20kV及以下配电网智能分界开关的应用及研究

摘要：珠海配电网运行的供电可靠性和安全性在不断提高，主干线自身出现故障和事故的比率已大大降低，但支线或用户专用线路等发生事故造成主干线停电的几率却在不断升高。文章从实践经验出发，结合相关技术知识，研究并开发了20kV及以下智能分界开关。

关键词：配电线路；馈线；智能分界开关；控制器；供电可靠性；电力系统 文献标识码：A

中图分类号：TM726 文章编号：1009-2374（2016）36-0059-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.36.029

1 珠海20kV及以下配电网架结构分析

1.1 配网线路网架

珠海市现状共有20kV、10kV公用配电线路817回，20kV、10kV专用线路295回，电缆线路長度4601.1km，架空线路长度1758.1km，开关柜8438面，柱上开关1866台。香洲主城区已基本实现电缆化，香洲部分片区、斗门、金湾区以架空、架空与电缆混合线路为主。

1.2 配网支线线路现状及存在问题

在早期配电网中，架空线路主线与支线用户的责任分界点一般只安装隔离刀闸（或跌落式熔断器）作为线路保护控制设备。当用户内部（责任分界点内部）发生故障时，均会造成线路保护动作。如果故障性质是永久的，线路保护重合不成功，则一个用户的事故将波及整条配电线路停电，从而扩大停电范围，影响线路其他用户的正常供电。

虽然通过城乡配电网的改造，珠海地区架空主干线路基本都实现了绝缘化，但属于用户产权的用户支线及用户设备，多数结构混杂、设备陈旧、保护落后，缺乏规范的管理和定期维护，发生的故障和存在的隐患逐年增多。此类事故在珠海地区约占配电网事故总数的比率较高。

1.3 配电网线路故障原因分析

1.3.1 用户事故越级是配网馈线故障跳闸的主要因素。

1.3.2 外力破坏是故障跳闸的又一重要原因，一直严重影响配网线路安全运行，电缆线路故障主要以外力破坏为主，如道路施工、管线迁改等。

1.3.3 雷电、台风等自然灾害是引起馈线故障跳闸的主要原因之一，尤其是架空线路运行环境复杂，易遭受自然灾害影响，珠海是沿海地区城市，易遭受如台风、雷击等影响，故障发生几率相对较高。

2 智能分界开关分类及作用

智能分界开关可分为架空型分界负荷开关、架空型分界断路器开关、电缆型分界开关柜三大类。

2.1 架空型分界负荷开关

分界负荷开关俗称“看门狗”，包括负荷开关本体、外置电压互感器及控制器三个组成部分，三者通过航空插件及户外密封控制电缆进行电气连接。其中控制器可选配附件实现自动化功能，通信方式可采用光纤、CDMA或GPRS无线、双绞线等多种通信方式。目前珠海地区仅在10kV配电网中安装分界负荷开关，同时采用二遥GPRS无线通信方式。

分界负荷开关采用真空灭弧，SF6气体绝缘的真空负荷开关，具备20kA（10kV），4s的短时耐受电流及50kA的短路关合能力，能切断额定负荷电流和一定的过载电流，但不能切断短路电流。

分界负荷开关主要适用于城市配网支线用户T接控制，具有比断路器好的开断空载变压器的性能。

2.2 架空型分界断路器开关

架空型分界断路器由真空断路器本体、外置电压互感器及故障检测控制器三部分组成，三者通过航空插座及户外密封控制电缆进行电气连接。故障检测控制器可实现自动化功能，通信方式可采用光纤、CDMA或GPRS无线、双绞线等多种通信方式。目前珠海地区仅在10kV配电网中安装架空型断路器开关，同时采用二遥GPRS无线通信方式。

架空型分界断路器开关可采用SF6气体绝缘、真空灭弧断路器，具有自动跳闸和电动合闸（重合闸）功能，既可在用户电量用尽时断开正常负荷，又可对用户设备进行过流、速断以及零序保护。当事故在用户侧时，直接跳开责任用户，确保其他用户正常供电，同时主动报送故障信息，以便运行人员快速到场排除障碍。

2.3 电缆型分界开关柜

电缆型分界开关柜设备的主要构成为：电压互感器、两相电流互感器、零序电流互感器、分界控制器、具有快分功能的负荷开关或断路器。各部件通过电缆进行电气连接，其中互感器则套在分界开关柜进出电缆上。控制器可选配附件实现自动化功能，通信方式可采用光纤、CDMA或GPRS无线、双绞线等多种通信方式。目前珠海地区在10kV、20kV配电网中安装分界开关柜，采用的是二遥GPRS无线通信或三遥光纤通信。

分界开关柜可自动切除接地故障和相间短路故障（配置断路器时），可以用户定制的通信方式上传故障信息，并可实现三遥功能：可遥测显示系统电压、电流数据；采集开关的分闸、合闸等的状态信号；就地或远程控制开关的分闸、合闸。

3 智能分界开关原理

架空型电缆型分界负荷开关原理故障处理过程，详见表1：

4 智能分界开关接入配电网方案

4.1 智能分界开关安装原则

4.1.1 智能分界开关应装设在配网线路较长支线与主线T接点、用户支线责任分界点，可避免故障波及主线。（1）架空主线与架空支线（用户支线）T接点安装智能分界开关；（2）架空主线与电缆支线（用户支线）T接点安装智能分界开关；（3）电缆主线与架空支线（用户支线）T接点安装智能分界开关；（4）电缆主线与用户电缆支线T接点安装智能分界开关柜。

4.1.2 对于已经安装负荷开关或断路器的用户支线可加装用户侧馈线自动化终端，以实现普通分界开关具备自动化功能。

4.2 能分界开关与普通开关安装在配网支线路的功能比较

智能分界开关与普通开关在功能上有很大差异，智能分界开关能实现自动化二遥、三遥功能，普通负荷开关不能隔离相间故障线路，会出现停电时间长、停电面积大的事故。

断路器型智能分界开关能自动隔离相间短路故障，负荷开关型智能分界则不能，必须由电源侧断路器动作后才能分闸，会造成干线短时间停电。

4.3 智能分界开关与普通开关经济性比较

就近年来市场调查，智能分界开关与普通开关两者价格上有较大差异，智能分界开关比普通开关价格高35%左右；架空型智能分界断路器开关单台造价与架空型智能分界负荷开关价格差别不大；电缆型智能分界断路器开关柜单台造价比电缆型智能分界负荷开关柜价格高25%左右。

5 珠海配网用户智能分界开关应用成效

5.1 用户故障出门率

用户故障出门是指因用户设备故障造成变电站公用线路开关跳闸停电。

用户故障出门率=∑用户故障出门次数/专变用户总数

用户故障出门率是影响配网线路供电可靠性的重要因素，也是供电部门内部考核的重要指标。

5.2 用户故障出门原因分析

珠海供电局2014、2016年用户故障出门原因分析如图1和图2所示：

由图1和图2可得，用户故障出门最主要的原因是外力破坏。外力破坏引起用户故障出门约占55%以上，用户设备运行故障引起用户故障出门占20%～30%。

5.3 智能分界开关对减少用户故障出门的作用

自2014年以来，用户智能分界开关开始在珠海配网中推广应用。珠海配网2014年和2015年用户故障出门统计如表2所示。

由表2可得，自2013年珠海配網线路安装智能分界开关以来，2014年用户故障出门率较2013年下降0.24%；用户故障出门次数减少14次，减少次数约为15%。

6 结语

对于20kV及以下配电网智能分界开关的应用从本质上来说是配电网在电网用户自动化领域内的又一次创新与探索，同时也是智能配电网的发展趋势的最终目标，可以说智能分界开关的智能化程度会直接关系到整个20kV及以下配电网供电性能的实现和供电效率的进一步提升。本文针对当前20kV及以下配电系统中比较热点的智能分界开关做出了简要分析与说明，希望可以为今后相关研究与实践工作的开展提供一定的参考和帮助。

参考文献

[1] 苗辉，刘兆胜.10kV配电线路用户分界负荷开关的技 术研究及应用[J].电气应用，2010，（17）.

[2] 陈士军.10千伏架空配电线路用户分界负荷开关的研 制[D].华北电力大学（河北），2006.

[3] 杨俊起.基于GPRS的配网故障定位及隔离方法研究 与实现[D].三峡大学，2005.

作者简介：孟宪利，珠海电力设计院有限公司电气工程师，研究方向：配电网设计。

（责任编辑：蒋建华）