摘 要：本文介绍了一种10kV电缆网分支线路接地保护智能开关柜的工作原理及特点，该智能开关柜可以自动切除用户分支线路的单相接地故障和自动隔离用户分支线路的相间短路故障，避免分支线路故障造成的波及主干线路的大面积停电事故。

　　关键词：电缆网;分支线路接地保护智能开关柜;单相接地故障

　　0 引言

　　随着中国经济的快速发展，中国决大多数大中城市的城区电网都实现了供电线路的入地，电缆网在大中城市配电网中所占的比例也越来越高，并且随着用户数量的不断增加，电缆供电网中分支线路所占比重越来越大，其发生故障的几率也大大增加，因分支线路或其内部故障造成波及主干线路的停电事故在配电网事故总数中所占比例呈快速上升趋势，据调查，北京的这类波及事故约占配电网事故总数的20%～30%，在中国某些城市甚至高达70%以上。

　　由分支线路或设备引起的波及事故问题，大多数供电公司的做法是在故障(特别是单相接地故障)发生时，靠人工巡查的方式定位故障点，这往往需要花费很长时间，尤其是在电缆网中，由于供电线路都深埋地下，故障点的查找比架空网更加困难，每查找一次故障往往需要几个小时甚至十几个小时的时间。那么如果在线路T接责任分界处设置故障检测点，进行故障诊断，并就地控制开关设备切除或隔离所发生的故障，则将可能有效解决上述波及停电的问题。

　　1 设计方案

　　装于架空网分支线分接点的分支线路智能开关设备在北京架空线配电网中已经大量应用，并积累了丰富的运行经验。目前，随着城区配电网中电缆网所占比重越来越高，为了解决电缆网中的分支线路或其内部故障造成的波及停电事故，北京电力公司与珠海许继电气有限公司合作研制了一种适用于电缆网分支线路T接点处故障监控的“10kV电缆网分支线路接地保护智能开关柜”产品，。该产品的设计方案如下：

分界开关柜本体 内置线路电流互感器 内置零序电流互感器 微机信号采样 电压互感器

　　图1 设计方案

　　2分支线路接地保护智能开关柜的保护动作原理

　　10kV配网的中性点接地方式可分为：不接地，经消弧线圈接地和经低电阻接地三种方式，后者主要使用在以电缆供电为主的大城市中。

　　10kV配网的故障分为相间短路和单相接地短路。在不同的中性点接地方式下，单相接地时的短路电流大小和继电保护的动作行为是不同的。在中性点不接地或经消弧线圈接地方式下，变电站出线开关的零序保护不作用于掉闸;在中性点经低电阻接地的方式下，零序保护作用于掉闸。本文所介绍的分支线路接地保护智能开关柜对于三种接地方式的配网系统均适用。

　　2.1 单相接地故障时的动作原理

　　当分支线路接地保护智能开关柜的测控保护单元检测到零序电流值超出控制器设定值时，判断确认分支线路界内发生单相接地故障，若系统中性点为不接地或经消弧线圈接地方式时，可直接将该智能开关柜跳开;若中性点经低电阻接地时，将智能开关柜的测控保护单元的零序保护延时整定为“0”s，使智能开关柜先于变电站出线断路器跳开，从而达到自动切除分支线路区内单相接地故障的目的，其余线路不受影响。

　　2.2 相间短路故障时的的动作原理

　　变电站出线断路器设置一次重合闸，当分支线路界内发生相间短路故障，智能开关柜的测控保护单元过流保护动作并记忆，在变电站出线断路器因过流保护动作，智能开关柜的测控保护单元检测到“无压无流”后，智能开关柜跳开，此时应注意智能开关柜测控保护单元的过流保护延时整定值应比变电站出线断路器重合闸延时时间小一个级差，这样就可以保证在变电站出线断路器启动重合闸之前，用户分界负荷开关柜已经可靠分闸，避免了带故障重合对供电线路造成二次冲击。从而达到自动隔离相间短路故障的目的。

　　2.3 用户分界负荷开关柜的动作逻辑

　　用户分界负荷开关柜的动作逻辑见下表 故障性质故障点 保护处理 单相接地故障 中性点不接地系统分支线路界内

　　中性点经消弧线圈接地分支线路界内 经延时判定为永久性接地后跳闸 中性点不接地系统分支线路界外

　　中性点经消弧线圈接地分支线路界外 不动作 中性点经低电阻接地分支线路界内 先于变电站保护动作跳闸 中性点经低电阻接地分支线路界外 不动作 相间短路故障 分支线路界内 电源侧断路器跳闸后智能开关柜分闸 分支线路界外 不动作 3 分支线路接地保护智能开关柜的特点

　　(1) 开关柜为金属封闭式结构、真空灭弧，内部采用SF6气体绝缘。采用国外先进成熟的开关内置隔离刀闸技术和动作可靠、分闸快速的操作机构;操作机构按开关柜动作逻辑和保护特性改进设计,固有分闸时间小于35ms。

　　(2) 开关柜隔离开关与负荷开关为联动。

　　(3) 开关柜内置三相零序一体式电流互感器，能实现自动切除用户侧电缆单相接地故障和自动隔离用户侧电缆相间短路故障的功能。

　　(4) 兼顾零序电流低值段和高值段的零序采样：控制器采用双零序CT互补采样方案，使一次电流在20mA～100A范围内采样整体误差不超出5%，适应于包括中性点经消弧线圈接地的电缆配电网系统。

　　(5) 控制器采用瞬态和稳态零序电流和相电流相结合的高速解析算法，解决了消弧线圈接地系统电缆配电网单相接地故障快速、准确定位的技术问题。

　　(6) 控制器内置储能电容取代蓄电池，实现在线路交流失电后电动分闸操作。

　　(7) 开关柜本体实现了小型化、无油化、配套灵活性及免维护性。

　　4 结论

　　本文所述的电缆网分支线路接地保护智能开关柜，通过理论分析和实践验证，达到如下的成效：

　　1. 在不需要通信及监测信息汇总的前提下，可实现电缆网分支线路及其设备的故障的快速定位及隔离，解决电缆网因分支故障所引起的配电网波及停电问题，具有易推广性。

　　2. 测控方法简便，避免了复杂的信号分析和电路运算，容易实现产品化。

　　3. 由于测控点设置在分支线路的T接点处，该设备的应用条件仅受限于分支线路的长度，而不受限于配电网的中性点接地方式及变电站继电保护的类型，实际应用有良好的适应性。

　　4. 本文所述的电缆网分支线路接地保护智能开关柜得到了电网实际运行的验证。

　　5. 该分支线路接地保护智能开关柜可广泛适用于城乡10kV电缆网分支线路T接处开关设备的新装与改造。该产品是提高配网自动化水平的关键设备，填补了国内该项技术的空白。

　　参考文献

　　[1]杨绍军.基于智能开关设备的配电网线路自动化技术[J].电力设备，2007，8(12)：6-9

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