摘要：配网自动化的一个重要工作就是配电线路自动化，具有自动分析故障及定位，具备配电网自愈能力。当配电线路出现故障时，要进行 快速判断，排除故障段，保证非故障段的正常运行，缩小停电范围，减少电量损失。重合器与分段器配合使用可以有效的隔离故障区段，既 提高了供电的可靠性又提高了社会和经济效益，为配网自动化打下坚实的基础。
关键词：关键词：重合器 分段器 配网自动化 应用
０引言
自1999年第一期农网改造以来，公司所属配网线路供电半径不断延伸，自2007年至今，公司通过农网改造、技改大修、配网基建等工程项目 ，在主线路及分支线路上安装了很多分段器和重合器，而且分段器和重合器的控制器保护功能较完善，经过几年使用，发现该批分段器与重 合器不能相互搭配，甚至根本就不动作，线路上不管是末端还是任何一段产生故障，都会越级到变电站，使得变电站断路器跳闸，供电所巡 线无法判断故障产生的地段，只有整条线路巡视完才能找到故障点，有些情况下甚至发现故障点在末端。还有的时候线路瞬间故障就跳闸， 调度通知供电公司巡线，供电所投入大量人力巡完线后没有发生故障，线路是送成功，造成浪费人力、电量损失，供电可靠性下降，对于这 种症状，供电所束手无策，就只有指望我们来解决此问题，自2007年中旬我们就开始注意安装到线路上的“呆子”，为什么它不动作，不能 够发现故障点，主动把故障隔开？
１原理描述（一级标题）
1.1分段器功能及工作原理。
分段器是配电网中用来隔离故障线路区段的自动开关设备，它一般与重合器或断路器或熔断器相配合，串联于重合器与断路器的负荷侧，在 无电压或无电流情况下自动分闸。分段器按识别故障的原理不同，可分为"过流脉冲计数型"（电流一时间》型和"电压-时间型"两大类。电 流-时间型分段器通常与前级开关设备（重合器或断路器）配合使用，它不能开断短路电流，但具有"记忆"前级开关设备开断故障电流动作 次数的能 力。电压-时间型重合式分段器是凭借加压或失压的时间长短来控制其动作，失压后分闸，加压后合闸或闭锁。
1.2重合器功能及工作原理。
重合器有电流型重合器和电压型重合器两种。反应故障电流跳闸后能重合的，称电流型重合器，这种重合器既做保护跳闸用，又能实现一至 三次重合闸。将故障段从最后一段开始逐一淘汰，直到判别到故障段，因需多次重合故障电流，对电网冲击较大，同时分段越多，需重合的 次数越多，时间越长，故分段一般不宜超过3段。适用于分支线和辐射型线路。另一种重合器在线路失压跳闸，来电后延时后重合闸，称为 电压型重合器。断路器需两次重合配合完成故障隔离与恢复供电，其中第一次重合为判别故障段，依据各分段点开关合闸的数量确定故障段 并将故障段两侧开关闭锁隔离故障，第二次重合为恢复非故障段的供电，整条线路仅重合一次故障电流，完成故障隔离与恢复供电时间较长 。适用于辐射型或环网型的短线路，实现初级自动化。
1.3分段器与重合器配合原理。
分段器与重合器在配网自动化配合应用方式有分段器与重合器配合、重合器与重合器配合、分段器与变电站出口断路器配合。我们以山东成 武开关厂生产的分段器和重合器为例，阐述分段器与重合器的配合原理。
1.3.1分段器与重合器的配合
分段器与重合器配合时，重合闸次数与分段器记忆次数相同，过流动作时分段器和重合器同时工作，若多台分段器串联运行，前一台的分闸 延时时间和最小动作电流值应大于后一台的分闸延时时间和最小动作电流值。
线路组成如下图：
配合原理：
○1.当线路发生故障，故障点在A点，故障电流大于分段器与重合器最小动作电流时，重合器跳闸，重合一次不成功，重合闸闭锁，分段器 不动作；
○2.分段器若设置一次记忆，当线路在B点发生瞬间故障时，在分段器分闸延时时间内故障消失，则分段器与重合器均不分闸；
○3分段器若设置一次记忆，当线路在B点发生永久性故障时，在分段器分闸，自动隔离故障点，重合器不分闸
（1次记忆）
○4.分段器若设置2次记忆，重合器设置重合1次。当线路在B点发生瞬间故障时，重合器快速分闸，在重合器重合闸时间内故障消失，重合 闸成功，分段器不分闸，整条线路恢复供电；
○5.分段器若设置2次记忆，重合器设置重合1次。当线路在B点发生永久性故障时，重合器快速分闸，重合闸0.5秒后重合1次，然后进入慢 分闸延时过程，这时分段器已记忆2次故障电流，60毫秒快速分闸，自动切断故障，重合器保持合闸位置，故障线路被隔离，非故障线路保 持正常供电。
（2次记忆）
1.3.2重合器与重合器的配合
重合器与重合器的配合多用在手拉手环网线路中。在环网供电网络中，在两端电源出口处安装电流型重合器，中间安装若干台电压型重合器 ，当线路发生故障时，处于线路首段的电流型重合器分闸后，电压型重合器全部分闸，然后间隔7秒依次合闸，合入故障后，电流型重合器 再次分闸，已重合上的电压型重合器再次分闸，使故障两端的重合器因瞬间电压效应而闭锁，隔离故障线路，然后利用手拉手联络开关作用 恢复非故障线路供电。处理故障用时较长，故障影响范围较大。
1.3.3分段器与变电站出口断路器配合
变电站10kV出线断路器一般都设置一次重合闸功能（手动或自动），利用这一功能，配合二次记忆的分段断路器，也可自动排除瞬间故障， 隔离永久故障点，这是常规分段器无法实现的。这种配合不需采用重合器，大量减少了设备造价。配合原则同与重合器配合原则相同。
1.3.4分段器与重合器配合时，重合闸设置一次，分段器设置记忆两次，重合器需要设置一次快分和一次慢分，要实现该效果就要将重合器 设置按反时限曲线动作。
反时限曲线选择，设备内共存有12条反时限曲线，其编号越大速度越快。系统允许用户同时使用5条曲线，但只允许用户从“0～9”的10条 曲线内任选3条，而最快速和最慢速曲线分别±一个号。如选择曲线为：852，在4次重合时实际执行为：98521；在3次重合时实际执行为： 9852；在2次重合时实际执行为：985；在1次重合时实际执行为：98；在0次重合时实际执行为：9。
反时限曲线过流比例与动作时间对照表。（其中00号曲线和10号曲线不能由用户选择）
A对应的行所列数值：表示动作电流相对过流定值的倍数。
曲线列：值曲线的编号。
T对应的表格中数据：指断路器过流动作时间。
２论述
通过了我们队故障分段器和重合器拆除，拿回工房，拆开了分段控制器和重启器操作机构箱，经过检查出现以下问题，以山东成武开关厂生 产的重合器和分段器为例说明：
2.1一种分段器控制器为石家庄塞克电子有限公司出产的FD-25B-24（20）型分段控制器，其功能比较多，定值调整范围较大，其主要部分是 线路板控制芯片、分闸继电器、合闸继电器和24V直流蓄电池，二次电流必须达到0.5A才能给蓄电池充电（也就是说对于一条线路断路器电 流互感器变比400/5，负荷电流必须达到40A，即有功功率约630kW才能给蓄电池充电）。经过对其检测故障点为
2.1.1由于线路板损坏，无法给分闸继电器和合闸继电器发动作信号；
2.1.2由于分、合闸继电器损坏无法使断路器动作；
2.1.3由于蓄电池损坏没有电压或电压达不到额定电压24V，控制器断电所以不动作。
2.1.4由于分段器和重合器控制器保护定值计算不合理，或定值没有设置，导致断路器不动作。
2.2还有一种分段控制器为FD-10型分段控制器，经检查该分段控制器各部件良好，看不出有什么问题。但是安装到线路上后，断路器就是不 动作。究竟是什么原因？我们后面将介绍。
2.3重合器控制器为石家庄塞克电子有限公司出产的CH-30-01-24型重合控制器，该批控制器也是由主板、控制芯片、分、合闸继电器、24V 直流蓄电池、遥控接收器等几部分组成。经过对器检查发现主要原因为蓄电池没有电或输出电压不够导致。
2.4由于FD-25B-24（20）型分段控制器与CH-30-01-24型重合控制器蓄电池都是通过断路器电流互感器对其充电，二次电流必须达到0.5A才 能给蓄电池充电（也就是说对于一条线路断路器电流互感器变比400/5，负荷电流必须达到40A，即有功功率约630kW才能给蓄电池充电）， 使用一段时间后蓄电池损坏，无法正常充放电，又无外接电源给其供电，控制器断电，分段器与重合器失去其保护功能，不能实现各自具备 的功能。
2.5针对以上故障点我们通过更换蓄电池、更换继电器、更换主板插件等方法修复了部分控制器，但是存在的弊端是蓄电池使用一段时间后 将无法正常充放电，使得控制器断电失去保护功能。
经过以上分析，我们为了实现配网自动化而打基础，决定开展分段器与重合器在配网自动化中的应用这一课题。
2.6设备选型阶段：根据对重合器和分段器的功能及配合原理的分析，我们在2007年至2016年的大修技改、农网改造、配网基建等工程项目 中，定购分段器和重合器。通过筛选，最终选择2008年察县供电公司实施的重合器和分段器技术改造项目中，由山东成武开关厂生产的FDZ6 —12II型分段器与GHZL3A-12型重合器为例。
2.6.1 FDZ6—12II型户外高压真空分段断路器的主要用途和结构特点
2.6.1.1 FDZ6—12II型户外高压真空分段断路器由ZW8—12型真空断路器本体和FD型控制器构成。两种断路器本体均为三相共箱式结构，断 路器本体和操作机构为整体结构。对于I型分段断路器，控制器装于机构箱内侧，打开断路器机构箱右门（或罩）可方便地调整最小启动电 流、选择记忆次数和快慢动作曲线；对于II型分段断路器，控制器与断路器分开放置，控制器装于断路器下方，用电缆线将控制器与断路器 相连接，电缆线一般为4—6米，工型分段断路器不需要任何电源：II型分段断路器利用内配CT提供工作电源不需要任何外部电源装置，可以 方便地使用在各分支线路及负荷末端的任何位置。
2.6.1.2两种系列的分段断路器同常规分段器的不同之处在于其达到预先设定的记忆次数后，该分段断路器可直接自动开断故障电流，切除 故障段，而常规分段器在达到预先设定的记忆次数后不能直接开断故障电流，需待后备保护设备（重合器）切除故障电流后在无电压或无电 流情况下才能自动分闸。分段断路器的这种重要功能，可减少后备保护设备（如重合器等）的动作次数，在最后计数阶段直接自动切除故障 电流，有效地减少了停电时间和停电面积；加之该分段断路器具有相互协调的若干条不同延时安秒特性曲线（I型有快、中、慢三条，II型 有快、中、慢十几条）供选择，比单独使用分段器或断路器具有更优越的配合协调性。两种系列的自动分段断路器既能与自动重合器配合使 用，又能与具用一次重合闸功能的任何断路器配合使用，能及时排除线路瞬时性故障、隔离永久性故障支线，从而保证供电的连续性、可靠 性。
2.6.1.3 分段断路器性能参数
2.6.1.4 控制器性能特点
将控制开关“0”按下，控制器关闭，开关处于断路器过流速断状态，控制开关“I”按下，开关处于分段断路器状态。
（a）计数功能
该分段断路器具有1一一3次记忆功能供选择（见操作面板）。选择1次记忆时，当线路故障电流达到分段断路器最小动作电流时，分段断路 器将按照预先设定的安秒特性曲线动作直接切除故障段；选择2次计忆时，分段断路器第1次通过故障电流不分闸，待后备保护设备（如重合 器、断路器等）切除故障电流后计数1次，对于永久性故障，后备保护设备重合，分段断路器第2次通过故障电流时直接按设定的安秒特性曲 线动作，切除故障段；选择3次记忆时，分段断路器通过前两次故障电流不分闸，只计数2次，待后备保护设备第二次重合，分段断路器第3 次通过故障电流时才按设定的安秒特性曲线动作，直接开断故障电流，切除故障段：对于瞬时故障，若在设定的记忆次数内消失、后备保护 设备重合时瞬时故障已消除，分段断路器处于正常运行状态，不分闸。I型分段断路器，从第一次记忆开始50秒时（手动复位时，按下复位 按扭4—5秒，即可复位）或Ⅱ型分段断路器达到预先设定的自动复位时间时，控制器记忆复归（消零），以备再次故障的发生。
（b）时间一一电流特性曲线功能
分段断路器在整定计数的最后一次按时间一一电流特性曲线开断，其中I型分段断路器具有延时60ms，1 20ms，200ms三条定时限安秒特性曲 线供选择（见操作面板），II型分段断路器具有速断和延时十条反时限安秒特性曲性供选择，以保证上、下级配合动作。
（c）合闸闭锁功能
分段断路器合闸在故障点上时（不包括合闸涌流），便立即分闸，（此时与整定的记忆次数无关）。当分段断路器合闸维持时间达到预先设 定的自动复位时间后，控制器将自动恢复到整定记忆状态。
（d） 涌流抑制功能
分段断路器通过的合闸涌流或线路瞬问涌流，虽超过分段断路器的最小动作电流值，因分段断路器内部已预先设定了延时功能，在涌流时间 内分段断路器不分闸，从而避免了涌流引起的不必要的分闸。
（e）预置最小动作电流功能：
对于I型分段断路器，利用控制器上的电流调节上、下按钮，可对最小启动电流进行调整。按动按钮，数值显示最小启动电流值（CT二次电 流值），按+按钮为增加，按—按钮为减少，通过按动上、下按钮，可对最小启动电流（CT二次电流），从5A一10A之间分档设置。对于II型 分段断路器，利用控制器键盘，可按产品内配CT二次电流值的10％一1000％之间进行分档设置。
（f） 近距离遥控功能：
II型分段断路器，装有近距离遥控器，可在50米内方便地现场遥控操作。
（g）自备操作电源 、
II型分段断路器，可加装内部CT或PT充电不问断操作电源，不用任何外部电源，在高压停电后仍可作50次以上分、合闸操作。
2.6.2 GHZL3A-12型户外高压真空重合断路器的主要用途和结构特点
2.6.2.1在10KV级架空线配电系统中，有90％以上的故障属于瞬时故障，重合器与断路器，分段器和跌落式熔断器配合使用，就能避免瞬时 故障造成的停电损失，及时切除（隔离）永久性故障线路（或故障点），最大限度地减少停电事故，缩小停电范围和停电时间，大大提高 10KV配电网的供电可靠性，降低外线工查找故障线路（或故障点）的劳动强度．
2.6.2.2该设备既可用于线路上起到分段、重合的作用，也可用于中小型正式、临时变电站和配电站及城网配电自动化系统，CHZ3A一12型重 合器是由ZW8一12型真空断路器和微机控制器组成；CHL3A．12型重合器是由Lw3-12型SF6断路器和微机控制器组成，两种系列的重合器均属 于机电一体化高压开关设备。控制部分采用微处理器为基本元件，具有自动化程度高，保护配合范围广，整定方便、准确等优点，同时装有 遥控接口，能很好地与远动装置（RTU）配合，实现远距离遥控、遥信、遥测、遥调等四遥功能，是无人值守小型化变电站和10KV配电网自 动化的理想设备
2.6.2.3两种系列重合器均可加装内部CT或PT充电不问断电源，供控制器工作和断路器机构操作之用，不需任何外配电源，且在高压侧停电 时，重合器仍可进行100多次分、合闸操作，此电源结构简单，造价低，安全可靠。
2.7设备试验阶段。
2.7.1首先我们利用电流互感器特性测试仪对每台分段器与重合器的变比进行了核对。
2.7.2接下来我们利用电流互感器特性测试仪依次对每台分段器和重合器加一定的一次电流将电流互感器变比一次调整到200/5、400/5、 600/5。在调整倒每一变比时，设置重合器和分段器的过流、速断、反时限、重合闸相关保护定值，然后给分段器重合器加适当的一次动作 电流，让其按整定值动作。通过实验，重合器均能按照给定的定值动作并重合闸。但分段器不能按照整定值动作，经过多次测试发现，该批 分段器采用的FD-10型分段控制器，内部没有电容器，当动作电流达到整定值时，控制器内部分闸继电器动作，但启动电流小于5A，而分段 器断路器脱扣器最小启动电流为5A，因此该控制器实现不了分段保护功能。根据说明记载，FDZ6—12I型分段器最小启动电流范围为5A-10A ，FDZ6—12II型分段器其最小启动电流范围为产品内配电流互感器二次电流值的10%-1000%，而我们定购的是FDZ6—12II型分段器，产品配 置与说明书不符。
2.7.3我们将以上情况反馈给厂家，分段器厂家立即与控制器厂家联系，将FD-10型分段控制器更换为WDK-9A型分段器控制器，我们根据厂家 提供的接线图纸，拆除旧控制器，安装了新控制器。
2.7.3.1WDK-9A型分段器控制器功能特点：
（a）合闸涌流延时保护：用于躲避上电涌流冲击，延时调整范围大，可适用于多种工况。
（b）过流延时保护：用于过负荷性故障保护，延时时间更精确，更适合于上下级间的时间配合。
（c）限时速断保护：用于瞬时性短路故障保护；合闸或突然上电时没有限时速断保护。
（d）瞬时速断保护：金属性短路故障保护。
（e）快速充电蓄能电路，上电充电时间小于200ms（二次电流>5A），完全适用于小变比开关，适用CT功率10VA
（f）三相电流保护，线路任何两相短路故障都能可靠动作。
（g）三相电流保护可分别调整为不同值，适用于农网不平衡用电线路保护。
（h）脱口器线圈不带电，无抖动。
（i）多段保护、多种保护功能可根据用户要求提供多种组合的产品
（j）最小启动电流范围为0.5A、1.5A、2A、2.5A、3A、3.5A、4A、4.5A、5A可调。
经过试验，WDK-9A型分段器控制器当输入的动作电流大于整定值时，控制器分闸继电器动作，同时内部电容器放电，额定输出5A 电流给脱 扣器，脱扣器脱口，达到切断故障电流的作用。
2.7.4单台分段器、重合器试验现场图
2.7.5通过重合器与分段器单台试验，各自功能均能实现，我们开始着手重合器与分段器配合试验。
2.7.5.1分段器与重合器配合试验
A、参数设置：
重合器：重合闸1次，重合闸时间4秒，变比200/5，过流定值30%，过流时间0秒，重合闸闭锁投入。
分段器：记忆2次，变比200/5，过流定值2.5A，分闸时间60毫秒。
B、试验
通过互感器特性测试仪给重合器与分段器组成的回路加一次电流，当一次电流瞬间加到125A时重合器快速分闸，0.5秒以后重合闸，我们第 一次保持故障电流，即：始终给回路瞬间加到125A电流，重合器重合后，分段器分闸，重合器保持合位；我们第二次给回路加一次电流达到 123A时，重合器分闸，同时我们迅速调整实验电流到零，重合器0.5秒后重合闸成功，分段器保持合位。
C、试验结论，按照重合器、分段器配置原则，动作正确，达到预期效果，试验成功。
2.7.5.2重合器与重合器配合试验
A、参数设置：
重合器1：重合闸1次，重合闸时间4秒，变比200/5，过流定值30%，过流时间遵循第8条和第2条反时限曲线，重合闸闭锁投入。
重合器2：重合闸1次，重合闸时间6秒，变比200/5，过流定值25%，过流时间0秒，重合闸闭锁投入。
B、试验
通过互感器特性测试仪给重合器与分段器组成的回路加一次电流，当一次电流加到125A时重合器快速分闸，0.5秒以后重合闸，我们第一次 保持故障电流，即：始终给回路加125A电流，重合器重合后，分段器分闸，重合器保持合位；我们第二次给回路加一次电流达到123A时，重 合器分闸，同时我们迅速调整实验电流到零，重合器0.5秒后重合闸成功，分段器保持合位。
C、试验结论，按照重合器、分段器配置原则，动作正确，达到预期效果，试验成功。
2.7.6设备的安装和调试阶段。
试验完成后，我们将实验好的重合器与分段器安装到预先原定好的配网线路上。
2.7.7设备的使用案例
2.7.7.1案例一：2008年5月12日察县110kV变电站10kV七乡线过流二段动作，重合闸成功，经巡线发现10kV七乡线020号杆分段器跳闸，故障 点为10kV七乡线055-056号杆用户伐树，砸断导线，造成线路跳闸。七乡线共有用户39户，分段器后面用户20户，分段器与变电站断路器配 合，迅速切断故障点，重合器重合后，恢复19户供电，5小时后抢修完毕恢复其余用户供电。
2.7.7.2案例二、2008年8月15日金泉110kV变电站10kV金泉线009号杆重合器分闸后重合闸成功，经巡线发现10kV金泉线井灌区支线002号杆 分段器跳闸，故障点为10kV金泉线井灌区支线045号杆至049号杆大风造成树枝搭挂，使线路跳闸。1小时后清理搭挂树枝，恢复供电。金泉 线共有用户52户，分段器后面用户10户，分段器与重合器配合，迅速切断故障点，重合器重合后，恢复42户供电。
2.7.8效益分析
2.7.8.1从提高可靠性方面分析
装分段器前：七乡线末端故障引起全线停电5小时，造成停电户数39户，停电时户数为195时•户，七乡线总用户数39户，根据供电可靠性指 标计算公式：
分析比较：公司安装分段器、重合器后供电可靠率较安装前提高了0.0586%
2.7.8.2、电量损失方面分析
安装分段器前造成约578户用户停电，停电平均时间20小时，平均每户每小时约损失负荷50kW，共计损失电量578000kWh。安装分段器后造成 约285户用户停电，停电平均时间20小时，平均每户每小时约损失负荷50kW，共计损失电量285000kWh。减少损失电量293000kWh。
3结论
目前，通过2007年到2016年近10年的配网大修技改、农网改造、配网基建等项目实施，配网上安装了大部分断路器和重合器，但是经过一段 时间的运行，我们发现，有些重合器和分段器不能充分发挥智能化作用，而且有时分段器和重合器不动作。其原因为：一方面重合器控制器 安装的蓄电池通过电流互感器来充电，经过长时间运行后，蓄电池损坏无法充电，控制器又没有外接220V电源，造成重合闸控制器失去装置 电源，保护退出，线路无保护运行，严重的可产生重合器断路器拒动。另一方面重合器和分段器智能化配合方案不合理，分段器和重合器定 值没有核算设定，发挥不了断路器智能化功能。要想解决以下措施，利用该课题的应用结果，在分段器和重合器安装前，对蓄电池等备用电 源认真检查验收，根据选取安装的线路制定可行的重合器和分段器配合方案，设备运维单位根据线路运行参数，计算准确的定值，将分段器 和重合器能使用的定值都设置好，投入使用，这样配电网的智能化水平一定能够提高，重合器和分段器的智能化功能才得以实现。
参考文献
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作者简介：
杜敬全（1977—），男，大学本科，工程师，主要研究方向为电力工程技术中输配变电网络运行管理；
周戎哲（1968—），男，大学本科，高级工程师，主要研究方向为电力工程技术中输配变电工程技术管理；
祝春环（1985—），女，大学本科，助理工程师，主要研究方向为电力系统继电保护及其自动化工作.
论文作者:杜敬全,周戎哲,祝春环
论文发表刊物:《电力设备》2018年第12期
论文发表时间:2018/8/9
标签：断路器论文; 故障论文; 电流论文; 控制器论文; 线路论文; 动作论文; 时间论文; 《电力设备》2018年第12期论文;