浅谈配电网暂态分界开关应用

揭一鸣 田凤字 孟庆红

分界开关安装于10kV架空配电线路的责任分界点处，具有自动切除开关负荷侧单相接地故障和自动隔离开关负荷侧相间短路故障功能。而其控制器称为分界开关控制器。

一、 选择课题

1.课题分析

为了提高配网供电可靠性，尽可能的减小停电范围，现在普遍的做法是在架空线路责任分界点处（或附近）装设一台分界负荷开关（FFK），经判断确认用户内部发生单相接地故障时，发出警告信息，60S后分界负荷开关自动掉闸，将故障隔离，确保对非故障用户正常供电。

目前枣庄公司所辖10kV线路接入的变电站共计84座（其中接地方式经消弧线圈接地的变电站30座、不接地变电站54座）、配网共计分界开关保护控制器共计5570套、分界开关保护控制器共有6个生产厂家、分界开关保护控制器型号共计7款，全部具备通信联网功能和事件记录功能。现阶段分界开关采用的是基于工频零序过流的分界技术。此项技术的缺点一是工频零序过电流受消弧线圈补偿电流的影响，容易拒动；二是发生间歇性接地故障时幅值计算出错，出现误动。

2.提出课题

在消弧线圈接地系统中，由于分界开关保护整定原理上的缺陷，导致当用户侧发生单相接地故障时，用户分界开关容易发生拒动；系统侧发生单相接地故障时，用户分界开关容易发生误动。分界开关的不正确动作容易导致扩大停电范围，降低供电可靠性。同时，负荷型的分界开关无法断开相间短路故障电流，造成站内开关跳闸。

（1）结合线路运行实际，记录消弧线圈接地系统中单相接地故障时每台分界开关动作情况，进一步分析故障电流与保护定值的关系，重新进行分界开关的保护定值整定，提高动作正确率。

（2）改变分界开关控制器的保护定值整定原理，消除单相接地故障时分界开关误动拒动现象。

（3）改变分界开关控制器的保护定值整定原理，消除单相接地故障时分界开关误动拒动现象，同時，提升分界开关装置性能，具有断开负荷侧相间故障功能，即研制具有基于暂态量和断路器功能的分界开关装置。

3.课题选择

小组成员经过讨论后认为，各项指标满足五个基本条件，确定本次活动的课题是：配电网暂态分界开关研制。

二、 设定目标

1. 研制要求

对单相接地故障较为有效，消除单相接地故障时分界开关误动、拒动现象，同时，提升分界开关装置性能，具有断开负荷侧相间故障短路电流功能，从而提高供电可靠性。

2. 量化目标

（1）使用新装置后，分界开关单相接地故障误动、拒动率降低为5.0%以下。

（2）开断负荷侧相间故障动作正确率100%。

3. 目标的可行性分析

（1）部门领导重视，给予大力支持。山东省调在枣庄公司开展配电网暂态分界开关及二次重合闸科技项目试点。科技项目负责小组在技术条件和资金预算方面的支持为课题开展奠定了坚实的基础。

（2）良好的理论和技能基础。小组成员中高级工程师5人，工程师4人，大专及以上学历的成员占到了100%，其中6人还接受过关于配网自动化分界开关相关方面的技术大讲堂培训。

（3）具有良好的研制平台。小组成立至今研制出多种实际应用效果良好的装置或系统，获得专利10余项，当下更有“电网卫士”创新工作室作为依托。

（4）与厂家良好的业务联系和合作关系。小组与珠海许继电气有限公司、山东科汇电气股份有限公司等电气厂家具有良好的业务联系和合作关系，两家单位在开关或控制器研制方面技术都很成熟。

综合所述，本次活动在技术、管理和经验方面均已充分的考虑，目标是可以实现的。

三、 提出方案并确定最佳方案

小组成员查阅了国内外大量的相关专业技术资料，结合现场实际及多年经验，集思广益，运用“头脑风暴法”和亲和图对配电网暂态分界开关的组成特性进行了归纳整理

1. 方案的第I级分解

由亲和图可以看出，新研制的装置主要由断路器单元结构、控制器单元结构和通讯单元三部分组成。针对方案I级分解，小组研究了其各功能组合方式，得出配电网暂态分界开关的整体结构

2. 方案的第Ⅱ级分解

根据装置整体结构图，进一步得到方案的Ⅱ级分解，小组逐一展开分析，每一个方案都提出相应的备选方案，并进行了详细的对比选择及相应评估。

2.1信号传输方式选择

通讯单元负责分界开关与主站的信息交互。当分界开关负荷侧发生单相接地故障和相间接地故障时，保护信号动作于跳闸，当电源侧发生故障时，无信号发出。

信号传输方式设计待选方案：方案一：有线设计。采用光纤等实现通信互联。方案二：无线设计。通过GPRS传输信号。

2.2断路器型号选择

2.3电源大小的选择

断路器的操作电源取至PT，国标为24V，但枣庄地区是2013年底完成的配网改造，全部采用的48V/220V的操作电源，为了后期设备研制出来便于对比测试和现场改造的的实际考虑，选定48V操作电源。

2.4保护定值整定策略的选择

3. 最佳方案的确定

四、 按对策表实施

对策实施一：无线传输装置

2017年3月2日，由小组成员揭一鸣对无线信号传输装置移动4G SIM卡进行了购买，联系珠海许继厂家对SIM卡的信号率进行了为期一个月的跟踪测试。

结论：经过测试，移动4G SIM卡的信号平均日在线率能够达到99%以上，满足目标要求。

对策实施二：断路器型号选择

2017年4月5日，由小组成员韩松与珠海许继厂家进行了联系，购买了一台10kV看门狗分界断路器，型号为：FZW28-12/630-20，并进行了试验。结论：经过试验，该台断路器可以实现在动作信号下可靠动作率100%的要求。

对策实施三：工作电源

2017年5月5日，小组成员朱其涛购买选定的20kV全绝缘、全屏蔽PT，一次侧取自220V电源，二次转化为48V，给断路器提供操作电源。结论：安装后进行测试，可靠性100%。

对策实施四：新型分界开关控制器的研制

1.2017年5月10日，由小组成员朱思萌联系山东科汇电气股份有限公司联合开发新型分界开关控制器PZK-560F，装置具有体积小、结构紧凑、环境适应能力强的特点.

2.2017年6月1日完成新型分界开关控制器制作.

对策实施五：配电网暂态分界开关的现场安装与调试工作

1.2017年6月10日，小组汇报调控中心领导，联合运检部、薛城客服分中心、变电运维室、配电运检室、山东科汇电气股份有限公司、山东电科院和珠海许继电气有限公司，进行现场安装与测试。

2.10kV小电流接地系统单相接地故障检测试验.

主要验证内容：用户界内单相接地故障时，用户分界开关控制器装置应可靠动作并上报接地故障。用户界外单相接地故障时，用户分界开关控制器装置应可靠不动作。

单相接地试验类型包括：金属性接地、经500欧姆过渡电阻接地、经1000欧姆过渡电阻接地、经放电球隙接地（模拟弧光接地）、经水、草接地（模拟弧光接地）六种形式，每种形式各进行三次试验。从表中可以看出，新研制的分界开关单相接地故障误动、拒动率为0.0%，满足设定目标5.0%以下的要求。

五、 效果检查

2017年6月，为检验所研制配电网暂态分界开关的使用效果，小组又将研制出的装置分别应用于东郊站、北辛站和山亭站各一条线路共七个分界开关，跟踪至8月10日，效果如下：通过跟踪记录，使用暂态分界开关后，单相接地故障时开关误动拒动率为0.0%，相间故障正确动作率为100%，均实现了预期目标！

六、 标准化

2017年7月20日，小组将研制的配电网暂态分界开关的相关资料进行了整理，制定了《FZW28-12/630-20-PZK-560F暂态分界开关用户手册》和《枣庄配电网暂态量控制器保护整定及调度运行说明书》