柱上開關電器的分類與應用探討
隨著國民經濟的高速發展、用電量不斷增加的同時，客戶對供電的可靠性及供電質量提出了更高的要求；10kV柱上開關電器在配網中分段和支線的合理應用，為提高供電可靠性立下了汗馬功勞。但是由于我國各地區發展極不平衡，配電網的結構與布局日趨復雜，各種技術水平的開關設備有著不同的應用。
1 10kV柱上開關電器的分類
按滅弧介質區分，經歷了壓縮空氣、磁吹、產氣材料、油、SF6、真空幾個代表性的階段。
20世紀50年代的多油斷路器，由于三相觸頭同室，其滅弧介質和絕緣介質均為絕緣油，開斷容量在1250A以下，開斷故障電流時存在爆炸危險。在經濟發達地區，已逐漸淘汰油斷路器。
SF6斷路器和真空斷路器是20世紀80年代發展起來的產品，90年代在我國得到廣泛的應用，成為取代油斷路器的主導產品。其開斷電流在16kA及以上，開斷短路電流次數多達30次，可10～20年免維護。同時已具有加裝電動操作和控制器實現智能化和"三遙"功能。
2 10kV柱上開關電器在線路上的應用
(1) 斷路器。出現故障電流后按照整定電流和時間跳閘，一般配備電磁感應線圈和脫扣聯動機構，既能開斷，又能關合短路電流的斷路器，開斷故障電流能力較高，作為保護線路用。但因配網斷路器保護配合時間短，經常存在越級跳閘的弊端。
(2) 重合器。有電流型重合器和電壓型重合器兩種。反應故障電流跳閘后能重合的，稱電流型重合器，這種重合器既做保護跳閘用，又能實現一至三次重合閘。將故障段從最后一段開始逐一淘汰，直到判別到故障段，因需多次重合故障電流，對電網沖擊較大，同時分段越多，需重合的次數越多，時間越長，故分段一般不宜超過3段。適用于分支線和輻射型線路。
另一種重合器在線路失壓跳閘，來電后延時后重合閘，稱為電壓型重合器。變電所內出線斷路器需兩次重合配合完成故障隔離與恢復供電，其中第一次重合為判別故障段，依據各分段點開關合閘的數量確定故障段并將故障段兩側開關閉鎖隔離故障，第二次重合為恢復非故障段的供電，整路饋線僅重合一次故障電流，完成故障隔離與恢復供電時間較長。因過流速斷保護需靠變電所饋線斷路器完成而不適用于長線路，隨著系統容量的增大，此矛盾已逐步消除。適用于輻射型或環網型的短線路，實現初級自動化。
(3) 分段器。能記錄故障電流脈沖次數，在無電壓無電流時當故障電流次數達到預設值就自動分閘閉鎖，構成電流脈沖計數型分段器。分段器大多與重合器配合使用，自動完成預期的分合及閉鎖操作，具有檢測與控制操動能力。
(4) 負荷開關。該開關僅在無電壓無電流時才能斷開，但可以關合故障電流，開斷額定負荷電流，其主要作為線路的分段。因造價低在集中式的配電自動化中采用。
根據手動運行、電動運行、自動運行、智能運行模式等不同的運行與控制方式，可以實現就地控制、分布控制、集中控制方式"三遙"功能的饋線自動化。
3 10kV柱上斷路器在饋線自動化中的應用
饋線自動化即自動實現故障區段的定位、故障的隔離、非故障區段的供電恢復。要實現自動化，柱上斷路器必需具備電動操作，電流、電壓檢測。一般的說，饋線自動化包括架空饋線自動化和電纜饋線自動化，架空饋線自動化又有以下幾種運行模式：
模式一，就地控制方式。重合器、分段器，依據電流、電壓、故障電流次數等按照預設的條件實現故障隔離和恢復供電。
模式二，分布智能控制方式。FTU監控終端+斷路器(重合器)，在一定區域內的斷路器實現故障隔離和恢復供電，但需建設該區域內斷路器之間的通道。
模式三，集中遠方控制方式。配調中心站+FTU監控終端+負荷開關，由控制中心(分中心)判斷故障、隔離故障、恢復供電，但需建設通信通道和控制中心(分中心)，投資較高。
(1) 模式一的特點是不需要通訊手段，利用重合器的重合及動作時限配合來實現故障自動隔離、自動恢復供電。其缺點是若分段越多，隔離故障、轉移負荷時間越長。這種模式自動化程度較低，適用于饋線自動化的初級階段。電流型重合器還會出現頻繁跳閘、重合現象，對線路用電設備沖擊較大，恢復供電時間較長。
(2) 模式二要求柱上斷路器具有電動操作機構，FTU監控終端將檢測到的電流、電壓信號，斷路器狀態信號進行比較處理，通過點對點通信，FTU把故障后斷路器狀態及記錄信息傳送到臨近斷路器的FTU，識別出故障區段并自動隔離，然后對非故障區段自動恢復供電；其特點是增加了斷路器間通訊，技術較為先進，是配網自動化的過渡階段。
(3) 模式三是分布式的集中智能控制，將FTU監控終端檢測的信息通過通信網絡傳送至配調控制中心(分中心)，進行全面的計算機管理；在饋線發生故障后，由控制中心(分中心)自動判別后遙控斷路器隔離故障區段、恢復非故障區段供電。該模式是一種技術上更為先進的饋線自動化，是配電自動化的最高級階段。
(4) 柱上斷路器在配網中的應用原則：
①使用條件。所有故障都應獲得作為瞬時故障處理的機會，避開涌流的影響，分閘后閉鎖應僅發生于永久性故障的情況，因分閘后閉鎖而切除的線路區段應盡可能少。
②根據負荷大小和線路長短經濟合理地安排和選擇分段點及開關設備。農村長線路和分支線一般采用電流型重合器+分段器以提高供電可靠性，環網供電網絡可采用電壓型重合器，具備通信的饋線可采用負荷開關。
③根據安裝地點選定額定電流，開斷和關合短路電流能力，動、熱穩定電流。短路容量一般應選擇16kA以上，才能適應電網容量不斷提高的要求。
④正確整定其保護配合，如跳閘電流、重合次數、分段器的次數預設、延時時間特性等。
⑤電流型重合器與重合器的配合應充分利用其快、慢的"雙時"時間特性曲線，位于電源側的重合器應至少1次的快速操作，其后的重合器有相同或更多的快速動作。而電壓型重合器的延時時間整定應一級比一級延長T(一般設置7s)時間，環網供電中環網點的時間應大于每側延時時間之和。
⑥重合器與分段器的配合，故障電流次數整定應一級比一級少。
上斷路器已完成無油化的過渡，今后將不斷向小型化、造價低、安全可靠、技術先進的方向發展，具備長期少維護免維護和配電自動化功能。目前的技術水平，使用SF6封閉的柱上真空斷路器具有免維護、防凝露、防機構銹蝕的優點，極大地提高了產品的可靠性，因其優越性將成為配網斷路器的首選，適用于手動、電動、自動、智能所有場所。使用SF6封閉式真空滅弧的電壓型重合器對電網實行逐步改造時，在斷路器本體不動的情況下，通過控制設備的升級，實現由就地方式、分布控制、集中控制的配電自動化升級與過渡。
1 10kV柱上開關電器的分類
按滅弧介質區分，經歷了壓縮空氣、磁吹、產氣材料、油、SF6、真空幾個代表性的階段。
20世紀50年代的多油斷路器，由于三相觸頭同室，其滅弧介質和絕緣介質均為絕緣油，開斷容量在1250A以下，開斷故障電流時存在爆炸危險。在經濟發達地區，已逐漸淘汰油斷路器。
SF6斷路器和真空斷路器是20世紀80年代發展起來的產品，90年代在我國得到廣泛的應用，成為取代油斷路器的主導產品。其開斷電流在16kA及以上，開斷短路電流次數多達30次，可10～20年免維護。同時已具有加裝電動操作和控制器實現智能化和"三遙"功能。
2 10kV柱上開關電器在線路上的應用
(1) 斷路器。出現故障電流后按照整定電流和時間跳閘，一般配備電磁感應線圈和脫扣聯動機構，既能開斷，又能關合短路電流的斷路器，開斷故障電流能力較高，作為保護線路用。但因配網斷路器保護配合時間短，經常存在越級跳閘的弊端。
(2) 重合器。有電流型重合器和電壓型重合器兩種。反應故障電流跳閘后能重合的，稱電流型重合器，這種重合器既做保護跳閘用，又能實現一至三次重合閘。將故障段從最后一段開始逐一淘汰，直到判別到故障段，因需多次重合故障電流，對電網沖擊較大，同時分段越多，需重合的次數越多，時間越長，故分段一般不宜超過3段。適用于分支線和輻射型線路。
另一種重合器在線路失壓跳閘，來電后延時后重合閘，稱為電壓型重合器。變電所內出線斷路器需兩次重合配合完成故障隔離與恢復供電，其中第一次重合為判別故障段，依據各分段點開關合閘的數量確定故障段并將故障段兩側開關閉鎖隔離故障，第二次重合為恢復非故障段的供電，整路饋線僅重合一次故障電流，完成故障隔離與恢復供電時間較長。因過流速斷保護需靠變電所饋線斷路器完成而不適用于長線路，隨著系統容量的增大，此矛盾已逐步消除。適用于輻射型或環網型的短線路，實現初級自動化。
(3) 分段器。能記錄故障電流脈沖次數，在無電壓無電流時當故障電流次數達到預設值就自動分閘閉鎖，構成電流脈沖計數型分段器。分段器大多與重合器配合使用，自動完成預期的分合及閉鎖操作，具有檢測與控制操動能力。
(4) 負荷開關。該開關僅在無電壓無電流時才能斷開，但可以關合故障電流，開斷額定負荷電流，其主要作為線路的分段。因造價低在集中式的配電自動化中采用。
根據手動運行、電動運行、自動運行、智能運行模式等不同的運行與控制方式，可以實現就地控制、分布控制、集中控制方式"三遙"功能的饋線自動化。
3 10kV柱上斷路器在饋線自動化中的應用
饋線自動化即自動實現故障區段的定位、故障的隔離、非故障區段的供電恢復。要實現自動化，柱上斷路器必需具備電動操作，電流、電壓檢測。一般的說，饋線自動化包括架空饋線自動化和電纜饋線自動化，架空饋線自動化又有以下幾種運行模式：
模式一，就地控制方式。重合器、分段器，依據電流、電壓、故障電流次數等按照預設的條件實現故障隔離和恢復供電。
模式二，分布智能控制方式。FTU監控終端+斷路器(重合器)，在一定區域內的斷路器實現故障隔離和恢復供電，但需建設該區域內斷路器之間的通道。
模式三，集中遠方控制方式。配調中心站+FTU監控終端+負荷開關，由控制中心(分中心)判斷故障、隔離故障、恢復供電，但需建設通信通道和控制中心(分中心)，投資較高。
(1) 模式一的特點是不需要通訊手段，利用重合器的重合及動作時限配合來實現故障自動隔離、自動恢復供電。其缺點是若分段越多，隔離故障、轉移負荷時間越長。這種模式自動化程度較低，適用于饋線自動化的初級階段。電流型重合器還會出現頻繁跳閘、重合現象，對線路用電設備沖擊較大，恢復供電時間較長。
(2) 模式二要求柱上斷路器具有電動操作機構，FTU監控終端將檢測到的電流、電壓信號，斷路器狀態信號進行比較處理，通過點對點通信，FTU把故障后斷路器狀態及記錄信息傳送到臨近斷路器的FTU，識別出故障區段并自動隔離，然后對非故障區段自動恢復供電；其特點是增加了斷路器間通訊，技術較為先進，是配網自動化的過渡階段。
(3) 模式三是分布式的集中智能控制，將FTU監控終端檢測的信息通過通信網絡傳送至配調控制中心(分中心)，進行全面的計算機管理；在饋線發生故障后，由控制中心(分中心)自動判別后遙控斷路器隔離故障區段、恢復非故障區段供電。該模式是一種技術上更為先進的饋線自動化，是配電自動化的最高級階段。
(4) 柱上斷路器在配網中的應用原則：
①使用條件。所有故障都應獲得作為瞬時故障處理的機會，避開涌流的影響，分閘后閉鎖應僅發生于永久性故障的情況，因分閘后閉鎖而切除的線路區段應盡可能少。
②根據負荷大小和線路長短經濟合理地安排和選擇分段點及開關設備。農村長線路和分支線一般采用電流型重合器+分段器以提高供電可靠性，環網供電網絡可采用電壓型重合器，具備通信的饋線可采用負荷開關。
③根據安裝地點選定額定電流，開斷和關合短路電流能力，動、熱穩定電流。短路容量一般應選擇16kA以上，才能適應電網容量不斷提高的要求。
④正確整定其保護配合，如跳閘電流、重合次數、分段器的次數預設、延時時間特性等。
⑤電流型重合器與重合器的配合應充分利用其快、慢的"雙時"時間特性曲線，位于電源側的重合器應至少1次的快速操作，其后的重合器有相同或更多的快速動作。而電壓型重合器的延時時間整定應一級比一級延長T(一般設置7s)時間，環網供電中環網點的時間應大于每側延時時間之和。
⑥重合器與分段器的配合，故障電流次數整定應一級比一級少。
上斷路器已完成無油化的過渡，今后將不斷向小型化、造價低、安全可靠、技術先進的方向發展，具備長期少維護免維護和配電自動化功能。目前的技術水平，使用SF6封閉的柱上真空斷路器具有免維護、防凝露、防機構銹蝕的優點，極大地提高了產品的可靠性，因其優越性將成為配網斷路器的首選，適用于手動、電動、自動、智能所有場所。使用SF6封閉式真空滅弧的電壓型重合器對電網實行逐步改造時，在斷路器本體不動的情況下，通過控制設備的升級，實現由就地方式、分布控制、集中控制的配電自動化升級與過渡。
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