柱上開關(guān)電器的分類與應(yīng)用探討
隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展、用電量不斷增加的同時，客戶對供電的可靠性及供電質(zhì)量提出了更高的要求；10kV柱上開關(guān)電器在配網(wǎng)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。但是由于我國各地區(qū)發(fā)展極不平衡，配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)與布局日趨復(fù)雜，各種技術(shù)水平的開關(guān)設(shè)備有著不同的應(yīng)用。
1 10kV柱上開關(guān)電器的分類
按滅弧介質(zhì)區(qū)分，經(jīng)歷了壓縮空氣、磁吹、產(chǎn)氣材料、油、SF6、真空幾個代表性的階段。
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，開斷故障電流時存在爆炸危險。在經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，已逐漸淘汰油斷路器。
SF6斷路器和真空斷路器是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的產(chǎn)品，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。其開斷電流在16kA及以上，開斷短路電流次數(shù)多達30次，可10～20年免維護。同時已具有加裝電動操作和控制器實現(xiàn)智能化和"三遙"功能。
2 10kV柱上開關(guān)電器在線路上的應(yīng)用
(1) 斷路器。出現(xiàn)故障電流后按照整定電流和時間跳閘，一般配備電磁感應(yīng)線圈和脫扣聯(lián)動機構(gòu)，既能開斷，又能關(guān)合短路電流的斷路器，開斷故障電流能力較高，作為保護線路用。但因配網(wǎng)斷路器保護配合時間短，經(jīng)常存在越級跳閘的弊端。
(2) 重合器。有電流型重合器和電壓型重合器兩種。反應(yīng)故障電流跳閘后能重合的，稱電流型重合器，這種重合器既做保護跳閘用，又能實現(xiàn)一至三次重合閘。將故障段從最后一段開始逐一淘汰，直到判別到故障段，因需多次重合故障電流，對電網(wǎng)沖擊較大，同時分段越多，需重合的次數(shù)越多，時間越長，故分段一般不宜超過3段。適用于分支線和輻射型線路。
另一種重合器在線路失壓跳閘，來電后延時后重合閘，稱為電壓型重合器。變電所內(nèi)出線斷路器需兩次重合配合完成故障隔離與恢復(fù)供電，其中第一次重合為判別故障段，依據(jù)各分段點開關(guān)合閘的數(shù)量確定故障段并將故障段兩側(cè)開關(guān)閉鎖隔離故障，第二次重合為恢復(fù)非故障段的供電，整路饋線僅重合一次故障電流，完成故障隔離與恢復(fù)供電時間較長。因過流速斷保護需靠變電所饋線斷路器完成而不適用于長線路，隨著系統(tǒng)容量的增大，此矛盾已逐步消除。適用于輻射型或環(huán)網(wǎng)型的短線路，實現(xiàn)初級自動化。
(3) 分段器。能記錄故障電流脈沖次數(shù)，在無電壓無電流時當(dāng)故障電流次數(shù)達到預(yù)設(shè)值就自動分閘閉鎖，構(gòu)成電流脈沖計數(shù)型分段器。分段器大多與重合器配合使用，自動完成預(yù)期的分合及閉鎖操作，具有檢測與控制操動能力。
(4) 負(fù)荷開關(guān)。該開關(guān)僅在無電壓無電流時才能斷開，但可以關(guān)合故障電流，開斷額定負(fù)荷電流，其主要作為線路的分段。因造價低在集中式的配電自動化中采用。
根據(jù)手動運行、電動運行、自動運行、智能運行模式等不同的運行與控制方式，可以實現(xiàn)就地控制、分布控制、集中控制方式"三遙"功能的饋線自動化。
3 10kV柱上斷路器在饋線自動化中的應(yīng)用
饋線自動化即自動實現(xiàn)故障區(qū)段的定位、故障的隔離、非故障區(qū)段的供電恢復(fù)。要實現(xiàn)自動化，柱上斷路器必需具備電動操作，電流、電壓檢測。一般的說，饋線自動化包括架空饋線自動化和電纜饋線自動化，架空饋線自動化又有以下幾種運行模式：
模式一，就地控制方式。重合器、分段器，依據(jù)電流、電壓、故障電流次數(shù)等按照預(yù)設(shè)的條件實現(xiàn)故障隔離和恢復(fù)供電。
模式二，分布智能控制方式。FTU監(jiān)控終端+斷路器(重合器)，在一定區(qū)域內(nèi)的斷路器實現(xiàn)故障隔離和恢復(fù)供電，但需建設(shè)該區(qū)域內(nèi)斷路器之間的通道。
模式三，集中遠方控制方式。配調(diào)中心站+FTU監(jiān)控終端+負(fù)荷開關(guān)，由控制中心(分中心)判斷故障、隔離故障、恢復(fù)供電，但需建設(shè)通信通道和控制中心(分中心)，投資較高。
(1) 模式一的特點是不需要通訊手段，利用重合器的重合及動作時限配合來實現(xiàn)故障自動隔離、自動恢復(fù)供電。其缺點是若分段越多，隔離故障、轉(zhuǎn)移負(fù)荷時間越長。這種模式自動化程度較低，適用于饋線自動化的初級階段。電流型重合器還會出現(xiàn)頻繁跳閘、重合現(xiàn)象，對線路用電設(shè)備沖擊較大，恢復(fù)供電時間較長。
(2) 模式二要求柱上斷路器具有電動操作機構(gòu)，F(xiàn)TU監(jiān)控終端將檢測到的電流、電壓信號，斷路器狀態(tài)信號進行比較處理，通過點對點通信，F(xiàn)TU把故障后斷路器狀態(tài)及記錄信息傳送到臨近斷路器的FTU，識別出故障區(qū)段并自動隔離，然后對非故障區(qū)段自動恢復(fù)供電；其特點是增加了斷路器間通訊，技術(shù)較為先進，是配網(wǎng)自動化的過渡階段。
(3) 模式三是分布式的集中智能控制，將FTU監(jiān)控終端檢測的信息通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送至配調(diào)控制中心(分中心)，進行全面的計算機管理；在饋線發(fā)生故障后，由控制中心(分中心)自動判別后遙控斷路器隔離故障區(qū)段、恢復(fù)非故障區(qū)段供電。該模式是一種技術(shù)上更為先進的饋線自動化，是配電自動化的最高級階段。
(4) 柱上斷路器在配網(wǎng)中的應(yīng)用原則：
①使用條件。所有故障都應(yīng)獲得作為瞬時故障處理的機會，避開涌流的影響，分閘后閉鎖應(yīng)僅發(fā)生于永久性故障的情況，因分閘后閉鎖而切除的線路區(qū)段應(yīng)盡可能少。
?、诟鶕?jù)負(fù)荷大小和線路長短經(jīng)濟合理地安排和選擇分段點及開關(guān)設(shè)備。農(nóng)村長線路和分支線一般采用電流型重合器+分段器以提高供電可靠性，環(huán)網(wǎng)供電網(wǎng)絡(luò)可采用電壓型重合器，具備通信的饋線可采用負(fù)荷開關(guān)。
?、鄹鶕?jù)安裝地點選定額定電流，開斷和關(guān)合短路電流能力，動、熱穩(wěn)定電流。短路容量一般應(yīng)選擇16kA以上，才能適應(yīng)電網(wǎng)容量不斷提高的要求。
④正確整定其保護配合，如跳閘電流、重合次數(shù)、分段器的次數(shù)預(yù)設(shè)、延時時間特性等。
?、蓦娏餍椭睾掀髋c重合器的配合應(yīng)充分利用其快、慢的"雙時"時間特性曲線，位于電源側(cè)的重合器應(yīng)至少1次的快速操作，其后的重合器有相同或更多的快速動作。而電壓型重合器的延時時間整定應(yīng)一級比一級延長T(一般設(shè)置7s)時間，環(huán)網(wǎng)供電中環(huán)網(wǎng)點的時間應(yīng)大于每側(cè)延時時間之和。
?、拗睾掀髋c分段器的配合，故障電流次數(shù)整定應(yīng)一級比一級少。
上斷路器已完成無油化的過渡，今后將不斷向小型化、造價低、安全可靠、技術(shù)先進的方向發(fā)展，具備長期少維護免維護和配電自動化功能。目前的技術(shù)水平，使用SF6封閉的柱上真空斷路器具有免維護、防凝露、防機構(gòu)銹蝕的優(yōu)點，極大地提高了產(chǎn)品的可靠性，因其優(yōu)越性將成為配網(wǎng)斷路器的首選，適用于手動、電動、自動、智能所有場所。使用SF6封閉式真空滅弧的電壓型重合器對電網(wǎng)實行逐步改造時，在斷路器本體不動的情況下，通過控制設(shè)備的升級，實現(xiàn)由就地方式、分布控制、集中控制的配電自動化升級與過渡。
1 10kV柱上開關(guān)電器的分類
按滅弧介質(zhì)區(qū)分，經(jīng)歷了壓縮空氣、磁吹、產(chǎn)氣材料、油、SF6、真空幾個代表性的階段。
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，開斷故障電流時存在爆炸危險。在經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，已逐漸淘汰油斷路器。
SF6斷路器和真空斷路器是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的產(chǎn)品，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。其開斷電流在16kA及以上，開斷短路電流次數(shù)多達30次，可10～20年免維護。同時已具有加裝電動操作和控制器實現(xiàn)智能化和"三遙"功能。
2 10kV柱上開關(guān)電器在線路上的應(yīng)用
(1) 斷路器。出現(xiàn)故障電流后按照整定電流和時間跳閘，一般配備電磁感應(yīng)線圈和脫扣聯(lián)動機構(gòu)，既能開斷，又能關(guān)合短路電流的斷路器，開斷故障電流能力較高，作為保護線路用。但因配網(wǎng)斷路器保護配合時間短，經(jīng)常存在越級跳閘的弊端。
(2) 重合器。有電流型重合器和電壓型重合器兩種。反應(yīng)故障電流跳閘后能重合的，稱電流型重合器，這種重合器既做保護跳閘用，又能實現(xiàn)一至三次重合閘。將故障段從最后一段開始逐一淘汰，直到判別到故障段，因需多次重合故障電流，對電網(wǎng)沖擊較大，同時分段越多，需重合的次數(shù)越多，時間越長，故分段一般不宜超過3段。適用于分支線和輻射型線路。
另一種重合器在線路失壓跳閘，來電后延時后重合閘，稱為電壓型重合器。變電所內(nèi)出線斷路器需兩次重合配合完成故障隔離與恢復(fù)供電，其中第一次重合為判別故障段，依據(jù)各分段點開關(guān)合閘的數(shù)量確定故障段并將故障段兩側(cè)開關(guān)閉鎖隔離故障，第二次重合為恢復(fù)非故障段的供電，整路饋線僅重合一次故障電流，完成故障隔離與恢復(fù)供電時間較長。因過流速斷保護需靠變電所饋線斷路器完成而不適用于長線路，隨著系統(tǒng)容量的增大，此矛盾已逐步消除。適用于輻射型或環(huán)網(wǎng)型的短線路，實現(xiàn)初級自動化。
(3) 分段器。能記錄故障電流脈沖次數(shù)，在無電壓無電流時當(dāng)故障電流次數(shù)達到預(yù)設(shè)值就自動分閘閉鎖，構(gòu)成電流脈沖計數(shù)型分段器。分段器大多與重合器配合使用，自動完成預(yù)期的分合及閉鎖操作，具有檢測與控制操動能力。
(4) 負(fù)荷開關(guān)。該開關(guān)僅在無電壓無電流時才能斷開，但可以關(guān)合故障電流，開斷額定負(fù)荷電流，其主要作為線路的分段。因造價低在集中式的配電自動化中采用。
根據(jù)手動運行、電動運行、自動運行、智能運行模式等不同的運行與控制方式，可以實現(xiàn)就地控制、分布控制、集中控制方式"三遙"功能的饋線自動化。
3 10kV柱上斷路器在饋線自動化中的應(yīng)用
饋線自動化即自動實現(xiàn)故障區(qū)段的定位、故障的隔離、非故障區(qū)段的供電恢復(fù)。要實現(xiàn)自動化，柱上斷路器必需具備電動操作，電流、電壓檢測。一般的說，饋線自動化包括架空饋線自動化和電纜饋線自動化，架空饋線自動化又有以下幾種運行模式：
模式一，就地控制方式。重合器、分段器，依據(jù)電流、電壓、故障電流次數(shù)等按照預(yù)設(shè)的條件實現(xiàn)故障隔離和恢復(fù)供電。
模式二，分布智能控制方式。FTU監(jiān)控終端+斷路器(重合器)，在一定區(qū)域內(nèi)的斷路器實現(xiàn)故障隔離和恢復(fù)供電，但需建設(shè)該區(qū)域內(nèi)斷路器之間的通道。
模式三，集中遠方控制方式。配調(diào)中心站+FTU監(jiān)控終端+負(fù)荷開關(guān)，由控制中心(分中心)判斷故障、隔離故障、恢復(fù)供電，但需建設(shè)通信通道和控制中心(分中心)，投資較高。
(1) 模式一的特點是不需要通訊手段，利用重合器的重合及動作時限配合來實現(xiàn)故障自動隔離、自動恢復(fù)供電。其缺點是若分段越多，隔離故障、轉(zhuǎn)移負(fù)荷時間越長。這種模式自動化程度較低，適用于饋線自動化的初級階段。電流型重合器還會出現(xiàn)頻繁跳閘、重合現(xiàn)象，對線路用電設(shè)備沖擊較大，恢復(fù)供電時間較長。
(2) 模式二要求柱上斷路器具有電動操作機構(gòu)，F(xiàn)TU監(jiān)控終端將檢測到的電流、電壓信號，斷路器狀態(tài)信號進行比較處理，通過點對點通信，F(xiàn)TU把故障后斷路器狀態(tài)及記錄信息傳送到臨近斷路器的FTU，識別出故障區(qū)段并自動隔離，然后對非故障區(qū)段自動恢復(fù)供電；其特點是增加了斷路器間通訊，技術(shù)較為先進，是配網(wǎng)自動化的過渡階段。
(3) 模式三是分布式的集中智能控制，將FTU監(jiān)控終端檢測的信息通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送至配調(diào)控制中心(分中心)，進行全面的計算機管理；在饋線發(fā)生故障后，由控制中心(分中心)自動判別后遙控斷路器隔離故障區(qū)段、恢復(fù)非故障區(qū)段供電。該模式是一種技術(shù)上更為先進的饋線自動化，是配電自動化的最高級階段。
(4) 柱上斷路器在配網(wǎng)中的應(yīng)用原則：
①使用條件。所有故障都應(yīng)獲得作為瞬時故障處理的機會，避開涌流的影響，分閘后閉鎖應(yīng)僅發(fā)生于永久性故障的情況，因分閘后閉鎖而切除的線路區(qū)段應(yīng)盡可能少。
?、诟鶕?jù)負(fù)荷大小和線路長短經(jīng)濟合理地安排和選擇分段點及開關(guān)設(shè)備。農(nóng)村長線路和分支線一般采用電流型重合器+分段器以提高供電可靠性，環(huán)網(wǎng)供電網(wǎng)絡(luò)可采用電壓型重合器，具備通信的饋線可采用負(fù)荷開關(guān)。
?、鄹鶕?jù)安裝地點選定額定電流，開斷和關(guān)合短路電流能力，動、熱穩(wěn)定電流。短路容量一般應(yīng)選擇16kA以上，才能適應(yīng)電網(wǎng)容量不斷提高的要求。
④正確整定其保護配合，如跳閘電流、重合次數(shù)、分段器的次數(shù)預(yù)設(shè)、延時時間特性等。
?、蓦娏餍椭睾掀髋c重合器的配合應(yīng)充分利用其快、慢的"雙時"時間特性曲線，位于電源側(cè)的重合器應(yīng)至少1次的快速操作，其后的重合器有相同或更多的快速動作。而電壓型重合器的延時時間整定應(yīng)一級比一級延長T(一般設(shè)置7s)時間，環(huán)網(wǎng)供電中環(huán)網(wǎng)點的時間應(yīng)大于每側(cè)延時時間之和。
?、拗睾掀髋c分段器的配合，故障電流次數(shù)整定應(yīng)一級比一級少。
上斷路器已完成無油化的過渡，今后將不斷向小型化、造價低、安全可靠、技術(shù)先進的方向發(fā)展，具備長期少維護免維護和配電自動化功能。目前的技術(shù)水平，使用SF6封閉的柱上真空斷路器具有免維護、防凝露、防機構(gòu)銹蝕的優(yōu)點，極大地提高了產(chǎn)品的可靠性，因其優(yōu)越性將成為配網(wǎng)斷路器的首選，適用于手動、電動、自動、智能所有場所。使用SF6封閉式真空滅弧的電壓型重合器對電網(wǎng)實行逐步改造時，在斷路器本體不動的情況下，通過控制設(shè)備的升級，實現(xiàn)由就地方式、分布控制、集中控制的配電自動化升級與過渡。
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