摘 要：結(jié)合在10 kV配網(wǎng)自動(dòng)化改造中對(duì)開(kāi)關(guān)設(shè)備配置的經(jīng)驗(yàn),分析了通過(guò)合理配置開(kāi)關(guān)設(shè)備來(lái)提高供電可靠性的意義,可供參考。

關(guān)鍵詞：10 kV配電網(wǎng);開(kāi)關(guān)設(shè)備;配置

0前言

電力是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)能源，是經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化，提高人民物質(zhì)生活水平的重要基礎(chǔ)。同時(shí)隨著城鄉(xiāng)一體化改革和建設(shè)的不斷深化，10 kV 配電網(wǎng)的建設(shè)也得以迅速發(fā)展。傳統(tǒng)10 kV 的配網(wǎng)主要是采取樹(shù)狀結(jié)構(gòu)的形式，主要特點(diǎn)是線路較長(zhǎng)、分支線多，同時(shí)與配電變壓器的連接多，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性較差。但是隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，先進(jìn)的配電開(kāi)關(guān)設(shè)備技術(shù)逐漸得以應(yīng)用，它能夠?qū)ε潆娋W(wǎng)絡(luò)進(jìn)行自動(dòng)化的改造，例如能夠合理地選用和重合器、配網(wǎng)柜、熔路器、分段器、隔離開(kāi)關(guān)等等開(kāi)關(guān)設(shè)備，用以推進(jìn)配電網(wǎng)的自動(dòng)化進(jìn)程，提高供電的可靠性和智能化。所以，怎樣因地制宜的合理配置戶(hù)外的開(kāi)關(guān)設(shè)備，對(duì)于建設(shè)和改造10 kV 配電網(wǎng)格外重要[1]。

1配電網(wǎng)

配電網(wǎng)主要是由架空線路、電纜、桿塔、配電變壓器、隔離開(kāi)關(guān)、無(wú)功補(bǔ)償電容以及一些附屬設(shè)施等組成的。在電力網(wǎng)中起分配電能作用的網(wǎng)絡(luò)就叫做配電網(wǎng)。主要是指35 kV及其以下電壓等級(jí)的電網(wǎng)，作用是給城市里各個(gè)配電站及各類(lèi)用電負(fù)荷供給電源。

2 10 kV配電網(wǎng)的規(guī)劃

2.1站點(diǎn)規(guī)劃。

站點(diǎn)規(guī)劃主要包括對(duì)線路的供電半徑、供電范圍的劃分、開(kāi)關(guān)站與配電變壓器的選址等。要做好這些工作就必須要與城市的發(fā)展規(guī)劃緊密聯(lián)系, 不但要以經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃與城市用地規(guī)劃來(lái)進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)及負(fù)荷分布預(yù)測(cè)、劃分出各個(gè)高壓變電站的供電區(qū)域、確定10 kV 出線的開(kāi)關(guān)站的規(guī)模、供電范圍與配變?nèi)萘? 同時(shí), 還要與城市的建設(shè)規(guī)劃相互配合, 確定出10 kV 的線路走廊、開(kāi)關(guān)站以及配電變壓器的位置。

2.2網(wǎng)架規(guī)劃。

在城市配電網(wǎng)的規(guī)劃建設(shè)中, 城市中心區(qū)域內(nèi)的電纜主干線采取環(huán)網(wǎng)供電, 實(shí)現(xiàn)開(kāi)環(huán)運(yùn)行方式的“二減一”接線。也即不同變電站間10 kV 出線經(jīng)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)聯(lián)接起來(lái), 斷開(kāi)運(yùn)行, 能夠在事故和檢修時(shí),靈活的合上聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān), 從而保證用戶(hù)持續(xù)供電, 在正常情況下每回饋電線的最高負(fù)荷，應(yīng)當(dāng)控制在電纜安全載流量的50% 以下。一旦不能實(shí)現(xiàn)2個(gè)變電站的10 kV 線路的“二減一”接線時(shí), 至少要同一變電站的來(lái)自不同母線段的10 kV 線路實(shí)現(xiàn)“二減一”接線。而在后續(xù)的規(guī)劃建設(shè)中, 可以通過(guò)增加10 kV 的饋線, 從而逐步形成“ 三減一”的環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu), 進(jìn)而滿足負(fù)荷增長(zhǎng)與供電可靠性的要求(見(jiàn)下圖1)。

圖1 電纜主干線網(wǎng)架規(guī)劃圖

3 10 kV配電網(wǎng)的開(kāi)關(guān)設(shè)備

3.1配電網(wǎng)的開(kāi)關(guān)設(shè)備類(lèi)型。

中國(guó)的10 kV 配電網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)關(guān)設(shè)備大多數(shù)是以產(chǎn)氣式與壓氣式開(kāi)關(guān)、少油開(kāi)關(guān)以及真空開(kāi)關(guān)為主。產(chǎn)氣式與壓氣式這兩種類(lèi)型的空氣負(fù)荷開(kāi)關(guān)，因?yàn)轶w積較大以及運(yùn)行的可靠性較低，而無(wú)法成為市場(chǎng)的主流，只能是一種過(guò)渡性產(chǎn)品;少油開(kāi)關(guān)的缺陷較為明顯，不但運(yùn)行成本和故障率高、對(duì)環(huán)境的污染也極為嚴(yán)重，現(xiàn)在已經(jīng)禁止使用;真空開(kāi)關(guān)其優(yōu)點(diǎn)是性能較為理想，東莞正在進(jìn)行電網(wǎng)改革的新增柱上，大多都采用這種真空開(kāi)關(guān)。而配電網(wǎng)的接線方式主要有多分段多聯(lián)絡(luò)、單環(huán)網(wǎng)、雙放射網(wǎng)、雙環(huán)網(wǎng)等 (見(jiàn)圖2至圖6)。

圖6 三分段三聯(lián)絡(luò)接線方式(架空線路)

3.2開(kāi)關(guān)設(shè)備配置的基本原則。

a) 由于架空線路頻繁產(chǎn)生瞬時(shí)性的故障，因此所有的故障均應(yīng)該獲得瞬時(shí)性故障的處理機(jī)會(huì);分閘后的閉鎖現(xiàn)象不可能發(fā)生在瞬時(shí)性的故障中，只會(huì)發(fā)生在永久性的故障中;盡可能的減小因?yàn)榉珠l后的閉鎖現(xiàn)象必須去切斷的線路區(qū)間;

b) 要注意在簡(jiǎn)明線路結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)圖上，標(biāo)明出重要的負(fù)荷(比如政府、學(xué)校、機(jī)關(guān)單位和工廠)，和線路故障時(shí)電流的極值，以及最大負(fù)荷電流，零序阻抗，線路的正序等等;

c) 影響開(kāi)關(guān)設(shè)備的配置的因素有很多，其主要包括環(huán)境因素、結(jié)構(gòu)類(lèi)型、允許的停電時(shí)間和頻數(shù)以及經(jīng)濟(jì)能力等。因而要選擇正確的開(kāi)關(guān)設(shè)備參數(shù)，在確保供電能夠可靠運(yùn)行的前提下，應(yīng)該將配置網(wǎng)絡(luò)的總費(fèi)用降到最低。所以在配網(wǎng)中應(yīng)該適當(dāng)?shù)脑黾訉?duì)開(kāi)關(guān)控制設(shè)備的投資，并對(duì)供電運(yùn)行的可靠性進(jìn)一步提升，減少各種不必要的損耗，降低停電而造成的經(jīng)濟(jì)損失，進(jìn)而減少網(wǎng)絡(luò)的總費(fèi)用，促進(jìn)配置網(wǎng)絡(luò)效益的提高，在實(shí)際運(yùn)用中，可靠性較高。

4 10 kV配電網(wǎng)開(kāi)關(guān)設(shè)備的配置方案

10 kV 配電網(wǎng)的開(kāi)關(guān)設(shè)備的配置的問(wèn)題應(yīng)該從多方面來(lái)考慮，包括安全性能、操作可靠性、電氣性能以及性?xún)r(jià)比等。斷路器的特點(diǎn)是能夠?qū)Χ搪伏c(diǎn)進(jìn)行及時(shí)有效處理，并切斷故障和短路電流，而且斷路器的電氣性能參數(shù)高于負(fù)荷開(kāi)關(guān)。跌落式熔斷器能夠用在線路末端，從而在10 kV 配電線路與配電變壓器的一側(cè)廣泛應(yīng)用，用作保護(hù)以及進(jìn)行設(shè)備的投、切操作。建議不單獨(dú)安裝使用隔離開(kāi)關(guān)，使其和斷路器配合進(jìn)行使用，這樣能夠使停電與檢修時(shí)保證和帶電部分有明顯的斷口，有利于問(wèn)題本質(zhì)的發(fā)現(xiàn)，從而及時(shí)處理。

因?yàn)椴僮鬟^(guò)程的次數(shù)較少，一般線路的分段與聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，可以不用開(kāi)斷短路故障電流，只需切合負(fù)荷電流就可以。而進(jìn)行故障電流的切除時(shí)需要變電站的出現(xiàn)開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)，一般會(huì)考慮使用負(fù)荷開(kāi)關(guān)。而在分支線的開(kāi)關(guān)設(shè)備的基本設(shè)置中，主要有這些原則：分支線出現(xiàn)故障時(shí)，如主桿線的正常工作不受影響，最佳選擇是減少主桿線的停電時(shí)間[2]。

5開(kāi)關(guān)設(shè)備的選擇

選擇開(kāi)關(guān)設(shè)備的主要依據(jù)是：所選的設(shè)備是否滿足了配電網(wǎng)的安全性與可靠性的要求;配置的開(kāi)關(guān)是否滿足了用戶(hù)對(duì)供電連續(xù)性和電網(wǎng)容量的基本要求。配電網(wǎng)的運(yùn)行是否具有經(jīng)濟(jì)性與靈活性。

架空線路的研究主要是，電源側(cè)斷路器安裝自動(dòng)重合閘的裝置，提供了自動(dòng)重合閘性能，對(duì)排除線路的瞬時(shí)性故障，以及當(dāng)線路發(fā)生永久性故障時(shí)斷路器與線路其它開(kāi)關(guān)設(shè)備配合切開(kāi)故障段，從而保障非故障階段的供電。重合器與分段器都能夠用于線路首端的主干線，同時(shí)對(duì)于一些線路長(zhǎng)、用戶(hù)多的分支線也可以在這里使用。假如不希望主干線短時(shí)停電，或者出現(xiàn)分支線瞬時(shí)性的故障率較高時(shí)，一般優(yōu)先適用重合器。而當(dāng)重合器和熔斷器出現(xiàn)配合困難時(shí)，或者主干線上的后備開(kāi)關(guān)設(shè)備能夠檢測(cè)的最低故障電流能夠伸展到分段器的保護(hù)區(qū)域的末端時(shí)，一般會(huì)優(yōu)先適用分段器。

6配電自動(dòng)化開(kāi)關(guān)設(shè)備的設(shè)想

配電自動(dòng)化技術(shù)是服務(wù)于城鄉(xiāng)配電網(wǎng)改造建設(shè)的重要技術(shù)，配電自動(dòng)化包括饋線自動(dòng)化和配電管理系統(tǒng)，而通信技術(shù)是配電自動(dòng)化的關(guān)鍵。

要實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化，主要環(huán)節(jié)還是要饋線自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)，而饋線自動(dòng)化是整個(gè)配電自動(dòng)化的核心部分，所以要實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化就應(yīng)該把實(shí)現(xiàn)饋線自動(dòng)化作為突破口，首要工作是實(shí)現(xiàn)分段開(kāi)關(guān)以及聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的智能化。在配電自動(dòng)化中分段與聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的型號(hào)選擇原則主要有：a) 從成本的節(jié)約與控制工程造價(jià)的角度出發(fā)來(lái)選取正確的負(fù)荷開(kāi)關(guān)(見(jiàn)圖7);b) 從網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行要求穩(wěn)定性的角度出發(fā)，選用的開(kāi)關(guān)一定要能夠防止凝露現(xiàn)象而且免維護(hù);c) 安裝擁有重合作用的電動(dòng)操作部件在網(wǎng)絡(luò)中;d) 裝載起電流互感器以及電壓傳感器等等。

圖7 多電源多回路供電系統(tǒng)

要實(shí)現(xiàn)配電的自動(dòng)化同時(shí)還應(yīng)當(dāng)做好網(wǎng)架的規(guī)劃工作，而從現(xiàn)今10 kV 的配電網(wǎng)現(xiàn)狀看，重合器和分段器的組合新模式更加有助于配電自動(dòng)化的發(fā)展建設(shè)與改造。而在這個(gè)模式當(dāng)中，重合器運(yùn)用斷路器的基本方式，有利于發(fā)生故障時(shí)能夠在較短內(nèi)進(jìn)行多次自動(dòng)重合，進(jìn)而恢復(fù)供電。如果系統(tǒng)不是偶然性的故障，而發(fā)生的是永久性的故障時(shí)，那么此時(shí)重合器將會(huì)發(fā)揮出另一種功能，按照預(yù)先制定的操作程序和指令，在分閘的位置按順序先后閉鎖，并對(duì)故障處和未傷及的主系統(tǒng)進(jìn)行隔離。分段器主要是選用智能化負(fù)荷開(kāi)關(guān)，主要和電源一側(cè)的前級(jí)開(kāi)關(guān)相互關(guān)聯(lián)，在無(wú)電流及無(wú)電壓時(shí)，能發(fā)揮出分段器的自動(dòng)分閘的功能。而一般情況，系統(tǒng)如果發(fā)生了永久性故障，系統(tǒng)的電源一側(cè)開(kāi)始進(jìn)行工作，并對(duì)重合器的分閘操作的次數(shù)進(jìn)行仔細(xì)記錄，如果發(fā)現(xiàn)重合器進(jìn)行的分閘操作次數(shù)已經(jīng)達(dá)到系統(tǒng)預(yù)定次數(shù)后，系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)經(jīng)過(guò)分段器將分閘位置關(guān)閉，從而把故障線路區(qū)段隔離，恢復(fù)重合器對(duì)無(wú)故障部分的線路供電。而通過(guò)前面的設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)能夠在最大程度上限制停電的范圍，保證電力系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定[3]。

當(dāng)前，在東莞的配電網(wǎng)中其主要還是以環(huán)行網(wǎng)與輻射形網(wǎng)為主，而現(xiàn)在主要以輻射形的供電網(wǎng)進(jìn)行說(shuō)明開(kāi)關(guān)設(shè)備的基本配置。

7結(jié)語(yǔ)：

合理規(guī)劃10 kv配電網(wǎng)開(kāi)關(guān)設(shè)備的配置，進(jìn)行合理布局，充分發(fā)揮各種開(kāi)關(guān)設(shè)備的功能與特點(diǎn)，從而促使東莞電網(wǎng)獲得最大的效益。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張君英.淺談10kV配電網(wǎng)開(kāi)關(guān)設(shè)備配置[J].科技創(chuàng)業(yè)家,2011(6):167.

[2] 拱 蕊.如何合理優(yōu)化10kV配網(wǎng)開(kāi)關(guān)設(shè)備配置[J].湖南農(nóng)機(jī)：學(xué)術(shù)版,2011(5):99-100.

[3] 林石文.淺析城市10kV配網(wǎng)架空設(shè)備改造[J].城市建設(shè),2010(18):359-360.

原標(biāo)題:分析10kV配電網(wǎng)開(kāi)關(guān)設(shè)備配置