柱上真空開關(guān)的使用

1、柱上真空開關(guān)的使用和制造若干問題分析改革開放以來，我國電力事業(yè)迅速發(fā)展，發(fā)電裝機容量越來越大，因 此，電網(wǎng)， 包括 10kV 電網(wǎng)的故障短路電流也越來越大。我國幅員遼闊， 10kV 配電網(wǎng)除少數(shù)大城市電纜化水平比較高以外， 大部分地區(qū)， 特別是廣 大農(nóng)村，以架空線路為主的狀況還無法改變。但是在 10kV 配電網(wǎng)中原來 廣為使用的柱上油開關(guān)，因其最大開斷短路電流太小，維護工作量又大， 且油開關(guān)萬一漏油，將對農(nóng)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(wǎng)中繼續(xù)使用。 10kV 柱上 真空開關(guān)具有開斷電流大、基本上免維護等優(yōu)點，從而迅速替代了 10kV

2、 柱上油開關(guān)。從目前各廠家推出的產(chǎn)品來看， 10kV 柱上真空斷路器，可以 有效地切斷故障電流。由此，使部分人產(chǎn)生了認識上的誤區(qū)，以為使用柱 上真空斷路器一定比使用柱上負荷開關(guān)安全。實際上，在一條 10kV 配電 線路中，柱上開關(guān)較多，這些開關(guān)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(guān)無選擇性跳閘的紊亂狀況。 下面試結(jié)合圖 1 加以分析：81伽p.'h-11 r|11JL<j Ll J CZJK FILVnn Iu Jr工l-l工1EiurLJ f x二1Ir1字翳注-:-費和肖O円HKGFzKLFD l：GYH 貯科圖1 一條10kV線路

3、的一部分接線示意圖一、關(guān)于開關(guān)越級跳閘如圖1所示為一條10kV架空線路的一部分。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(guān)3臺分支線路 開關(guān)和3臺用戶開關(guān)。變電所10kV線路開關(guān)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55 55%為限進行整定。為簡單計，假設(shè)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(shù)和電流繼電器的返回系數(shù)來整定， 一

4、般整定值等于電流互感器的額定電流11.5倍，現(xiàn)假設(shè)為lgzd=500A。假設(shè)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=5.5/16=0.34。如在A處發(fā)生短路故障，短路阻抗標幺值 Z*a 0.34+ ( 0.365 X2 ) X 100/10.5 2=0.34+0.66=1.00 ,短路電流為 ldA=5.5/1.00=5.5kA > lszd=4 kA。如果分支開關(guān) KGFZ1選用斷路器，這樣 就可能發(fā)生以下情況：如果變電所開關(guān)的固有分閘時間小于用戶開關(guān)KGFZ1 的固有分閘時間， 則變電所開關(guān)跳閘而分支開關(guān) 1 不動作，明顯屬 越級跳閘。如果

5、兩者靈敏度相近，兩臺開關(guān)均跳閘，也造成了越級跳閘事 故。B 點發(fā)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(guān)、分支開關(guān) 1 和用戶開關(guān) 1 三臺 開關(guān)亂跳閘。以上情況，若從運行環(huán)境、投資、安裝條件等諸多因素綜合考慮，變 電所內(nèi)的開關(guān)固有動作時間相對較小，其繼電保護的反應(yīng)速度、靈敏性、 可靠性均可能高于柱上真空斷路器，發(fā)生變電所內(nèi)開關(guān)跳閘而柱上開關(guān)拒 動的幾率為高。發(fā)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(guān)瞬時速斷保護范圍內(nèi)，不管其余斷路器的保護如何，變電 所內(nèi)開關(guān)應(yīng)該瞬時跳閘。其他斷路器保護動作時間如果也為零，就會

6、出現(xiàn) 上述誤跳閘情況， 如果動作時限較變電所開關(guān)為大， 那就沒有跳閘的機會， 也就失去了作為斷路器的意義， 僅僅起到負荷開關(guān)的作用。C 點短路，短路電流為 lcd=5.5/ (0.34+0.365 M.3 X100/10.5 2=3.1KAv 4kA。C點已不在變電所出線開關(guān)速斷保護范圍之內(nèi)，不會引起變電所 開關(guān)誤跳閘。同理， D、E 點短路也不會引起變電所開關(guān)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(guān)2跳閘的同時， 如果分段開關(guān) 1 繼電保護滿足要求、選擇了柱上真空斷路器，則分支線路 開關(guān) 2 難免也會發(fā)生無選擇性的誤跳閘。為避免發(fā)生這種問題，分支開關(guān)2也

7、不宜用來切斷短路電流，以選擇負荷開關(guān)為宜。G 點短路，短路電流 lgd=5.5/(0.34+0.365 >6.1 X100/10.5 2)=2.33 kA,當然不在變電所出線開關(guān)的速斷保護范圍內(nèi)，如果也不在分短開關(guān)1的速斷保護范圍內(nèi)而只在分段開關(guān)2的保護范圍內(nèi)，則只有分段開關(guān) 2跳閘。H、丨點短路，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(guān)3跳閘的同時，分段開關(guān)2、分支線路開關(guān)3難免也會 發(fā)生無選擇性的誤跳閘。為避免發(fā)生這種問題，分支開關(guān) 2也不宜用來切 斷短路電流，以選擇負荷開關(guān)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(guān)必須滿足繼 電保護的選

8、擇性、可靠性要求，不能濫用。否則，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(guān)零時限速 斷保護范圍內(nèi)的柱上真空開關(guān)線路柱上真空開關(guān)，應(yīng)當選用負荷開關(guān)，不 應(yīng)選用切斷故障短路電流的斷路器，否則，將會發(fā)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(guān)和分支開關(guān)，一般也應(yīng)選用負荷開 關(guān)。如果線路長，中間必須加分段斷路器，應(yīng)該經(jīng)過繼電保護管理部門的 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(guān)，大 部分是負荷開關(guān)，作為開關(guān)制造廠家，我們應(yīng)當從中獲得教益，對柱上真 空開關(guān)的發(fā)展方向，必須要有清醒的認識，應(yīng)該把柱上開關(guān)的研制

9、重點，用戶對柱上真空開關(guān)的運行經(jīng)驗不足，對柱上真空開關(guān)使用不當可能引發(fā) 無選擇性開關(guān)誤動作的危害還沒有加以總結(jié)，可能還以為，使用有著切斷 故障電流能力的柱上真空斷路器總比負荷開關(guān)安全。我們溫州地區(qū)，經(jīng)濟 發(fā)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(xiàn)在，溫州地區(qū)已經(jīng)不盲目使用柱上斷路器，該使用負荷開關(guān)的，就 選用負荷開關(guān)，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(qū)不會隨著運行經(jīng)驗的積累，終究會明白，大部分柱上真空開關(guān) 應(yīng)該選用負荷開關(guān)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(guān)的成本相差不是太多，還是使用真空斷路器安全

10、。這是一種認 識上的誤區(qū)，根本還沒有認識到到，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 可靠性。二、柱上真空開關(guān)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 點的基礎(chǔ)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 ），若配變?nèi)萘?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(cè)短路折合到 10kV 側(cè)的短路電流， 遠小于其 10kV 側(cè)短路

11、 時的短路電流。但只有變壓器 10kV 側(cè)斷路器的保護定值合適，該斷路器 才可以作為變壓器低壓側(cè)短路時的后備保護開關(guān)。 淡然，發(fā)生變壓器 10kV 側(cè)短路，只要 10kV 短路點在上級開關(guān)的瞬時速斷保護范圍內(nèi)，還可能會 發(fā)生誤跳閘，只是發(fā)生配變 10kV 側(cè)短路的幾率很小。配變 10kV 側(cè)額定電流不大， 100kVA 的配變 10kV 側(cè)額定電流才 5.77A ；1000kVA 的配變， 10kV 側(cè)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

12、容量相匹配。配變在合閘瞬間，發(fā)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(yīng)有一定的時限，最好具有反 時限特性。 目前，我公司生產(chǎn)的柱上真空開關(guān)的保護整定值，可能偏大， 而時限特性又不是很好。三、柱上真空開關(guān)的最大開斷電流和操作機構(gòu)運行可靠性問題同樣的真空泡，配合不同的操作機構(gòu)制造的開關(guān)，最大開斷電流就不 同。在操作機構(gòu)外型、動作原理確定之后，開關(guān)的額定最大開斷電流與操 作機構(gòu)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， 則操作機構(gòu)的儲能彈簧受力也愈大。操作機構(gòu)儲能彈簧受力愈大，愈容易 發(fā)生因疲勞而變形，操作機構(gòu)出現(xiàn)故障的幾率也就愈高。如果適當降低額 定最

13、大開斷電流，也就可以比較容易提高操作機構(gòu)的質(zhì)量與可靠性。如果 操作機構(gòu)不可靠，發(fā)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(guān)受制于重量和外型尺寸，操作機構(gòu)運行的可靠性和開 關(guān)的分斷能力之間的矛盾就顯得猶為突出。要求分斷能力越高，操作機構(gòu) 的運行可靠性相對來說就可能降低。從前一段時間的調(diào)查來看，用戶反映 本公司產(chǎn)品質(zhì)量的主要問題是操作機構(gòu)手動分閘或手動合閘失敗。開關(guān)的 操作機構(gòu)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(gòu) 的性能可靠， 這是保證實現(xiàn)其他性能的基礎(chǔ)， 也是實現(xiàn)配網(wǎng)自動化的基礎(chǔ)， 開關(guān)

14、的操作機構(gòu)不可靠，配網(wǎng)自動化也就無從談起。所以，必須十分重視 操作機構(gòu)的質(zhì)量。柱上真空開關(guān)在戶外使用，環(huán)境條件惡劣，所以要特別 重視開關(guān)本體的防雨、防凝露、防雷擊、防化學腐蝕能力，提高其在各種 惡劣條件下的運行可靠性。必須十分重視操作機構(gòu)的抗腐蝕能力，開關(guān)銹 蝕，直觀效果不良，影響很壞。如果在海島或沿海地域使用，更要提高整 體的抗鹽霧腐蝕性能。上面已經(jīng)分析到，離變電所較近的架空線路上，柱上真空開關(guān)應(yīng)該作 為負荷開關(guān)運行，不能用來切斷短路電流，否則極易發(fā)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(guān)根本沒有必要把開斷電流達到 1620KA這一指標放在首位

15、。這樣做, 是以犧牲操作機構(gòu)的可靠性為代價，換取實際上根本沒有實用意義的高分 斷能力，得不償失。假設(shè)架空架設(shè)的導線為YJV 10/185，變電所10kV母線短路電流為16kA，則離變電所0.5公里處10kV架空線路上三相短路 電流為 5.5/ (5.5/16+0.365 >0.5 X100/10.52) =11kA。更何況，前面已經(jīng)分 析到，在變電所 10kA 出線速斷保護范圍內(nèi)的柱上真空開關(guān)只能作為負荷 開關(guān)使用，使用柱上真空開關(guān)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(gòu)已經(jīng)很可靠，分斷能力又高，那當然 更好。如果之間存在互相制約的矛盾，二者相權(quán)取其重，應(yīng)當將提高操作 機構(gòu)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(guān)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，可以從總體上提高柱上真空開關(guān)的質(zhì)量。當然， 用戶也應(yīng)明白其中的道理， 柱上真空開關(guān)制造行業(yè)更應(yīng)對此應(yīng)當形成共識， 不要片面追求高分斷能力而忽略操作機構(gòu)的運行可靠性。根據(jù)目前柱上真 空開關(guān)的總體構(gòu)造和國內(nèi)制造操作機構(gòu)的金屬材料性能和熱處理工藝水 平，需要全面權(quán)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。