刘永华

摘 要：10kV开关站进行自动化设计，能够在供电线路出现电压、电流过大等故障时，通过判断远距离自动快速实现供电线路故障隔离、恢复供电以及相关通信，从而实现开关站的自动化、综合化，改善城市配网结构。本文分析了10kV自动化开关站的电气设计以及实际应用。

关键词：10kV自动化开关站；设计；应用；自动化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.035

当前我国10kV开关站普遍采用常规的手动或者电动的真空负荷开关或者SF6开关，由于常规的开关无法实现线路的自动监测和断开故障以及自动合闸功能，一旦线路发生故障，必然导致整条供电线路停运，短时间无法准确的判断故障位置和原因，所有的停电、送电都需要运行维护人员在设备处进行现场操作，人员安全性低，线路运行维护困难，供电可靠性低，将严重影响居民的生活和工业生产。

由于自动化技术、通信技术的日益成熟，同时随着城镇化的加快，用电负荷也更加密集分布，这就需要一种自动化程度高、供电可靠性高、安全性高，运行维护方便的开关站，并实现远程控制和通信的功能。对此，就需要对10kV自动化开关站进行优化设计。在满足负荷需求的同时，也提高其供电能力。

1 10kV自动化开关站的电气设计

1.1 主接线方式设计

按照占用城市土地面积较少的原则，一般建设中、小型开关站，电气主接线方式按照负荷性质、负荷等级、用电容量、系统规模、接入电网方式、发展规划以及当地的供电条件等确定。开关站的主接线方式应简单明确，减少电能的损失，便于管理和维护。开关站宜采用单母线分段接线方式，两回进线，8～10回出回出线。由于城区10kV配网系统的供电半径有着特殊规定，通常要在1.5km以内，城区供电可靠性要求高，因此，每个开关站采用2回路进线方式设计，形成 “2-1型”的典型主接线方式，实现多条供电线路的环网，增强线路之间的转供能力。

开关站典型主接线图主接线图如下图1所示：

1.2 主要一次设备的选择

高压开关柜宜选用真空、六氟化硫负荷开关柜或真空断路器柜三种型式（需满足五防要求）；开关站内站用变应选用SC11系列及以上节能环保型的干式变压器；避雷器应选择密封结构良好的无间隙金属氧化锌避雷器。

2 电气二次部分

2.1 直流系统

选好电源类型，优选蓄电池，其容量要达到两小时故障放电时长，可以尝试选择采用单体长寿命免维护蓄电池，同时配上高频开关充电设备，同时，安装直流绝缘自动监测设备，附加通讯接口。

2.2 保护回路部分

真空断路器进、出线柜需装设微机保护装置，配置过流、速断以及零序保护，并与变电站或者上一级电源出线回路保护配合。真空或六氟化硫负荷开关进出线柜均不装设微机保护装置。

高压开关柜采用电动操作机构，负荷开关柜（环网柜）操作电源采用直流48V或交流220V，采用交流220V时电源取自进线柜PT二次侧；真空断路器柜操作电源采用直流48V。同时，开关柜中的计算机设备也兼具测控功能。

2.3 配电自动化设备

将电源自动化投切设备安装在母线分段开关位置，通常来说，两路进线要各自、独立工作，断路器设置在断开处，各路进线供应一段母线，其中任何一路进线出现故障时，投切设备都能及时发出动作，首先切断进线断路器，然后闭合回路断路器。这样当母线发生故障时，则可能造成分段回路断路器发生误闭合现象，此时则可以利用自切设备的短时加速保护来及时切断断路器，从而排除故障，同时，关闭自动投切设备，避免出现反复动作问题。

配电自动化二次的DTU和通信设备安装于配电自动化屏中，配电自动化二次的DTU和通信设备安装于配电自动化屏中；开关站二次设备网络图如下图2所示：自动化通讯柜通讯、遥测信号网络图如下图3所示。

2.4 计量回路

测量用电压互感器采用0.5级，测量用电流互感器采用0.5级，计量用电流互感器采用0.2S级。通常电子式电能表为优选，同时，要设置通讯接口，这样才能为自动化系统内外各类信息的传输创造条件。

3 自动化开关站的设计要点

3.1 设计原则

根据开关站的功能、特征以及配网自动化的需求等来设计自动化系统的功能，其设计要具备最基础的若干功能，例如：遥控、遥信等，其中遥控侧重指进出线断路器的分闸与合闸操作。遥信则负责断路器状态、接地开关状态等的监测，以及对各种故障信号、动作信号等的远距离监测。

3.2 控制模式

采用分层操控方式，具体的层次划分包括：自动化调度中心、站控层、间隔层等，实际的操作权限也依照这几个层次来逐步下放。同时，当监控系统常规工作、安全运转时，无论哪一个层次的操作，要确保从线路到设备等的工作状态以及切换开关的部位等都得到自动化监控系统的监测与监督，而且当操作某层时，要确保其他层都闭锁。一旦发生故障问题，系统能够及时传出信息抵达自动化调度中心。

3.3 网络结构

自动化监控系统选择了特殊的网络结构，那就是分层分布式结构，该结构通常涵盖两大层次，分别为站控层、间隔层，而且要达到资源信息分享、功能分散应用以及无人化值班等的规定，应该尽量让各项设备、功能等简单化、便捷化。站控层可以安装一个计算机系统，间隔层的测控则通过综合保护设备以及计算机设备的运行来完成。测控设备负责采集相关信息，经通讯口来传输到站控层自动化设备，再逐渐传输到一级主站以及调度中。

3.4 自动化通讯

对于规模较小的开关站，其内部通讯适合选择屏蔽双绞线，同时选择10kV电缆屏蔽层载波来将通讯信号等传输至上层主站、调度中心等。此种通讯方式同光纤对比起来，能够更大程度地节省通讯空间，控制成本。

4 10kV自动化开关站的应用

10kV自动化开关站在实际的配网系统中得到了发展和应用，随着城镇化的推进，大型的商住小区和大型的工业园不断增加，区域用电负荷不断增大，按照供配电原则，商住小区需配置环网型接线方式，大型的商住小区和工业园负荷较大，需要将电能重新分配和控制，新建10kV自动化开关站可以完全满足要求，从而实现故障区域的自动切断，迅速恢复供电、数据通信、数据采集、运行维护、电力调度等功能。对此，可以将自动化开关站设置于大型的商住小区和大型的工业园内等负荷密集的区域，主要适用于城市中心区域和新建城区等，开关站可单独建设也可以和其它建筑一起配套建设，但需满足建筑电气设计规范要求。自动化开关站体形较小、无需占用过多的空间，同时操作方便，电能分配集中，运行维护方便，减少停电带来的不利影响，安全可靠性高，实现远距离自动化控制。因此在配电网建设中适合建设开关站。

5 总结

自动化开关站具有功能综合化、结构微机化、操作监视屏幕化、运行管理智能化等特点，可以快速的实现故障隔离、恢复供电等配网自动化功能，准确的监测故障位置和故障原因，实现与电网的通信功能，减少人为的操作，提高效率。 且其二次系统也相当的完善、稳定，自动化设备性能较好，整体上完全能够满足配网系统的安全和可靠性，且该开关站运行维护简单，所以自动化开关站值得深入推广与运用。

参考文献：

[1]芮静康.现代工业与民用供配电设计手册[S].北京：中国水利水电出版社，2004.

[2]刘涤尘，崔巍，刘开培等.配电网自动化及其发展[J].武汉水利电力大学学报，1998，31（04）：74-78.