配电网混合线路重合闸问题研究

张林利，李建修，刘合金，王明涛

·班组创新·

配电网混合线路重合闸问题研究

张林利1，李建修1，刘合金1，王明涛2

（1.国网山东省电力公司电力科学研究院，济南250003；2.山东中实易通集团有限公司，济南250003）

随着电缆化率不断提高，配电网中包含电缆与架空线的混合线路越来越多。混合线路是否投入自动重合闸功能，目前缺乏统一的技术规范。从提高供电可靠性与实现馈线自动化功能的角度论述重合闸的必要性，考虑设备性能与实际运行经验探讨重合闸的可行性，分析影响重合闸的因素，并提出混合线路重合闸投退的建议，可为配电网运行提供决策依据。关键词：配电网；混合线路；重合闸；供电可靠性

0　　引言

运行经验表明，配电架空线路短路故障绝大多数都是瞬时性的。在断路器保护动作跳闸后，瞬时性短路故障电弧可自行熄灭，短路点处的绝缘可自动恢复。经短延时后将断路器重新合闸，就可以恢复供电，避免瞬时性故障导致长时间停电［1］。因此架空配电线路一般都投入自动重合闸功能。对于纯电缆线路，一般认为故障基本是永久性的，跳闸后线路绝缘无法自动恢复，重合闸会对电缆和主变产生再次损伤，容易引起事故扩大，因此不宜重合闸。1996年《反事故技术措施》规定“对6～10 kV电缆出线或短架空出线尽量不用重合闸，以避免事故扩大”［2］。

随着城市建设的加快和配电网投资的增加，配电线路的电缆化率越来越高。许多早期已经建设完成的架空配电线路，已逐步进行了电缆化改造，电缆和架空混合线路越来越多地出现在配电网络中。对于混合线路是否使用重合闸功能，没有明确规定，各供电企业选择也不尽相同。有些单位对于混合线路一律不投重合闸，有些单位则全部投入，也有的单位根据架空线路和电缆的长度关系确定是否投入［3］。

显然，对于配电网混合线路是否投入重合闸功能，目前业界还未能完全形成共识，许多运行单位对重合闸投退的选择缺乏科学依据。

1　　重合闸的必要性

1.1提高供电可靠性

混合线路自动重合闸的最大优势是可以提高供电可靠性。社会经济的发展对供电质量提出更高的要求，停电会引起严重的事故，带来巨大的经济损失。同时供电企业内部管理加强，对供电可靠性指标要求也越来越高。由于混合线路架空部分故障多发，再加上用户内部线路也容易发生瞬时性故障，如果不投入自动重合闸，往往导致整条线路长时间停电，严重影响供电可靠性。

近年来，除纯电缆网络外，一些供电企业出于解决单相接地故障选线困难、避免接地过电压以及防止导线落地危害人身安全等考虑，在架空以及架空线路与电缆混合网络中也采用了小电阻接地方式，在线路发生单相接地故障时也会导致断路器跳闸［4］。由于架空线路单相接地故障绝大多数是瞬时性的，重合闸即可恢复供电，大大提高供电可靠性。

另外，除了故障导致的断路器跳闸外，还存在断路器机构自动脱扣、工作人员误碰操作机构、保护误动作等原因导致的误跳闸，也需要通过自动重合闸予以纠正。

1.2与馈线自动化功能配合

配电自动化是提高供电可靠性与供电质量的重要技术手段，可实现配电网的监视控制与信息集成。国家电网公司自2009年开始启动新一轮配电自动化建设，改变了配电网“盲调”的状态，经济与社会效益显著。目前，山东配网已经实现配电自动化全覆盖。馈线自动化实现故障的快速定位、隔离与非故障区域恢复供电，是配电自动化系统的基本功能。

“电压—时间”型馈线自动化通过电压型分段开关“来电即合、无压释放”的工作特性来实现。该方式需要出线断路器进行两次重合闸，故障发生后，第一次重合闸隔离故障，第二次重合闸恢复非故障区域供电［5］。这种馈线自动化模式具有维护简单、不依赖于通信等优势，获得了广泛应用。为了保证断路器保护动作跳闸后电压型开关可靠分闸，断路器重合闸延时应适当增加，可设置为2 s（目前重合闸延时一般设置为1 s）。另外，由于多数断路器只支持设置一次重合闸，应合理设置首个分段开关来电合闸延时，躲过断路器重合闸充电时间，以避免首个分段开关重合于故障导致断路器跳闸后无法再次重合。

集中型馈线自动化由主站收集各终端上报的故障电流信息，经分析后确定故障区段，然后遥控故障点两侧分段开关分闸隔离故障。该方式依赖于主站与通信，适用于具备通信条件并对供电可靠性要求较高的区域。由于终端数据上传、主站分析与遥控开关分闸都需要一定时间，馈线自动化实现的非故障区域恢复供电的时间一般为分钟级。因此有必要设置一次自动重合闸，对于瞬时性故障则可以直接恢复供电，大大减少停电时间；如果故障是永久性的，重合闸失败后再启动馈线自动化流程，隔离故障并恢复供电。

用户分界开关主要安装于10 kV配电线路用户进户线的责任分界点处或分支线T接处，可实现分界点后用户侧故障的快速隔离，避免用户侧故障造成整条线路停电，目前已获得广泛应用。用户分界开关分断路器型和负荷开关型，断路器型分界开关可直接切除用户界内故障，负荷开关型则需要与自动重合闸功能配合使用［6］。当用户界内发生短路故障时，首先出线断路器保护动作跳闸，用户分界开关检测到过流并失压后自动分闸隔离故障，然后出线断路器重合即可恢复线路供电。

2　重合闸的可行性

早期提出的含电缆线路不宜使用重合闸的依据，主要是考虑重合于永久故障时，故障电流可能造成电缆损坏以及对主变压器造成冲击。但目前情况已有很大不同。

2.1对电缆本身的影响分析

现代电缆与早期电缆在结构、材料、技术水平等方面都有显著的提升。早期电缆多采用绝缘油、油纸作为绝缘材料，抗短路电流的能力较差，容易造成绝缘损坏，现已基本退出运行。而目前主流的交联聚乙烯（XLPE）电缆，在绝缘水平、机械强度、耐热能力、抗老化能力等方面都比早期电缆有了显著提高，有些还具备阻水、阻燃、耐火等特性。

以常用的3×240 mm2交联聚乙烯电缆为例，在短路持续时间为1.0 s、0.7 s、0.5 s时，可承受的短路热稳定电流相应为31.9 kA、38.2 kA、45.1 kA。按变电站10 kV侧母线最大短路容量300 MVA计算，短路电流不大于16.84 kA［7］。重合闸与后加速保护配合时，开关重合于故障时保护加速跳闸，合闸时间不会大于0.5 s。即出线开关重合于永久性故障时，会在0.5 s内再次跳闸，在此时间内最大承受16.84 kA的短路电流，远小于上述许可的电缆热稳定电流。因此，重合闸的使用对电缆本身的安全不会造成影响。

2.2对主变压器的影响分析

出线开关重合于永久性故障时，短路电流会对主变压器形成再次冲击，但会不会导致变压器损坏，则应根据不同情况具体分析。在变压器的设计与制造中，抗短路电流冲击能力是必备基本条件，而且变压器选型也留有安全裕量，故障电流一般不会对主变造成损伤。而且变压器具备完善的保护功能，在故障电流对主变产生损害前，变压器保护应提前动作切除故障。另外，为确保主变安全，还可以应用自适应重合闸闭锁技术，根据变压器的耐受能力，设定短路电流允许值，当故障电流大于设定值时，自动闭锁重合闸［8］。随着变压器制造工艺与自适应重合闸技术的进步，使用重合闸仍可保证主变压器的安全运行。

2.3现场实际运行经验

已有部分供电企业对于具备重合闸条件的电缆与架空线混合线路采取投入重合闸的措施，有效地避免了因瞬时性故障导致的长时间停电，保障了电网经济可靠运行，产生了显著的经济和社会效益。运行过程中，并未出现因重合闸导致的电缆本体及主变压器等设备损坏的情况。

某市10 kV馈线电缆化率较高，多数线路为电缆与架空混合，均配置一次自动重合闸。根据2013年统计数据，该市全年共发生重合闸3 418次，成功2 751次，重合闸成功率为80.5%。一般的，随着线路电缆率增加，重合成功率降低，但纯电缆线路仍有约20%的概率重合成功，说明即使纯电缆线路故障也不全是永久性的，约有20%的故障为瞬时性故障。

3　　影响重合闸投入的因素

虽然中压配电网电缆与架空混合线路可以投入重合闸，但由于配电线路种类多变、环境复杂，现场还存在一些不宜进行重合的因素［9］。

充油电缆、油纸绝缘等电缆耐冲击能力差、易燃易损坏，不宜投入重合闸。交联聚乙烯绝缘电缆具有良好的耐热与绝缘特性，建议投入重合闸；但没有阻水功能的交联聚乙烯电缆用于潮湿环境中时，不宜投入重合闸。

电缆敷设方式一般有直埋敷设、穿管敷设、浅槽敷设、沟道敷设和隧道敷设等方式［10］。电缆接头部位是电缆绝缘最薄弱的环节，重合闸产生的过电压可能导致接头击穿爆炸。对于直埋敷设以及水下敷设来说，接头爆炸往往不会造成电缆起火事故，重合闸可投入。但对于沟道、隧道敷设方式，由于隧道内往往敷设多条线路，而且空间狭窄通风不畅，电缆一旦起火后高温浓烟不易扩散，灭火扑救困难，容易造成大面积电缆着火受损，经济损失严重。因此，应综合考虑防火防爆措施、火灾扑救难度、对其他线路影响等因素，对电缆敷设方式进行评估，确定是否可以投入重合闸。

随着运行年限的增加，电缆老化加剧，绝缘性能逐渐下降。一般来说，运行超过20年后，电缆本体、介质及附件材料老化严重，电缆运行故障率大幅上升且耐短路冲击能力较差。因此，投入运行超过20年的电缆，应退出重合闸。另外，如果主变压器、断路器等重要设备存在绝缘降低等异常情况，为确保安全，应退出相关线路的重合闸功能。

4　　结语

配电网电缆与架空混合线路使用重合闸功能，可减少因瞬时性故障导致的长时间停电，有效提高供电可靠性。对于已完成馈线自动化改造的线路，也需要投入重合闸，配合实现馈线自动化功能。同时，由于现场情况复杂多变，为保证安全，也有一些混合线路不宜投入重合闸。因此，应改变以前仅靠经验盲目判断的粗放模式，综合考虑电缆类型、长度占比、敷设方式、运行年限、设备水平等因素。在排除不宜重合因素的前提下，应以减少停电时间、提高供电可靠性为目标，投入重合闸。

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［5]梁文祥．“电压—时间”型馈线自动化模式及应用［J］．山东电力技术，2012，39（6）：34-36．

［6]刘虎，刘远龙．10kV配网分界开关使用原则探讨［J］．山东电力技术，2014，41（3）：34-36，43．

［7］ 韩吉昌．10 kV电缆线路采用故障重合闸的可行性［J］．供用电，2000，17（4）：24-26．

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［9]江南，谢聿琳，侯俊平，等．电缆架空线混合线路重合闸投切方式［J］．电力系统自动化，2010，34（3），112-115．

［10］丛柏生，吴兴林，王志坚．浅谈几种电缆敷设形式的经济技术比较［J］．高电压技术，2001，27（S1）：17-18．

Reclosing of Cable-overhead Hybrid Lines in Distribution Network

ZHANG Linli1，LI Jianxiu1，LIU Hejin1，WANG Mingtao2
（1.State Grid Shandong Electric Power Research Institute，Jinan 250003，China；2.Shandong Zhongshi Yitong Group Co.，Ltd.，Jinan 250003，China）

With the increasing of the cable rate，more and more hybrid lines containing cable and overhead lines exist in distribution network.There is a lack of uniform technical guide whether hybrid lines should put into automatic reclosing function.The necessity of reclosing is illustrated with the target of improving reliability of power supply and realizing the function of feeder automation.The feasibility of reclosing is discussed with considering the equipment performance and practical operation experience.Factors affecting the reclosing are analyzed and suggestions of hybrid lines put into reclosing function or not are put forward.The conclusion can provide decision-making basis for the operation department.

distribution network；cable-overhead hybrid lines；reclosing；reliability of power supply

TM773

A

1007-9904（2016）06-0077-03

2016-02-19

张林利（1979），男，博士，工程师，主要从事配电网监测分析、配电自动化相关工作。