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线路柱上开关跳闸问题的探讨 摘要：10kV柱上真空断路器，可以有效地切断故障电流。由此，使部分人产生了认识上的误区，以为使用柱上真空断路器一定比使用柱上负荷开关安全。实际上，在一条10kV电网线路中，柱上开关较多，这些开关如果都是具有保护性能的断路器，一但10kV线路某处短路，必将造成两个以上开关无选择性跳闸的紊乱状况。 下载 关键词：10kV 断路器 选择 使用 1 概述 10kV柱上开关设备在电网线路中分段和支线的合理应用，为提高供电可靠性立下了汗马功劳。但是随着电电网技术的发展，电网线路的故障性质发生了变化，10kV电网的故障短路电流也越来越大。因此对10kV电网线路柱上开关的选择与应用提出了新的要求。 2 10kV柱上开关的发展 20世纪50年代的多油断路器，由于三相触头同室，其灭弧介质和绝缘介质均为绝缘油，开断容量在1250A以下，无法在短路电流越来越大的10kV电网中继续使用。SF6断路器和真空断路器在20世纪90年代，在我国得到广泛的应用，成为取代油断路器的主导产品。 3 10kV柱上开关在线路中的选用 3.1 选用原则 所有故障都应获得作为瞬时故障处理的机会，避开涌流的影响，分闸后闭锁应仅发生了永久性故障的情况，因分闸后闭锁而切除的线路区段应尽可能少。 3.2 选用分析 如果配网线路是架空线路，线路容量不大，树害问题突出，在线路分段开关的选择上应以过流脱扣开关为主。 4 10kV柱上真空断路器的使用 目前各厂家推出的产品来看，10kV柱上真空断路器，可以有效地切断故障电流。由此，使部分人产生了认识上的误区，以为使用柱上真空断路器一定比使用柱上负荷开关安全。实际上，在一条10kV配电线路中，柱上开关较多，这些开关如果都是具有保护性能的断路器，一旦10kV线路某一处短路，必将造成两个以上开关无选择性跳闸的紊乱状况。 下面结合图1理论分析： 图1 一条10kV线路的一部分接线示意图 如图1所示为一条10kV架空线路的一部分。主线路导线为YJV-10/185，为了说明问题，图中仅标示出2台主线路分段开关3台分支线路开关和3台用户开关。变电所10kV线路开关一般有瞬时速断保护和定时限过电流保护。保护的整定值一般为：瞬时速断保护的整定值，以保证母线电压降至额定电压的5555%为限进行整定。为简单计算，假设电流互感器变比为400/5，瞬时速断保护的整定值为电流互感器的10倍额定电流，即Iszd=4kA。过电流保护的时限一般为0.5秒，过电流的整定值一次电流值按最大一次使用电流，再考虑可靠系数和电流继电器的返回系数来整定，一般整定值等于电流互感器的额定电流11.5倍，现假设为Igzd=500A。 假设变电所10kV母线在最大运行方式下的短路电流为16kA，其短路阻抗标幺值Z*B=5.5/16=0.34。如在A处发生短路故障，短路阻抗标幺值Z*A0.34+（0.3652）100/10.52=0.34+0.66=1.00，短路电流为IdA=5.5/ 1.00=5.5kAIszd=4kA。如果分支开关KGFZ1选用断路器，这样就可能发生以下情况：如果变电所开关的固有分闸时间小于用户开关KGFZ1的固有分闸时间，则变电所开关跳闸而分支开关1不动作，明显属越级跳闸。如果两者灵敏度相近，两台开关均跳闸，也造成了越级跳闸事故。 B点发生短路，如果分支线路不长，其阻抗可以忽略，B点的短路电流值近似于A点，将可能造成变电所开关、分支开关1和用户开关1三台开关乱跳闸。 以上情况，若从运行环境、投资、安装条件等诸多因素综合考虑，变电所内的开关固有动作时间相对较小，其继电保护的反应速度、灵敏性、可靠性均可能高于柱上真空断路器，发生变电所内开关跳闸而柱上开关拒动的几率为高。发生以上误跳闸事故，是继电保护无选择性而导致的。因为在变电所开关瞬时速断保护范围内，不管其余断路器的保护如何，变电所内开关应该瞬时跳闸。其他断路器保护动作时间如果也为零，就会出现上述误跳闸情况，如果动作时限较变电所开关为大，那就没有跳闸的机会，也就失去了作为断路器的意义，仅仅起到负荷开关的作用。 C点短路，短路电流为Icd=5.5/（0.34+0.3654.3100/10.52=3.1KA4kA。C点已不在变电所出线开关速断保护范围之内，不会引起变电所开关误跳闸。 同理，D、E点短路也不会引起变电所开关误跳闸，但是如忽略支线阻抗，D、E点的短路电流与C点短路时相等，在用户开关2跳闸的同时，如果分段开关1继电保护满足要求、选择了柱上真空断路器，则分支线路开关2难免也会发生无选择性的误跳闸。为避免发生这种问题，分支开关2也不宜用来切断短路电流，以选择负荷开关为宜。 G点短路，短路电流Igd=5.5/（0.34+0.3656.4100/ 10.52）=2.24kA，当然不在变电所出线开关的速断保护范围内，如果也不在分短开关1的速断保护范围内而只在分段开关2的保护范围内，则只有分段开关2跳闸。 H、I点短路，如忽略支线阻抗，短路电流与G点短路电流相等，I点短路，在用户开关3跳闸的同时，分段开关2、分支线路开关3难免也会发生无选择性的误跳闸。为避免发生这种问题，分支开关2也不宜用来切断短路电流，以选择负荷开关为宜。 值得指出的是，1回10kV线路上用以切断短路的分段开关必须满足继电保护的选择性、可靠性要求，不能滥用。否则，继电保护必然难以合理配合，造成无选择性跳闸事故。 5 实际运行情况分析 经过多年电网改造，城区内电网线路的绝缘化水平进一步提高，10kV电网线路抵御自然灾害的能力增强。10kV电网线路容量增大较快，主线路的10kV分段柱上开关主要选用真空断路器，这种真空断路器是采用过流脱扣开关，开关都装有躲过合闸涌流的装。如2013年7月13日，因132城关线路改造，132城关线路部分负荷倒向129仓颉线路操作时，当合上129仓颉线路2号开关时，造成129仓颉线路1号开关过流跳闸，给运行、维护人员造成线路有故障的假象，降低供电可靠性。二是过流脱扣开关会无选择性的误跳闸，往往会跳到离10kV配网线路变电站出口近的开关上。如2013年7月12日18时左右因雷雨天气变电站129仓颉、128城关出线开关跳闸，重合闸成功，129仓颉、128城关线路1号开关也同时都跳闸，只恢复对全线路一号开关前线路供电，而129仓颉、128城关线路1号开关线路以后不能及时恢复供电，降低了供电可靠性。三是10kV线路是永久性故障时，若在变电站开关保护范围内，这种开关来不及动作，变电站10kV出线开关保护优先动作跳闸，因为变电站10kV出线开关保护电流I段时限一般为0s，且其继电保护的反应速度、灵敏性、可靠性均高于柱上真空断路器。如2012年12月25日至2013年元月7日，132城关线路因线路交跨距离不够，造成相间短路放电故障，故障点在变电站零时限保护范围内，安装在65#杆上的线路开关来不及动作，造成110千伏杜康变电站132城关开关多次越级跳闸。 6 结束语 综上所述，国外类似的真空开关，大部分是负荷开关，我们应当从中获得收益，对柱上真空开关的发展方向，必须要有清醒的认识，应该把柱上开关的研制重点，转到负荷开关。为了提高用户对供电的可靠性及供电质量提出了更高的要求，在技术和设备上进行革新改造，在线路分断时，不能盲目选用柱上断路器。用于主线路的分段开关和分支开关，一般也应选用负荷开关。如果线路长，中间必须加分段断路器，应该经过继电保护管理部门的认真计算，整定值要满足继电保