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          智能开关在10kV配电网自动化中的应用                    摘要：随着配电网自动化系统建设的不断推进，智能开关设备得到了广泛应用，因此本文介绍了智能开关的内涵、类型，并结合柱上智能开关在10kV架空馈线自动化系统中的应用分析了其特点和效果关键词：智能开关；10kV；配电网自动化配电网位于电力系统的末端，直接面向用电客户，运行可靠性对用户的用电体验具有显著影响而且随着配电网规模持续的扩大，分布式电源的引入，配电网结构愈趋复杂和脆弱，使得基层供电企业生产经营压力不断增加在这种情势下，加快配电网自动化建设成为必然之选，因为提高配电网自动化能提高电网自适应与自愈能力，实现高效集约管理，保证电网安全及供电可靠性[1]配电网自动化对开关设备要求较高，智能开关是实现配电网智能化、自动化的重要基础[2]因此，本文对智能开关在10kV配电网自动化中的应用进行探讨1配网自动化系统中的智能开关1.1智能开关概念与类型智能开关是在传统开关设备基础上，实现智能感知并获取信息、智能处理信息、对信息智能判断、智能操作的开关设备配电网应用开关设备的环节包括架空线路、电缆线路和配电房/开关站，所以本文将智能开关类型分为柱上智能开关、智能环网柜、智能箱变和智能开关柜。

图1显示智能开关在配电网自动化系统的位置关系图中FTU（FeederTerminalUnit）是馈线自动化终端，一般具有遥测、遥信、遥控“三遥”功能TTU（TransformerTerminalUnit）是配电变压器终端，通常只有采集配变负荷信息的“一遥”功能DTU（DistributionTerminalUnit）是配电自动化终端，也具有“三遥”功能DTU与FTU结构较相似，但因FTU用于户外，防护等级必须达到IP65，而有较好防护条件的DTU只需满足IP54就行了（当然防护条件较差的DTU也要达到IP65）；1个FTU监控1个开关，而1个DTU可同时监控2个或更多个开关；FTU具采集信息、保护逻辑和遥控等功能，而DTU通常无保护逻辑，需与主站双向通信才能实现故障定位和隔离故障1.2柱上智能开关配电网架空线路一般有断路器、隔离开关、负荷开关、分段开关、重合器、熔断器等开关设备，对应的柱上智能开关设备有智能断路器、智能负荷开关、智能重合器等[3]智能断路器由开关本体、电子互感器、智能化保护单元和不间断电源组成，并根据使用场合分为干线型、分支型、分段型、分界型等不同种类，可实现过载时限保护、短路速断保护、短路定时保护、重合闸后加速保护等功能[4]。

智能负荷开关由开关本体、电子互感器、控制单元等组成，根据使用场合分为主干线负荷分段型、分支线分界型和分支线用户分界型，可切断负荷电流和零序电流，用于自动隔离故障区域智能用户分界开关安装于线路责任分界点处，可自动切除用户侧单相接地故障，不会将故障扩大到上一级线路，一般配备三相电流互感器和零序电流互感器，若配备无线通信模块，可定位故障位置智能重合器主要用于配电所出线开关与自动配电开关/分段开关配合自动隔离故障和自动恢复供电，能检测故障电流并在设定时限内切断故障电流，开断功能类似断路器，但其可实现多次自动重合功能，保护功能比断路器更宽1.3智能环网柜与智能箱变在城市10kV电缆线路中，一般要求每隔200～500m设置一个环网柜，配电自动化对智能环网柜有更高要求智能环网柜是将中压开关单元、二次系统模块、操作电源、监测设备深度整合，并主要用于电缆环网系统的智能开关设备，其核心设备包括断路器、负荷开关、隔离开关、重合器和二次智能终端控制单元，以及电压互感器、电流互感器等，可实现“三遥”功能，并可自动监测和控制柜内温、湿度，通信方式可采用光纤通信和4G无线通信[5]智能箱变是由高压柜、低压柜、变压器柜、无功补偿柜等组成，并通过智能终端设备、过程设备和管理站实现功能，在高压柜内设有断路器、负荷开关等智能开关设备，辅助电源可采用太阳能发电系统，能实现“四遥”功能[6]。

1.4智能开关柜在配电房/开关站内设有开关柜，配电网自动化同样要求开关柜智能化与传统开关柜相比，智能开关柜结构紧凑、功能集成化、维护方便，而且采用更先进的“五防”功能主要由一次开关设备、二次监控保护设备、先进传感设备等组成，可实时监控柜内环境（温湿度、压力）状态、断路器状态、绝缘状态，实现操纵机构自动化和“五遥”功能[7]2智能开关在10kV配电网自动化系统中的应用下面以智能开关在10kV架空馈线自动化的应用为例分析2.1线路正常状态图2为10kV馈线自动化设备接线图该线路采用了时间级差保护配合模式由图可见，线路以W1为界分为两段，每段都有一条支路C1为具有时限保护和二次重合功能的断路器，整定参数为过流保护0.3s，零序电流保护1sW1同样为具有时限保护和二次重合功能的智能断路器，整定参数为过流保护0.15s，零序电流保护0.6s，第1次重合闸时间为5s，第2次重合闸时间为60sF1、F2为主干线分段负荷开关，检测一侧有压将在延时5s后合闸，若合闸后无故障电流，将在3s后闭锁分闸S1为支线分界断路器，功能及参数整定同W1U1为电压型分支线分界负荷开关，检测一侧有压，将在延时5s后合闸Y1～F3为分支线用户分界负荷开关。

L1为联络开关开关旁有智能分布式FTU，以实现“三遥”功能2.2K1处发生故障假如K1处发生永久故障，S1延时0.15s跳闸，由于C1存在更长延迟时间差，所以不动作其后Y1、Y2因失压而自动分闸S1在5s后重合闸，Y1、Y2检测有压，延时5s后合闸Y1侧无故障电流，故在3s后闭锁分闸因为是永久故障，S1再次跳闸，Y2分闸并闭锁分闸，但Y1保持合闸60s后S1第二次重合闸，但Y2已隔离故障，Y1后面恢复供电图3为隔离故障后的状态2.3K2处发生故障如果故障发生在K2处，S1两次重合闸后仍检测到故障，不再重合闸，故障区域被成功隔离图4是故障隔离后的状态2.4K3处发生故障如果故障发生在K3处，C1将跳闸，重合闸2次将故障隔离但F2后面并未发生故障，要恢复该段供电，可合上联络开关L1转供电由于W1闭锁合闸，不会向故障区域供电图5为故障隔离后的状态2.5K4处发生故障如果故障发生在K4处，情况与K1处有些类似，但这里采用了两级分界负荷开关，可在日后扩展负荷（T接）图6为故障隔离后的状态2.6小结在上述事例中，将线路保护与变电站保护结合起来，发挥几个作用，即减少了变电站出线跳闸次数，提高了变电站出线开关重合闸成功率，减少了靠近电源侧开关动作次数，自动隔离了分支侧单相接地故障，可以灵活采用多种通信方式等。

对于变电站保护与线路保护时间级差分析如下：出线过流保护与线路过流保护时间差为0.3s-0.15s=0.15s，零序电流保护时间差为1s-0.6s=0.4s由于时间继电器误差不超过±30ms，断路器分闸时间不超过60ms，可以计算时间裕度为：对相间故障为150-30-30-60=30ms，对接地故障为400-30-30-60=280ms，完全可以满足时间级差保护的配合要求3结语智能开关设备具有智能感知、判断、执行功能，可智能监测开关状态和评估寿命，并对电网和环境友好，具有广阔的应用前景和巨大的社会经济效益潜力，因此有必要加强研究和积极交流，让智能开关设备在配电网自动化建设过程中发挥更大、更有效的作用参考文献：[1]张必熙，罗希.地区配电网自动化系统的规划和建设[J].安徽电力，2014,31(1)：61-67.[2]骆虎，刘宇.配电智能开关设备的集成设计研究[J].中国电业（技术版），2014(6)：57-60.[3]李艳龙.基于柱上智能开关的架空馈线自动化故障处理的研究[J].电气应用，2015,34(5)：104-107，113.[4]王喜乐.电力系统一种户外智能开关研究与设计[D].郑州：郑州大学，2016.[5]李镇鸿.10kV一体化智能环网柜的研究与设计[D].广州：华南理工大学，2015.[6]魏敏.10kV智能箱式变电站的设计与研究[D].泉州：华侨大学，2013.[7]郭云涛.智能开关柜在变电站工程设计中的应用[J].电气自动化，2016,38(6)：47-50.  -全文完-。