柱上真空开关的使用

柱上真空开关的使用和制造若干问题分析

改革开放以来，我国电力事业迅速发展，发电装机容量越来越大，因 此，电网， 包括10kV 电网的故障短路电流也越来越大。我国幅员辽阔， 10kV 配电网除少数大城市电缆化水平比较高以外， 大部分地区，特别是广 大农村，以架空线路为主的状况还无法改变。但是在 10kV 配电网中原来

广为使用的柱上油开关，因其最大开断短路电流太小，维护工作量又大，

且油开关万一漏油，将对农作物造成严重伤害，万一喷油，还可能造成人 员伤害，故无法在短路电流越来越大的10kV 电网中继续使用。10kV 柱上 真空开关具有开断电流大、基本上免维护等优点，从而迅速替代了 10kV 柱上油开关。从目前各厂家推出的产品来看，10kV 柱上真空断路器，可以 有效地切断故障电流。由此，使部分人产生了认识上的误区，以为使用柱 上真空断路器一定比使用柱上负荷开关安全。实际上，在一条 10kV 配电 线路中，柱上开关较多，这些开关如果都是具有保护性能的断路器，一旦 10kV 线路某一处短路，必将造成两个以上开关无选择性跳闸的紊乱状况。 下面试结合图1加以分析：

图1 一条10kV 线路的一部分接线示意图

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一、关于开关越级跳闸

如图1 所示为一条10kV 架空线路的一部分。主线路导线为YJV—

10/185 ，为了说明问题，图中仅标示出2 台主线路分段开关3 台分支线路开关和3 台用户开关。变电所10kV 线路开关一般有瞬时速断保护和定时限过电流保护。保护的整定值一般为：瞬时速断保护的整定值，以保证母线电压降至额定电压的55 ~55%为限进行整定。为简单计，假设电流互感器变比为400/5 ，瞬时速断保护的整定值为电流互感器的10 倍额定电流，即I szd=4kA 。过电流保护的时限一般为0.5 秒，过电流的整定值一次电流值按最大一次使用电流，再考虑可靠系数和电流继电器的返回系数来整定，一般整定值等于电流互感器的额定电流

1~1.5 倍，现假设为I gzd=500A 。

假设变电所10kV 母线在最大运行方式下的短路电流为16kA ，其短路阻抗标幺值Z*B=5.5/16=0.34 。如在A 处发生短路故障，短路阻抗标幺值Z*A〜0.34+ ( 0.365 X2 ) X 100/10.5 2=0.34+0.66=1.00 ,短路电流为

l dA=5.5/1.00=5.5kA > I szd =4 kA。如果分支开关KGFZ1选用断路器，这

样就可能发生以下情况：如果变电所开关的固有分闸时间小于用户开关KGFZ1 的固有分闸时间，则变电所开关跳闸而分支开关1 不动作，明显属越级跳闸。如果两者灵敏度相近，两台开关均跳闸，也造成了越级跳闸事故。

B 点发生短路，如果分支线路不长，其阻抗可以忽略，B 点的短路电流值近似于A 点，将可能造成变电所开关、分支开关1 和用户开关1 三台开关乱跳闸。

以上情况，若从运行环境、投资、安装条件等诸多因素综合考虑，变电所内的开关固有动作时间相对较小，其继电保护的反应速度、灵敏性、可靠性均可能高于柱上真空断路器，发生变电所内开关跳闸而柱上开关拒

动的几率为高。发生以上误跳闸事故，是继电保护无选择性而导致的。因

为在变电所开关瞬时速断保护范围内，不管其余断路器的保护如何，变电所内开关应该瞬时跳闸。其他断路器保护动作时间如果也为零，就会出现上述误跳闸情况，如果动作时限较变电所开关为大，那就没有跳闸的机会，也就失去了作为断路器的意义，仅仅起到负荷开关的作用。

C 点短路，短路电流为l cd=5.5/ (0.34+0.365 X4.3 X100/10.5 2=3.1KA

v 4kA。C点已不在变电所出线开关速断保护范围之内，不会引起变电所开关误跳闸。

同理，D、E点短路也不会引起变电所开关误跳闸，但是如忽略支线阻抗，D、E点的短路电流与C点短路时相等，在用户开关2跳闸的同时，如果分段开关1 继电保护满足要求、选择了柱上真空断路器，则分支线路开关2 难免也会发生无选择性的误跳闸。为避免发生这种问题，分支开关2 也不宜用来切断短路电流，以选择负荷开关为宜。

G 点短路，短路电流I gd =5.5/(0.34+0.365 X6.1 X100/10.5 2)=2.33

kA，当然不在变电所出线开关的速断保护范围内，如果也不在分短开关1

的速断保护范围内而只在分段开关2 的保护范围内，则只有分段开关2 跳闸。

H、I 点短路，如忽略支线阻抗，短路电流与G 点短路电流相等，I 点短路，在用户开关3 跳闸的同时，分段开关2、分支线路开关3 难免也会发生无选择性的误跳闸。为避免发生这种问题，分支开关2 也不宜用来切断短路电流，以选择负荷开关为宜。

值得指出的是，1 回10kV 线路上用以切断短路的分段开关必须满足

继电保护的选择性、可靠性要求，不能滥用。否则，继电保护必然难以合理配合，造成无选择性跳闸事故。

以上例子说明，安装在离变电所较近处，在变电所出线开关零时限速断保护范围内的柱上真空开关线路柱上真空开关，应当选用负荷开关，不应选用切断故障短路电流的断路器，否则，将会发生无选择性的越级跳闸或乱跳闸事故。用于主线路的分段开关和分支开关，一般也应选用负荷开关。如果线路长，中间必须加分段断路器，应该经过继电保护管理部门的认真计算，整定值要满足继电保护选择性要求。国外类似的真空开关，大部分是负荷开关，作为开关制造厂家，我们应当从中获得教益，对柱上真空开关的发展方向，必须要有清醒的认识，应该把柱上开关的研制重点，转到负荷开关。图当然，一条柱上真线路的一部普分接线示意图间还不是很长，用户对柱上真空开关的运行经验不足，对柱上真空开关使用不当可能引发无选择性开关误动作的危害还没有加以总结，可能还以为，使用有着切断故障电流能力的柱上真空断路器总比负荷开关安全。我们温州地区，经济发展相对超前一点，开始时也是都使用柱上真空断路器，走过了弯路。但是，现在，温州地区已经不盲目使用柱上断路器，该使用负荷开关的，就选用负荷开关，确实需要柱上真空断路器的，就选用柱上真空断路器。难道其他地区不会随着运行经验的积累，终究会明白，大部分柱上真空开关应该选用负荷开关吗？有人以为制造10kV柱上真空断路器与制造10kV 柱上负荷开关的成本相差不是太多，还是使用真空断路器安全。这是一种认识上的误区，根本还没有认识到到，如果滥用断路器引起误跳闸，将大大增加供电部门处理误跳闸事故的工作量，不但没有好处，反而降低了供电可靠性。

二、柱上真空开关作为变压器后备保护断路器使用必须注意的工作

G点短路，其短路阻抗在F点的基础上，还要加上变压器自身的阻抗，这个阻抗是相当大的。10kV配变的短路阻抗百分比一般为4%，其阻抗标幺值为配变的短路阻抗百分值除以变压器额定容量（kkVA ），若配变容量为1000kVA ，其阻抗标幺值等于4，远大于F 点的短路阻抗标幺值。也就是说，配变二次侧短