1、柱上真空開關的使用和制造假設干問題分析改革開放以來,我國電力事業迅速開展,發電裝機容量越來越大,因此,電網, 包括10kV電網的故障短路電流也越來越大.我國幅員遼闊, 10kV配電網除少數大城市電纜化水平比擬高以外,大局部地區,特別是廣大農村,以架空線路為主的狀況還無法改變.但是在10kV配電網中原來廣為使用的柱上油開關,因其最大開斷短路電流太小,維護工作量又大, 且油開關萬一漏油,將對農作物造成嚴重傷害,萬一噴油,還可能造成人員傷害,故無法在短路電流越來越大的10kV電網中繼續使用.10kV柱上 真空開關具有開斷電流大、根本上免維護等優點,從而迅速替代了10kV柱上油開關.從目前各廠家推出的

2、產品來看,10kV柱上真空斷路器,可以 有效地切斷故障電流.由此,使局部人產生了熟悉上的誤區,以為使用柱上真空斷路器一定比使用柱上負荷開關平安.實際上,在一條 10kV配電 線路中,柱上開關較多,這些開關如果都是具有保護性能的斷路器,一旦 10kV線路某一處短路,必將造成兩個以上開關無選擇性跳閘的紊亂狀況. 下面試結合圖1加以分析：MUIJTTnMT/-J ；I1 f口FlI nbo|j-H-1E工_ 匕斤： 圖1 一條10kV線路的一局部接線示意圖一、關于開關越級跳閘如圖1所示為一條10kV架空線路的一局部.主線路導線為YJV-10/185 ,為了說明問題,圖中僅標示出2臺主線路分段開關3臺

3、分支線路 開關和3臺用戶開關.變電所10kV線路開關一般有瞬時速斷保護和定時 限過電流保護.保護的整定值一般為：瞬時速斷保護的整定值,以保證母 線電壓降至額定電壓的5555%為限進行整定.為簡單計,假設電流互感 器變比為400/5 ,瞬時速斷保護的整定值為電流互感器的10倍額定電流,即Iszd=4kA.過電流保護的時限一般為 0.5秒,過電流的整定值一次電流 值按最大一次使用電流,再考慮可靠系數和電流繼電器的返回系數來整定, 一般整定值等于電流互感器的額定電流11.5倍,現假設為Igzd=500A.假設變電所10kV母線在最大運行方式下的短路電流為 16kA,其短路 阻抗標幺值Z*b=5.5/

4、16=0.34 .如在A處發生短路故障,短路阻抗標幺值 Z*a0.34+ (0.365 X2) X 100/10.5 2=0.34+0.66=1.00,短路電流為IdA=5.5/1.00=5.5kA> Iszd =4 kA.如果分支開關 KGFZ1選用斷路器,這樣就可能發生以下情況：如果變電所開關的固有分閘時間小于用戶開關 KGFZ1的固有分閘時間,那么變電所開關跳閘而分支開關1不動作,明顯屬越級跳閘.如果兩者靈敏度相近,兩臺開關均跳閘,也造成了越級跳閘事 故.B點發生短路,如果分支線路不長,其阻抗可以忽略, B點的短路電 流值近似于A點,將可能造成變電所開關、分支開關1和用戶開關1三臺

5、 開關亂跳閘.以上情況,假設從運行環境、投資、安裝條件等諸多因素綜合考慮,變 電所內的開關固有動作時間相對較小,其繼電保護的反響速度、靈敏性、 可靠性均可能高于柱上真空斷路器,發生變電所內開關跳閘而柱上開關拒動的幾率為高.發生以上誤跳閘事故,是繼電保護無選擇性而導致的.因 為在變電所開關瞬時速斷保護范圍內,不管其余斷路器的保護如何,變電 所內開關應該瞬時跳閘.其他斷路器保護動作時間如果也為零,就會出現 上述誤跳閘情況,如果動作時限較變電所開關為大, 那就沒有跳閘的時機, 也就失去了作為斷路器的意義,僅僅起到負荷開關的作用.C 點短路,短路電流為 Icd=5.5/ (0.34+0.365 X4.

6、3 X100/10.5 2=3.1KA <4kAo C點已不在變電所出線開關速斷保護范圍之內,不會引起變電所 開關誤跳閘.同理,D、E點短路也不會引起變電所開關誤跳閘,但是如忽略支線阻抗,D、E點的短路電流與C點短路時相等,在用戶開關2跳閘的同時, 如果分段開關1繼電保護滿足要求、選擇了柱上真空斷路器,那么分支線路 開關2難免也會發生無選擇性的誤跳閘.為防止發生這種問題,分支開關 2也不宜用來切斷短路電流,以選擇負荷開關為宜.G 點短路,短路電流 Igd =5.5/(0.34+0.365 X6.1 X100/10.5 2)=2.33 kA,當然不在變電所出線開關的速斷保護范圍內,如果也不

7、在分短開關 1 的速斷保護范圍內而只在分段開關 2的保護范圍內,那么只有分段開關 2跳 閘.H、I點短路,如忽略支線阻抗,短路電流與 G點短路電流相等,I點 短路,在用戶開關3跳閘的同時,分段開關2、分支線路開關3難免也會 發生無選擇性的誤跳閘.為防止發生這種問題,分支開關 2也不宜用來切 斷短路電流,以選擇負荷開關為宜.值得指出的是,1回10kV線路上用以切斷短路的分段開關必須滿足 繼電保護的選擇性、可靠性要求,不能濫用.否那么,繼電保護必然難以合 理配合,造成無選擇性跳閘事故.以上例子說明,安裝在離變電所較近處,在變電所出線開關零時限速 斷保護范圍內的柱上真空開關線路柱上真空開關,應中選用

8、負荷開關,不 應選用切斷故障短路電流的斷路器,否那么,將會發生無選擇性的越級跳閘 或亂跳閘事故.用于主線路的分段開關和分支開關,一般也應選用負荷開 關.如果線路長,中間必須加分段斷路器,應該經過繼電保護治理部門的 認真計算,整定值要滿足繼電保護選擇性要求.國外類似的真空開關,大 局部是負荷開關,作為開關制造廠家,我們應當從中獲得教益,對柱上真 空開關的開展方向,必須要有清醒的熟悉,應該把柱上開關的研制重點, 轉到負荷開關.冊,叫01M翻科霸鑲暴黝還不是很長, 用戶對柱上真空開關的運行經驗缺乏,對柱上真空開關使用不當可能引發 無選擇性開關誤動作的危害還沒有加以總結,可能還以為,使用有著切斷 故障

9、電流水平的柱上真空斷路器總比負荷開關平安.我們溫州地區,經濟 開展相對超前一點,開始時也是都使用柱上真空斷路器,走過了彎路.但 是,現在,溫州地區已經不盲目使用柱上斷路器,該使用負荷開關的,就 選用負荷開關,確實需要柱上真空斷路器的,就選用柱上真空斷路器.難 道其他地區不會隨著運行經驗的積累,終究會明白,大局部柱上真空開關 應該選用負荷開關嗎？有人以為制造 10kV柱上真空斷路器與制造10kV 柱上負荷開關的本錢相差不是太多,還是使用真空斷路器平安.這是一種 熟悉上的誤區,根本還沒有熟悉到到,如果濫用斷路器引起誤跳閘,將大 大增加供電部門處理誤跳閘事故的工作量,不但沒有好處,反而降低了供 電可

10、靠性.二、柱上真空開關作為變壓器后備保護斷路器使用必須注意的工作G點短路,其短路阻抗在F點的根底上,還要加上變壓器自身的阻抗, 這個阻抗是相當大的.10kV配變的短路阻抗百分比一般為 4%,其阻抗標幺值為配變的短路阻抗百分值除以變壓器額定容量kkVA ,假設配變容量為1000kVA ,其阻抗標幺值等于4,遠大于F點的短路阻抗標幺值.也就 是說,配變二次側短路折合到 10kV側的短路電流,遠小于其10kV側短 路時的短路電流.但只有變壓器 10kV側斷路器的保護定值適宜,該斷路 器才可以作為變壓器低壓側短路時的后備保護開關.淡然,發生變壓器 10kV側短路,只要10kV短路點在上級開關的瞬時速斷

11、保護范圍內,還可能會發生誤跳閘,只是發生配變10kV側短路的幾率很小.配變10kV側額定電流不大,100kVA的配變10kV側額定電流才 5.77A ; 1000kVA 的配變,10kV側額定電流才57.7A ,繼保整定值等于 其額定電流的1.5倍,也不過86.6A.如果整定值太大,就失去了作為后 備保護的作用.作為配變后備保護的柱上真空斷路器,保護動作電流必須 與配變容量相匹配.配變在合閘瞬間,發生的勵磁電流有可能高達配變額 定電流的57倍,為躲過勵磁電流,保護動作應有一定的時限,最好具 有反時限特性.目前,我公司生產的柱上真空開關的保護整定值,可能偏 大,而時限特性又不是很好.三、柱上真空

12、開關的最大開斷電流和操作機構運行可靠性問題同樣的真空泡,配合不同的操作機構制造的開關,最大開斷電流就不 同.在操作機構外型、動作原理確定之后,開關的額定最大開斷電流與操 作機構的可靠性之間就是一對互相制約的矛盾.要求最大開斷電流愈大, 那么操作機構的儲能彈簧受力也愈大.操作機構儲能彈簧受力愈大,愈容易 發生因疲勞而變形,操作機構出現故障的幾率也就愈高.如果適當降低額 定最大開斷電流,也就可以比擬容易提升操作機構的質量與可靠性.如果 操作機構不可靠,發生短路故障時拒動,就根本談不上最大開斷電流這一 指標.柱上真空開關受制于重量和外型尺寸,操作機構運行的可靠性和開 關的分斷水平之間的矛盾就顯得猶為

13、突出.要求分斷水平越高,操作機構 的運行可靠性相對來說就可能降低.從前一段時間的調查來看,用戶反映 本公司產品質量的主要問題是操作機構手動分閘或手動合閘失敗.開關的 操作機構動作不可靠,連手動分閘都不成功,怎么可能自動分閘？分斷能 力自然也就成了空中樓閣、海市蜃樓,我們必須從中汲取教訓.操作機構 的性能可靠,這是保證實現其他性能的根底,也是實現配網自動化的根底, 開關的操作機構不可靠,配網自動化也就無從談起.所以,必須十分重視 操作機構的質量.柱上真空開關在戶外使用,環境條件惡劣,所以要特別 重視開關本體的防雨、防凝露、防雷擊、防化學腐蝕水平,提升其在各種 惡劣條件下的運行可靠性.必須十分重視

14、操作機構的抗腐蝕水平,開關銹 蝕,直觀效果不良,影響很壞.如果在海島或沿海地域使用,更要提升整 體的抗鹽霧腐蝕性能.上面已經分析到,離變電所較近的架空線路上,柱上真空開關應該作 為負荷開關運行,不能用來切斷短路電流,否那么極易發生越級跳閘事故. 安裝在離變電所較遠的線路上,短路電流又不可能很大.所以,柱上真空 開關根本沒有必要把開斷電流到達 1620KA這一指標放在首位.這樣做, 是以犧牲操作機構的可靠性為代價,換取實際上根本沒有實用意義的高分 斷水平,得不償失.假設架空架設的導線為YJV 10/185 ,變電所10kV母線短路電流為16kA ,那么離變電所0.5公里處10kV架空線路上三相短

15、路 電流為 5.5/ (5.5/16+0.365 X0.5 X100/10.5 2) =11kA .更何況,前面已 經分析到,在變電所10kA出線速斷保護范圍內的柱上真空開關只能作為 負荷開關使用,使用柱上真空開關切斷的短路電流不會大于10kV線路速斷保護整定值,那就更小.如果操作機構已經很可靠,分斷水平又高,那當然更好.如果之間存在互相制約的矛盾,二者相權取其重,應當將提升 操作機構的可靠性指標放在更加重要的位置而適當降低最大開斷電流.一 般來說,柱上真空開關的最大開斷電流大于 12kA ,能滿足使用要求.適當 降低最大開斷電流這一指標,可以從總體上提升柱上真空開關的質量.當 然,用戶也應明白其中的道理,柱上真空開關制造行業更應對此應當形成 共識,不要片面追求高分斷水平而忽略操作機構的運行可靠性.根據目前 柱上真空開關的總體構造和國內制造操作機構的金屬材料性能和熱處理工 藝水平,需要全面權衡得失,要有保有舍,不能胡子眉毛一把抓,更不能 顧了芝麻,丟了西瓜.綜上所述,柱上真空開關安裝在離