分析10kV配电网开关设备配置

0前言

电力是国民经济发展的基础能源，是经济现代化，提高人民物质生活水平的重要基础。同时随着城乡一体化改革和建设的不断深化，10 kV 配电网的建设也得以迅速发展。传统10 kV 的配网主要是采取树状结构的形式，主要特点是线路较长、分支线多，同时与配电变压器的连接多，结构简单，可靠性较差。但是随着科学技术的不断发展，先进的配电开关设备技术逐渐得以应用，它能够对配电网络进行自动化的改造，例如能够合理地选用和重合器、配网柜、熔路器、分段器、隔离开关等等开关设备，用以推进配电网的自动化进程，提高供电的可靠性和智能化。所以，怎样因地制宜的合理配置户外的开关设备，对于建设和改造10 kV 配电网格外重要[1]。

1配电网

配电网主要是由架空线路、电缆、杆塔、配电变压器、隔离开关、无功补偿电容以及一些附属设施等组成的。在电力网中起分配电能作用的网络就叫做配电网。主要是指35 kV及其以下电压等级的电网，作用是给城市里各个配电站及各类用电负荷供给电源。

2 10 kV配电网的规划

2.1站点规划。

站点规划主要包括对线路的供电半径、供电范围的划分、开关站与配电变压器的选址等。要做好这些工作就必须要与城市的发展规划紧密联系, 不但要以经济发展规划与城市用地规划来进行负荷预测及负荷分布预测、划分出各个高压变电站的供电区域、确定10 kV 出线的开关站的规模、供电范围与配变容量, 同时, 还要与城市的建设规划相互配合, 确定出10 kV 的线路走廊、开关站以及配电变压器的位置。

2.2网架规划。

在城市配电网的规划建设中, 城市中心区域内的电缆主干线采取环网供电, 实现开环运行方式的“二减一”接线。也即不同变电站间10 kV 出线经联络开关联接起来, 断开运行, 能够在事故和检修时,灵活的合上联络开关, 从而保证用户持续供电, 在正常情况下每回馈电线的最高负荷，应当控制在电缆安全载流量的50% 以下。一旦不能实现2个变电站的10 kV 线路的“二减一”接线时, 至少要同一变电站的来自不同母线段的10 kV 线路实现“二减一”接线。而在后续的规划建设中, 可以通过增加10 kV 的馈线, 从而逐步形成“三减一”的环网结构, 进而满足负荷增长与供电可靠性的要求(见下图1)。

3 10 kV配电网的开关设备

3.1配电网的开关设备类型。

中国的10 kV 配电网络的开关设备大多数是以产气式与压气式开关、少油开关以及真空开关为主。产气式与压气式这两种类型的空气负荷开关，因为体积较大以及运行的可靠性较低，而无法成为市场的主流，只能是一种过渡性产品;少油开关的缺陷较为明显，不但运行成本和故障率高、对环境的污染也极为严重，现在已经禁止使用;真空开关其优点是性能较为理想，东莞正在进行电网改革的新增柱上，大多都采用这种真空开关。而配电网的接线方式主要有多分段多联络、单环网、双放射网、双环网等(见图2至图6)。

图6 三分段三联络接线方式(架空线路)

3.2开关设备配置的基本原则。

a) 由于架空线路频繁产生瞬时性的故障，因此所有的故障均应该获得瞬时性故障的处理机会;分闸后的闭锁现象不可能发生在瞬时性的故障中，只会发生在永久性的故障中;尽可能的减小因为分闸后的闭锁现象必须去切断的线路区间;

b) 要注意在简明线路结构的系统图上，标明出重要的负荷(比如政府、学校、机关单位和工厂)，和线路故障时电流的极值，以及最大负荷电流，零序阻抗，线路的正序等等;

c) 影响开关设备的配置的因素有很多，其主要包括环境因素、结构类型、允许的停电时间和频数以及经济能力等。因而要选择正确的开关设备参数，在确保供电能够可靠运行的前提下，应该将配置网络的总费用降到最低。所以在配网中应该适当的增加对开关控制设备的投资，并对供电运行的可靠性进一步提升，减少各种不必要的损耗，降低停电而造成的经济损失，进而减少网络的总费用，促进配置网络效益的提高，在实际运用中，可靠性较高。

4 10 kV配电网开关设备的配置方案

10 kV 配电网的开关设备的配置的问题应该从多方面来考虑，包括安全性能、操作可靠性、电气性能以及性价比等。断路器的特点是能够对短路点进行及时有效处理，并切断故障和短路电流，而且断路器的电气性能参数高于负荷开关。跌落式熔断器能够用在线路末端，从而在10 kV 配电线路与配电变压器的一侧广泛应用，用作保护以及进行设备的投、切操作。建

议不单独安装使用隔离开关，使其和断路器配合进行使用，这样能够使停电与检修时保证和带电部分有明显的断口，有利于问题本质的发现，从而及时处理。

因为操作过程的次数较少，一般线路的分段与联络开关，可以不用开断短路故障电流，只需切合负荷电流就可以。而进行故障电流的切除时需要变电站的出现开关来实现，一般会考虑使用负荷开关。而在分支线的开关设备的基本设置中，主要有这些原则：分支线出现故障时，如主杆线的正常工作不受影响，最佳选择是减少主杆线的停电时间[2]。

5开关设备的选择

选择开关设备的主要依据是：所选的设备是否满足了配电网的安全性与可靠性的要求;配置的开关是否满足了用户对供电连续性和电网容量的基本要求。配电网的运行是否具有经济性与灵活性。

架空线路的研究主要是，电源侧断路器安装自动重合闸的装置，提供了自动重合闸性能，对排除线路的瞬时性故障，以及当线路发生永久性故障时断路器与线路其它开关设备配合切开故障段，从而保障非故障阶段的供电。重合器与分段器都能够用于线路首端的主干线，同时对于一些线路长、用户多的分支线也可以在这里使用。假如不希望主干线短时停电，或者出现分支线瞬时性的故障率较高时，一般优先适用重合器。而当重合器和熔断器出现配合困难时，或者主干线上的后备开关设备能够检测的最低故障电流能够伸展到分段器的保护区域的末端时，一般会优先适用分段器。

6配电自动化开关设备的设想

配电自动化技术是服务于城乡配电网改造建设的重要技术，配电自动化包括馈线自动化和配电管理系统，而通信技术是配电自动化的关键。

要实现配电自动化，主要环节还是要馈线自动化的实现，而馈线自动化是整个配电自动化的核心部分，所以要实现配电自动化就应该把实现馈线自动化作为突破口，首要工作是实现分段开关以及联络开关的智能化。在配电自动化中分段与联络开关的型号选择原则主要有：a) 从成本的节约与控制工程造价的角度出发来选取正确的负荷开关(见图7);b) 从网络运行要求稳定性的角度出发，选用的开关一定要能够防止凝露现象而且免维护;c) 安装拥有重合作用的电动操作部件在网络中;d) 装载起电流互感器以及电压传感器等等。

图7 多电源多回路供电系统

要实现配电的自动化同时还应当做好网架的规划工作，而从现今10 kV 的配电网现状看，重合器和分段器的组合新模式更加有助于配电自动化的发展建设与改造。而在这个模式当中，