器以及分体式断路器。从操动结构上讲，中压开关产品主要有弹簧机构以及电磁机构。目前国际上的真空断路器，在制造以及设计领域主要为德国西门子公司为代表的空气绝缘产品以及ABB公司为代表的复合绝缘产品，这些绝缘产品都能够在实际的线路发生故障后进行较好地解决。但是在产品的种类方面，德国西门子公司的产品主要由3AF、3AG以及3AH等产品，从操动结构上而言这些产品均为弹簧机构产品，并且目前在操动机构方面的设计也逐渐趋于合理，在调整环节上开始逐渐减少，十分有利于将初分速度进行提升，并且在机构方面也较为省力，但需注意，如果使用这种方法，对于制造精度的要求较高。

1.2 国内对于线路故障隔离方案的研究

虽然我国对于线路故障隔离方案研究的起步较晚，但目前已经取得了较高的成就。目前我国广泛使用的为10kv真空断路器，其操作机构是通过电磁机构以及弹簧机构构成的，由于弹簧机构在实际的制造过程中往往有零件较多并且制造工艺复杂等特点，因此在实际的运行过程中极易引起机械故障，但如果使用电磁机构，驱动功率往往较大，接触力较小，因此在进行合闸的过程中，极易引起触头跳动等情况影响了真空断路器的可靠性以及性能。为了避免这一情况，克服在实际的使用过程中电磁机构以及弹簧机构的不足，就需要将10kv真空断路器的可靠性以及安全性和使用寿命进行提升，并且将驱动功率进行降低。

2 解决我国山区线路故障隔离过程中问题的方法

通过对目前我国山区线路故障隔离过程中遇到的问题进行分析，我们发现，为了更好地对我国山区线路故障进行隔离，主要是需要将动作可靠性、分断可靠性以及承受环境变化可靠性进行研究。

2.1 动作可靠性

对于动作可靠性而言，主要是包括了断路器在系统发生故障时的可靠性以及断路器在实际操作过程中的可靠性。通过对操作机构的受力以及运动进行相应的仿真分析，同时对零部件的设计进行相应的优化，就能够将断路器的机械寿命进行提升，同时也能够将操作的可靠性进行相应的优化。在研究中，可以使用智能控制器进行可靠性的分析以及研究，通过这种方式能够保证断路器在接收到故障信号后的动作可靠性以及动作特性的一致性。

2.2 分断可靠性

对于分断可靠性而言，主要是需要使用现代测试技术，将断路器分段过程中的电弧运动以及熄灭过程进行相应的分析。同时需要通过优化设计等措施，帮主断路器的灭弧性能以及可靠性进行提升。在这一过程中，需要将环境的变化进行考虑，例如高低温下的动作可靠性以及电磁环境的变化，即EMC性能需要完全符合相关的要求。

2.3 承受环境变化的可靠性

对于山区而言，环境的变化是在实际的故障隔离过程中需要面对的最大问题。在变化较大的气候环境下，例如极高极低的气候环境下的动作可靠性以及电磁环境的相关变化都需要符合相关的要求。同时内外部附件的工作可靠性也是目前断路器在实际使用过程中存在的主要问题，同时也是目前新一代产品以及其他产品在实际的研发过程中需要着重解决的问题。

2.4 山区线路故障隔离的关键技术

通过对山区线路故障过程中路断路器需求的研究，我们发现为了更好的实现山区线路故障的隔离，首先需要保证断路器能够拥有单相接地保护功能，并且能够提升查零序电流、零序电压信号的功能，并在此过程中保证零序电流以及零序电压信号的准确性以及灵敏度，从而提升山区经常出现的单相接地事故的隔离能力。而对于动作机构而言，则需要尽可能的将动作机构进行简化，通过这样的方式能够提升动作的稳定性以及可靠性。而对于保护分级而言，则需要研究出定值保护多分级。由于传统的保护定值往往只有3-5个档位，而对于山区的电力使用实际情况而言，3-5个档位显然无法较好的使用，因此需要将保护定值进行增加。而关于我国山区电力使用过程中出现的问题，我们发现也需要有着自动报警的功能，通过自动报警功能，能够保证在出现了事故跳闸的情况时，能够主动的向值班人员发出报警信号。

3 永磁真空断路器的相关技术以及使用方法

通过对目前我国山区线路故障出现的问题以及在实际的隔离过程中表现出的不足，我们发现，为了较好的对山区线路故障问题进行解决，一种较好的方案就是在山区线路使用过程中引入永磁真空断路器的相关技术。永磁真空断路器的结构较为简单，同时工作寿命长，通过使用交流电源来进行操作，功率较小。而在实际的使用过程中，永磁真空断路器能够做到合闸速度小但分闸速度快的效果，是一种十分理想的操动机构。对于永磁真空断路器而言，机械寿命远远超过很多真空灭弧室的机械寿命。但目前对于我国的电力用户而言，永磁真空断路器仍然是一种全新的设备。在永磁真空断路器的设计过程中，往往是使用一种中封式的一次性封排的结构设计，同时在触头的材料方面选择开断性能优秀的CuCr25触头原材料以及先进的杯状纵向的磁场触头结构设计。对于外壳方面，目前的大部分的永磁真空断路器是使用陶瓷外壳，并且整体环氧树脂浇注。在永磁真空断路器的灭弧室方面，机械寿命能够高达60000次左右，极大的提升了永磁真空断路器的使用寿命，而使用环氧固封技术将主导电回路、真空灭弧室以及绝缘支撑组合成为一种集成的固封极柱，极大的提升了真空断路器的环境耐受能力。对于我国的山区线路而言，正是需要使用一种有着较高环境耐受能力的断路器，因此永磁真空断路器能够较好的适用于我国山区线路，并且在山区线路发生故障后也能够正常工作，保证将故障进行隔离。而针对由于我国山区线路的特点，为了更好的保证能够在实际的山区线路发生故障后进行较好的隔离，永磁真空断路器需要进行一定的改进，通过智能型永磁真空断路器的形式能够更好地适用于我国的山区线路中。智能型永磁真空断路器主要是通过在传统的永磁真空断路器中加入智能控制模块完成的，智能控制模块能够实现断路器机械特性参数的在线监测，同时也能够拥有通信功能。正是由于这一特点，在实际的山区线路使用过程中，若出现了故障，永磁真空断路器不仅能够在第一时间将故障进行隔离，同时能够自动进行通信，保证尽快的将线路故障进行排除。

4 通过永磁机构真空断路器实现山区线路故障隔离方案的方法

通过上文的讨论，我们发现解决目前山区线路故障隔离的主要方法就是在山区线路中使用永磁机构真空断路器。在使用永磁机构真空断路器的过程中，首先需要原装引进10kv永磁机构真空断路器的生产技术以及生产工艺，并且将10kv永磁机构真空断路器的相关技术难点等问题进行相应的掌握。通过这样的形式，就能够实现降低机构驱动功率的目标，保证在实际使用过程中的机构驱动功率能够低于2kw，将线路可靠性进行较大提升，同时也能够保证手动分闸的速度能够达到要求，基本上可以达到0.5m/s，机构寿命能够提升至5-10万次左右，电寿命至少能够到达5万次，对于短路开断电流方面，能够达到40ka或31.5ka等技术指标。在实际的使用过程中，通过永久磁铁和分闸合闸控制线圈进行结合，能够较好地解决合闸过程中大功率能量的问题，并且真空灭弧室的动触头可以依靠永久磁铁产生的力通过绝缘拉杆以及拐臂保持在合闸以及分闸的位置上，简化传统的机械结构，不仅节能，而且成本较低。在操动结构方面，不需要使用辅助电器以及机械锁扣，将机械动作的可靠性进行了提升，也减免了维修费用。同时真空断路器使用饿永磁操动机构中的永磁力至少能够保证在100年内不会消失，机构寿命也能够达到10万次左右，通过电磁力进行分闸合闸，开断能力较强，并且安全可靠，相比传统的弹簧机构以及电磁机构，寿命能够得到提升。

5 经济以及社会效益

通过本次研究，我们发现在山区线路中使用永磁真空断路器，能够在故障发生的瞬间迅速的作出判断并且作出相应的动作，保证故障区域能够得到隔离，避免了事故扩大，同时也能够保证无故障区能够正常的进行供电，缩小停电区域，帮助我公司能够集中人力和物力在相对小的区域内查找事故原因，从而减轻巡线人员的劳动强度，尽快确定抢修方案，提高抢修效率，为提早恢复供电赢得时间。提高了配电网的可靠性，使我公司处理山区线路故障的能力大大增加，也能够提升我公司的工作效率以及用户的满意程度，预计每年能够节省抢修山区线路故障的费用数十万元，具有较好的社会经济效益。

6 结语

在本次研究中，我们发现对于山区线路故障，主要的解决方法为使用永磁真空断路器进行解决，通过这样的方式能够节省排除山区线路故障过程中的人力物力，对于山区电力用户以及我公司而言有着重要意义。

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