冯新凯，刘远龙，刘　虎

（1.青岛大学自动化工程学院，山东　青岛　266071；2.山东电力调度控制中心，济南　250001；3.国网山东省电力公司烟台供电公司，山东　烟台　264000）

·经验交流·

10 kV混合线路重合闸投退原则探讨

冯新凯1，刘远龙2，刘虎3

（1.青岛大学自动化工程学院，山东青岛266071；2.山东电力调度控制中心，济南250001；3.国网山东省电力公司烟台供电公司，山东烟台264000）

随着城市化建设的推进，架空线路逐步被电缆线路所取代，势必会出现越来越多的电缆和架空混合线路。按各地调度规程的规定，全架空线路投自动重合闸；全电缆线路不投自动重合闸；但电缆和架空混合线路中重合闸的投退没有明确的规定。从电力系统的安全性和可靠性出发，通过分析各地混合线路重合闸投退原则的实例，综合考虑电缆的类型和敷设方式、运行时间等因素的影响，用ATP-EMTP仿真分析来计算电缆线路长度占全长线路的最佳比例，以此来确定重合闸的投退，提出一个比较合理的10kV混合线路重合闸投退原则。

混合线路；重合闸；投退原则；安全性

0　引言

对于全架空线路，由于发生瞬时性故障率高达90%，投入重合闸；对于全电缆线路，考虑到发生故障大部分为永久性故障，则退出重合闸［1-3］。而国内对于既有架空线路又有电缆线路的混合线路，重合闸的投退执行着不同的标准，如上海、广州等大城市对混合线路全投重合闸，福州、厦门等地区则根据电缆和全长线路的长度关系确定重合闸的投退［4］，混合线路中重合闸的投退没有统一原则。因此，需要制定一个合理的标准来确定混合线路中重合闸的投退。

1　10 kV线路重合闸原理

随着城市化建设的推进，为满足城市美化的需要，10 kV架空线路正逐步被取代为电缆线路，电缆线路越来越多，导致出现3种10kV线路类型：全架空线路、全电缆线路、架空和电缆混合线路［5］。

1.110 kV线路结构

10 kV线路一致性较差，线路所带用户负荷性质多种多样，可能为不同等级变电站的出线，且线路长度有长有短。10 kV线路典型结构类型有：单电源辐射结构、有备用电源的双电源辐射结构、环式结构、并联结构等，目前仍以辐射型供电为主，下面以辐射型结构为例进行讨论。

我国10 kV线路保护一般由速断保护、过电流和三相一次重合闸构成［6］。虽然保护配置简单，但鉴于10 kV混合线路越来越多和对供电可靠性要求的增高，重合闸的投退问题值得重视。

1.2动作过程分析

以单电源辐射型10 kV架空线路（投入重合闸）为例说明10 kV线路重合闸的动作情况，如图1所示。一般情况下，10 kV架空线路的用户侧不配置自动重合闸，只在10 kV出线开关上（如QF1）配置自动重合闸。

图1　单电源辐射型10 kV架空线路

故障发生在用户侧 （如图1线路L3上k1处发生故障）。不论用户侧发生的故障是瞬时性故障还是永久性故障，当故障发生在用户侧时，10 kV线路保护装置会将断路器QF3和QF1相继跳开，断路器QF1跳闸后，重合闸装置启动，经1 s延时，重合闸将断路器QF1合闸，这时除了故障线路L3外的其他线路均恢复供电，线路L3进行故障排查和检修。可知，故障发生在用户侧，不论发生哪种类型的故障，继电保护装置和重合闸装置的配合使故障线路成功被选出和甩掉，保证了除故障线路外的其他线路的供电可靠性。

故障发生在主线上 （如图1线路L1上k2发生故障）。无论发生哪种类型故障，保护跳闸后，重合闸启动，经预定延时，将跳开的断路器QF1合闸，若为瞬时性故障，因在这段延时中故障已经消失，重合成功，全线恢复供电；若故障为永久性故障，保护再次动作跳开断路器QF1，不再重合，造成全线停电。可见，故障发生在主线上，重合闸重合于永久性故障上可造成全线停电，重合于瞬时性故障能保证全线路的供电可靠性。

2　10 kV混合线路重合闸投退原则

2.1青岛供电公司混合线路重合闸投退原则

青岛供电公司规程规定10 kV全电缆线路重合闸解除，但在架空和电缆混合线路中全部投入重合闸。随着10 kV线路所带的负荷用户越来越多，对供电可靠性的要求越来越高。导致电缆发生故障的原因大致可分为：恶劣天气、外力破坏、制造质量不良、用户原因等。对青岛地区2012—2013年10 kV电缆线路跳闸原因进行统计，如表1所示。

表1　2012年—2013年10 kV电缆线路跳闸

由表1可知，两年内累计跳闸23次，其中用户侧原因造成跳闸17次，主线路上外力破坏造成跳闸4次。可见，电缆故障大部分是用户故障，若使用重合闸，可恢复除故障用户所在线路外其他正常线路的供电，保证供电可靠性。

虽然混合线路全部投入自动重合闸可保证供电可靠性，但是这适用于电缆线路长度所占混合线路的比例不大时，一旦电缆线路长度比例超过一定值，则发生永久性故障概率变大，重合成功率降低，并且，由于电缆线路和架空线路的接口处环境复杂，受温度、通风条件等的影响较大，发生永久性故障时，全线速动后，重合闸如果重合到故障不能自恢复的电缆线路上，会对故障电缆造成二次伤害，若电弧不能熄灭，甚至可能会破坏电缆绝缘，发展成火灾事故，安全性差。

2.2济宁供电公司混合线路重合闸投退原则

济宁供电公司规定全电缆线路重合闸解除，但在部分地区的架空和电缆混合线路中重合闸投入运行，部分地区的架空和电缆混合线路中重合闸退出运行。

在电缆线路（包括全电缆线路、电缆和架空混合线路）中不投重合闸，因为一直以来认为电缆上发生的故障大部分是外力造成的永久性故障，出于对早期充油电缆线路的材料、机械强度、耐热性、热稳定性等因素的综合考虑［7］，为防止重合闸再次重合于永久性故障对电缆造成更大的损伤，形成全电缆线路停用重合闸的认识，这是与当时设备技术水平低和对可靠性要求不高相符的。随着对供电可靠性要求的日益增高，并且由于具有结构简单、重量轻、耐热好、负载能力强、不熔化、耐化学腐蚀、机械强度高等优异特性的XLPE电缆［8］已逐步取代了早期的充油电缆，使得现在10 kV线路使用的电缆可以充分保证其热稳定性，绝缘程度大幅提高，所以像上海、广州这样的大城市已在电缆线路中投入重合闸来保证供电的可靠性。因此，混合线路中重合闸的投退问题不仅需要考虑是侧重供电可靠性还是侧重电网安全运行，还要考虑电缆材质、敷设方式、运行时间等因素的影响。

2.3福州地区供电公司混合线路重合闸投退原则

福州地区规定全电缆线路重合闸解除，但电缆和架空线混合线路仍可投入重合闸。当电缆占混合线路比例达59.5%及以上的，重合闸均退出运行［4］。

重合闸在10 kV混合线路上按线路长度比例投退，架空线路上大多发生的是瞬时性故障，架空线路所占的比例越大显然瞬时性故障越多，则投入重合闸可保证发生瞬时性故障或用户侧故障时的供电可靠性；反之，电缆线路上多发生的是永久性故障，电缆线路所占的比例越大发生永久性故障的几率也就越大，当电缆比例大到一定数值时退出重合闸，可避免断路器重合到永久性故障对电网造成冲击，保证了安全性，即牺牲供电可靠性来换取供电的安全性。重合闸按线路比例投退保证了供电的可靠性和安全性。

重合闸在10 kV混合线路上按长度比例进行投退尽可能地兼顾了供电的可靠性和安全性，但是重合闸在10 kV混合线路上的投退只参考了电缆占混合线路的比例，而除此之外，还有很多因素都影响重合闸的投退，比如电缆线路的类型、电缆线路的敷设方式、电缆线路的运行年限等［4］。所以单纯以电缆占混合线路的比例来决定重合闸的投退未免太欠考虑，应当综合考虑各种因素对重合闸成功率的影响。

3　10 kV混合线路重合闸投退原则改进

在10 kV混合线路中全投重合闸能保证供电可靠性，但不能保证电网的安全稳定运行；相反，在10 kV混合线路中不投重合闸则不能保证供电的可靠性。在运行中的10 kV线路，受外界大风、雷击、雪和用户等的影响较大，常常会发生跳闸事故。重合闸的成功率随线路结构、线路长度、故障类型、天气的变化而变化，因此重合闸的投退也应综合考虑电缆线路比例、敷设方式、运行年限等限制因素。

3.1重合闸成功率统计分析

导致重合闸失败的因素有很多，从故障类型上看，分为瞬时性故障和永久性故障，若将其他不可控因素（如断路器合闸失败等）理想化，则在发生瞬时性故障时重合闸能成功合闸。对2012—2013年青岛地区混合线路投重合闸成功率进行统计，得到电缆所占比例与重合闸成功率的关系数据，如表2所示。

表2　混合线路投重合闸成功率　%

由表2可以看出，投重合闸的成功率随着电缆线路占整条线路比例的增加而降低。当电缆线路长度占整条线路长度40%时，重合闸成功率已降到50%左右；当电缆线路长度占整条线路长度50%时，重合闸的成功率已不足50%。

3.2安全性分析

10 kV混合线路中投入重合闸保证了供电可靠性，但还要权衡重合于永久性故障时电网的安全稳定运行。重合闸可保证发生瞬时性故障时及时恢复供电，但重合于永久性故障对电网安全性的影响程度还未有有效的测评方法。重合闸重合于故障时会产生过电压，过电压会产生电弧，对线路造成破坏。用过电压的大小来估计线路损坏程度，即过电压越大，线路损坏越严重。

过电压是引起电缆绝缘损坏的主要原因之一，据以前的报告，重合过电压的大小与线路长度无关，而与架空线和电缆的比例有关系［9］，空载是线路重合闸过电压最严峻的情况［10］。由于大部分地区10 kV配电线路都是小电流接地系统，单相接地时不跳闸，所以用EMTP对10 kV混合线路空载时在发生不同类型永久性故障（两相相间永久故障、两相接地永久故障、三相相间永久故障）时，在不同线路长度比例的条件下对重合过电压进行仿真分析［9-15］，搭建的仿真模型如图2。搭建10 kV混合线路模型的时间先后逻辑是：0.1 s线路发生永久性故障，0.195 s线路跳闸，1.105 s线路合闸于永久性故障，1.145 s线路再次跳闸［9］。

图2　发生两相接地永久性故障时投入重合闸的10 kV混合线路模型

图3　电缆占比为45%重合于两相接地永久性故障时的过电压

计算用最大操作过电压按实测和模拟实验的结果统计归纳得出，我国66 kV及以下（低电阻接地系统除外）相对地计算用最大操作过电压不超过4.0 p.u.［13］。通过改变混合线路中电缆线路和架空线路的长度比例用EMTP仿真计算得到不同的过电压计算结果，波形见图3。由图4知，当线路为全电缆线路时得到的最大过电压值为3.42 p.u.，尽管所得到的过电压值都在安全范围内，但由于实际运行时电缆线路与架空线路接头处的环境比较复杂，过电压越高，发生可燃的几率就越大。

仿真分析重合于两相接地永久性故障后，为使结果具有一般性，又搭建了重合于两相相间永久性故障、三相永久性故障的10 kV混合线路的模型。

图4　过电压大小与电缆占比的关系

仿真结果表明，线路电压在合闸前后发生突变，但不论发生哪种类型的永久性故障，当电缆线路长度所占线路全长比例达45%后，过电压增幅越来越大，并随着电缆比例的增大，过电压几乎趋于稳定。

3.3其他影响因素分析

重合闸的投退要综合考虑各种因素的影响，其中包括电缆敷设方式和电缆运行时间。

电缆的敷设方式有直埋敷设、沟道敷设、浅槽敷设、穿管敷设、隧道敷设或由这几种敷设方式相互结合而成［4，16-17］。外力破坏是导致线路绝缘损坏的主要原因，而直埋敷设方式最容易使电缆受到破坏，其次就是沟道敷设方式［4］。由于沟道敷设和隧道敷设方式不同于直埋敷设方式的易燃环境，建议在直埋敷设时投入重合闸，沟道敷设和隧道敷设方式时视具体情况灵活投退重合闸。

电缆运行时间越长，线路老化越严重，线路绝缘性越差［16］。电缆线路的寿命一般为25～30年，一旦运行时间超过电缆线路的正常寿命，电缆树枝状老化现象严重，电缆线路发生故障的概率大大增加。在故障率高的电缆中投入重合闸不仅仅会损坏老化的电缆，更严重的是容易将事故扩大，造成无法挽回的损失。建议电缆运行时间超过25年时，重合闸退出［4］。

3.4使用原则

从重合闸的成功率角度考虑，建议当电缆线路长度占整条线路长度比例达40%时，应该谨慎投入重合闸；当电缆线路长度占整条线路长度比例达50%及以上时，退出重合闸。从安全性角度考虑，建议当电缆线路长度占全长线路比例为45%及以上时，退出重合闸。

综上，在考虑电缆敷设方式和运行时间因素的前提下，10 kV电缆和架空线混合线路中，可按照电缆比重进行重合闸的投退，即：当电缆线路长度占全长线路不到45%时，投入重合闸；当电缆线路占混合线路比例达到45%及以上时，退出重合闸。

4　结语

10 kV线路发生故障时，在保护装置可靠动作的前提下，投入重合闸能自动选出并甩掉故障线路，使其余正常线路恢复用电，大大提高供电可靠性。此外，电缆比例越大，过电压越高，使用该方案能保证10 kV混合线路供电的安全性，保证电网安全稳定运行。所以建议在考虑电缆敷设条件和运行时间的前提下，当电缆线路占混合线路的比例不到45%时，投入重合闸，而当电缆线路占混合线路的比例达到45%及以上时，重合闸退出运行。

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Policy of the Reclosing Mode for 10 kV Mixed Lines

FENG Xinkai1，LIU Yuanlong2，LIU Hu3
（1.School of Automation Engineering，Qingdao University，Qingdao 266071，China；2.Shandong Electric Power Dispatching Control Center，Jinan 250001，China；3.State Grid Yantai Power Supply Company，Yantai 264000，China）

With the development of city construction，overhead line is gradually replaced by cable conductor，and there will be more and more cable-overhead lines.According to provisions of all scheduling rules，for all overhead lines，auto-reclosing is adopted；for all cable lines，the auto-reclosing is unused.But the policy is not clearly defined on switching on or off of reclosing for hybrid lines of cable and overhead lines.From the view point of security and reliability of power system，by analyzing policies of reclosing for hybrid lines in different areas，and taking into account types，laying methods and running time of cable lines，switching on or off of reclosing is confirmed using the ATP-EMTP simulation of the length proportion that cable lines account for whole lines.The more reasonable policy of switching on or off of reclosing is put forward for 10 kV hybrid lines.

mixed lines；reclosing；the policy of switching on or off；security

TM773

A

1007-9904（2015）11-0047-05

2015-07-06

冯新凯（1988），女，硕士研究生，研究方向为电力调度运行管理及继电保护新技术应用；

刘远龙（1971），男，高级工程师，从事电力调度运行管理及继电保护新技术相关工作；

刘虎（1990），男，从事电网运行维护与检修相关工作。