户外交流分界断路器的改进设计

户外交流分界断路器的改进设计

李惠然

（珠海经济特区广达电器设备有限公司广东珠海519070）

摘要:户外交流分界断路器，可安装在10kV架空配电线路用户进户线的责任分界点处，也适用于符合要求的分支线路和末端线路，可把故障隔离在出现故障的分支线路或末端线路上，保证了非故障线路的正常工作，减小停电故障的范围，方便修复故障，提高配电网供电可靠性，低成本实现配网自动化功能。本文就该产品设计时应满足的性能及实现方法进行分析，着重探讨了该产品在控制方面的改进方案.

关键词:控制器;功能;设计;改进

1.提出的背景

1.1线路规划混乱、布局复杂

老的电网在建设当初，规划不统一，供电方式多种多样，因此当线路出现故障时，故障点难以查找，故障容易被扩大，也不能迅速处理故障，随着故障的扩大，造成设备的损害及停电面积的进一步加大，影响供电的可靠性。

1.2分支及用户末端线路未配置线路保护

分界断路器就是为满足电网运行安全而设计开发的一种开关设备，是将断路器和微机保护测控、以及通讯模块融为一体的装置，主要解决了配电网支线故障率升高、支线单一用户故障波及整条馈线停电等配网问题，减少了影响无故障区域的停电事故，缩小了故障停电范围，方便故障的快速修复，大大提高配电网供电可靠性，低成本实现配网自动化功能。

2.产品的组成

2.1真空灭弧，SF6外绝缘，内置与灭弧室相串联联动的隔离刀闸，刀闸先于真空管合闸，后于真空管分闸，绝缘性能高。

2.2改进型的电磁机构，可以进行电动、手动合分。

2.3内置零序和短路保护电流互感器；

2.4内置或外置电压互感器一只，提供操作电源。

2.5智能控制器与分界开关本体配套，具有检测故障和保护控制功能。

2.6整套结构为免维护设备。

2.7可配置GPRS/CDMA无线通讯模块，实施远程通讯功能。

3.设计分界断路器应考虑的主要问题

3.1分界断路器的结构及主要功能

分界断路器的结构分为两大部分：开关本体及测控单元

分界断路器应具有的主要功能就是将故障隔离在用户区域内，为此分界断路器必须能断开用户出现短路、接地等故障时所产生的故障电流，也就是当用户侧出现短路或接地故障时，分界断路器能及时分闸，防止故障电流进入电网。

3.2分界断路器的主要作用

(1).自动切除故障

用户支线发生短路或接地故障时，分界断路器自动断开，将故障隔离在用户侧，不影响主线路的正常供电。

(2).快速查找故障点

用户支线故障造成分界断路器分闸后，仅出现故障的用户停电，可以迅速找到故障点，快速修复。

(3).监控负荷变化

分界断路器可将实时监测支线回路的负荷情况，并将数据上传电力部门，电力部门可以对支线回路的负荷进行实时监测。

4.控制器的主要功能及设计方案

4.1主要功能

4.1.1电压时间模式

在该模式下，控制器又可选择为分段工作方式和联络工作方式。

在分段工作方式下，控制器将执行有压合闸、失压分闸。如果合闸到故障上，控制器将闭锁有压合闸。有压合闸、失压分闸的延时时间均可单独整定。

在联络工作方式下，控制器将监测开关两侧的电压，当一侧的电压失压后，控制器将延时整定时间后将开关合闸。该工作模式适合线路环网供电时在主环上作为分段、联络开关使用。

4.1.2电压电流模式

在该模式下，控制器将执行有压合闸、失压分闸。如果合闸到故障上，控制器将闭锁有压合闸。在失压之前发生过流，控制器将闭锁失压分闸。有压合闸、失压分闸的延时时间均可单独整定。该工作模式适合线路环网供电时在主环上作为分段开关使用，可减少故障隔离的时间。

4.1.3继电保护模式

工作在该模式下，控制器实现10kV馈线保护功能，具有瞬时速断、限时速断、过电流、过负荷、零序接地、失压保护及三相一次自动重合闸功能，每种保护功能可单独投退。当开关安装的分支线上，与上级继电保护可进行电流时间配合时，控制器可选用该种工作模式。

4.1.4看门狗模式

工作在该模式下，控制器将根据故障电流的大小及类型决定是跳闸还是闭锁，此时控制器具有瞬时速断、限时速断、过电流、过负荷、零序接地、失压保护及三相一次自动重合闸功能，每种保护功能可单独投退。对于相间保护，控制器将闭锁并记忆，对于零序接地保护，控制器将发出跳闸命令。

4.1.5主站集中模式

工作在该模式下，控制器基本作为一台测控装置使用，仍然具有瞬时速断、限时速断、过电流、过负荷、零序接地、失压保护功能，每种保护功能可单独投退。但所有保护动作后不发跳闸命令，只记录故障情况将信息上传至主站监控系统，作为主站系统判断故障区间的依据。

4.2通信接口

控制器具有1路带高速光电隔离的RS232/RS485、1路GPRS无线通信、1路10M/100M以太网（光口、电口可选）通信接口，采用IEC870-5-101/104通信协议，方便用户根据现场实际通信情况进行选择。

4.3设计方案

4.3.1控制器采用32位工业级单片机，该CPU运行速度快、数据处理能力强，资源非常丰富。采用单片解决方案，整套装置总线不出芯片，与外部设备的接口采用互感器、继电器、光电耦合器等多种隔离措施与保护措施，使装置元器件少，抗干扰能力强，运行稳定可靠。

4.3.2控制器采用高速、高精度、8通道16位同步采样AD转换器，配合10PPM低温漂、高精度的参考电压源，每周波64点的高速采样，使全量程、全工作温度范围内电流、电压通道的测量精度小于0.5％。

4.3.3控制器内部采用高精度的时钟芯片，芯片内部集成有备用电池、低温漂晶振及温度补偿电路，时钟即使在装置掉电后也能准确走时五年以上，时钟的精度由芯片厂家保证，解决了通常控制器单独运行时间不准的问题，使装置能准确记录各种故障信息。

4.3.4控制器内部带有大容量耐高温超级电容，在外部电源消失后控制器可连续运行5分钟以上，确保为开关提供一次分闸操作及故障分闸后将相关信息上传至监控系统。超级电容的使用可使控制器完全免维护，从而大大提高了智能开关的运行可靠性。

4.3.5控制器采用大屏幕汉字液晶显示器及菜单操作方式，人机接口良好，定值数据、控制字含义、故障信息均以汉字的方式进行显示，现场整定调试非常方便。

4.3.6控制器与开关的连接全部采样航空插头、屏蔽电缆进行连接，且屏蔽电缆与航空插头在工厂制作完成，确保连接可靠、现场施工方便。

5.产品改进后的特点

5.1可检测毫安级的线路零序电流及25倍额定值的相间短路电流，测控准确、动作灵敏；

5.2同一规格产品可适用于不同中性点接地运行方式的电力配电系统；

5.3工作电源（电压互感器）内置，成套设备整体免维护性高；

5.4所有部件全密封，耐候性强，抗凝露性能好；

5.5全航空插头电气连接，安装投运快捷、方便、正确、可靠；

5.6控制器内部带有大容量耐高温超级电容，在外部电源消失后控制器可连续运行5分钟以上，确保为开关提供一次分闸操作及故障分闸后将相关信息上传至监控系统。

5.7控制器具有三级看门狗，外部专用看门狗芯片、CPU内部独立硬件看门狗和多种软件看门狗，且不同看门狗之间相互进行监视，使控制器在任何情况下均不会死机。

6.结语

经过改进后的分界断路器，可安装在10kV架空配电线路用户进户线的责任分界点处，也适用于符合要求的分支线路和末端线路，可把故障隔离在出现故障的分支线路或末端线路上，保证了非故障线路的正常工作，减小停电故障的范围，方便修复故障，从而大幅度提高配电网供电可靠性，低成本实现配网自动化功能。

参考文献：

[1]毛胜.看门狗开关与故障指示器在架空配电线路故障查找中的应用（J）.中国高新技术企业.2010年11月（33）：105~106.

[2]赵胜军.分界负荷开关在10KV架空线路上的应用（J）.供用电.2007年10月（5）:47~49

[3]曾广辉.线路故障定位及隔离系统在10KV配网中的应用（J）.科技资讯.2009年9月（26）：122~123