变压器开关在城市低压配网中的应用分析
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[摘要]本文分析了城市配电网多种接线方式下变压器开关的配置和衔接方法，并提出了环网接线不同时变压器开关的配置、结线方式、容量设计、负荷开关和断路器的选择方法以及在城市电网建设与改造中最大限度地提高电缆线路负载率和变压器开关互联、互供接受和分配电力的方法。
[关键词]城市配网；设备配置；变压器开关
前言
随着我国经济的不断发展，电力用户对配电网的供电可靠性提出了更高的要求。城市配电网处于发展变化中，配电网实际线路与变压器开关、电缆分接箱的配置较复杂，配电网建设的随机性较大，混合形式多，配电网接线与变压器开关的配置没有严格的界线。由于该保护开关体积小、造价低、便于维护和安装，能有效地保护人身及设备的安全等特点，引起了广大电力同行和用户的关注和青睐，掀起了一场低压配电网络安全保护的技术革命。
1.变压器开关内部设备配置方式
变压器开关从结线方式角度可分为单母线不分段结线和单母线两分段（带或不带分段开关）结线。从保护功能角度大致可分为由断路器配置二次保护和由负荷开关配置熔断器保护（或单独由负荷开关构成）2类。一般来说，农村低压电网线长、点多、面广，受复杂地理位置限制，低压电网布局极为困难，针对农村低压电网事故多发生在低压分支线、下户线及室内配线这一特点，可以来说，农村低压电网宜采用三级保护，即：（1）一级低压总保。该保护安装于配电变压器出线侧，主要保护低压主干线，并作为二、三级保护的后备保护。（2）二级低压分保。该保护介于一、三级保护中间，主要保护低压各分支线、下户线，并作为三级保护的后备保护。（3）三级低压家保。该保护安装于电表出线侧，主要用于室内配线及家用电器的保护。
以上三级漏电保护的动作电流及动作时间应协调配合，合理计算。漏电保护开关的选择主要由所保护的范围及人体安全电流来决定，一级保护一般漏电动作电流宜选择在100mA以上，动作时间0.5s以上。
2.环网接线方式和变压器开关的配置
2.1“二减一”单环网接线变压器开关的配置
配电网发展初期，城市郊区、城镇、工商业较发达的地区和市区负荷密度不高的区域一般采用“二减一”接线方式。
当环网采用“二减一”接线方式时，单回馈线的最高负荷应控制在该电缆线路安全载流量的50％以下，电缆线路利用率较低，因此环网内配置的变压器开关数量不宜过多，变压器开关的设计容量不宜过大，进出线单元不宜过多。
2.2“二供一备”单环网接线变压器开关的配置
负荷的增多使得“二减一”接线方式的馈线负载率可能超过50％，因此配电网的网架结构将衍生为“二供一备”的接线方式。
配电网发展中期，变电站出线间隔和电缆通道紧张，与新建1个“二减一”回路相比，采用“二供一备”接线方式可节省1个变电站的出线间隔和1条环网线路，可将线路负载率提高到67％，将开闭所的设计容量增大到2100kVA。采用单母线不分段接线时，为便于接入备用联络线，可在环网端部设置专用的联络变压器开关。当负荷进一步增长时，为避免改组环网结构造成的影响、加快衍生网架结构的建设速度，可将“二供一备”的接线方式衍生为“三供一备”的环网接线方式。
2.3“三供一各”单环网接线变压器开关的配置
负荷的进一步增长使得“二供一备”的馈线负载率大于67％时，可将网架结构优先衍生为“三供一备”或“四供一备”的接线方式，此时馈线负载率可提高到75％-80％，变压器开关的设计容量可增大到2500kVA。
为与“一备”专用电缆线路相适应，变压器开关应设置专用的“一备”联络点。为便于衍生联络点或改组环网，“一备”联络变压器开关既可与单母线结线的负荷开关相连接，也可与单母线结线的电缆分接箱相连接。当该片环网接线形成“四供一备”单环网接线方式时，不宜再增加“一供”馈线，而应从配电自动化功能着手挖掘网络潜力。
2.4互为备用的“三减一”环网接线方式变压器开关的配置
当负荷密度增长到饱和水平时，对用户供电可靠性要求较高的区域可采用互为备用的“三减一”或“多分段多联络”单环网接线方式，已形成“N供一备”接线方式的区域也可衍生为上述接线方式。该接线方式改造环网回路较少，仅在3条线路末端和中间分段处均设置联络开关即可。当一条线路电源故障时，该条线路的负荷可由另外两条线路转带；当一条线路某段故障时，该段线路负荷，也可由另外两条线路转带。线路负载率可达到67％。这时的电缆线路载流量基本达到上限，环网结构基本成熟。如果配电网内又有新增负荷，则需要新建1个环网，而不能在之前的电网上进行衍生改组。因此该接线方式变压器开关的配置，应按馈线最大负载率设计变压器开关的容量。变压器开关内一、二次设备可按最终实现配网自动化功能要求配置或预留装置位置。采用单母线不分段接线的变压器开关，单元数可增加到8单元，便于负荷的送出。这种接线方式的缺点是实际接线较困难，设备投资较多，故障恢复策略复杂，配电网可靠性较低。
2.5“双电源双环网”接线变压器开关的配置
对于城市中心区，重要负荷密集区域，特别是不允许中断供电、对供电可靠性要求较高的区域，应采用“双电源双环网”供电接线方式。“双电源双环网”接线是一种可靠性较高、较成熟的目标环网接线方式，其电缆线路负载率一般小于50％。受城市路径走廊和变压器开关占地的限制，为在投资较小的前提下提高馈线负载率，可采用衍生环网支路的方法，形成“多分段多联络”接线方式。因此可将变压器开关的容量设计为3000kVA，配置8-9单元，其中包括4个手拉手进出线、1个母开关、3-4个馈线。
长期以来，城市配网工作中，特别是农村低压电网，网架结构薄弱，年久失修，倒杆断线、烧配电变压器事故频发，供电的安全、经济、可靠性很差，人身触电伤亡事件也时有发生。由此可见，漏电保护开关的安装应用既有可观的经济效益，又有其广泛的社会效益，这是因为：
（1）建立了一个确保人身触电伤亡的保护屏障，基本上杜绝了人身触电伤亡事故的发生。
（2）能有效地切断漏电电流、短路电流等引起的火灾，烧配电变压器等设备事故的发生。
（3）促进了农村电气化水平的发展和提高。漏电保护开关的应用对线路及家户室内布线提出了较高的要求，经过改造的户内、外低压线路更有利于家用电器的使用和农村电力市场的发展壮大。
（4）减少了私拉乱接、违章用电等现象引起的不明损失电量，提高了经济效益。
（5）促进了农村用电管理水平的提高。
4.意见及建议
笔者建议对保护开关的安装使用应加强以下管理：
（1）广泛深入地开展农村安全用电宣传教育活动，普及漏电保护开关有关知识，让广大用户正确认识和使用漏电保护器。
（2）加强线路和设备的运行管理，提高线路及设备的绝缘水平。
（3）科学合理的进行各级保护配置，力求各级保护在其保护范围内可靠动作。
（4）研制并配置保护器现场校验装置，坚持对保护器作定期试验。
（5）推广应用开关所方面的新技术、新产品，力求在一个区域内使用统一产品。
（6）在县一级供电部门应有专人负责此项工作的推广应用及安装检修培训等技术工作，建立必要的工作制度。
（7）开关所在保护范围内发生电击伤亡事故，应迅速找电工处理以免扩大事故范围，同时，应检查漏电保护器动作情况，保护现场、分析原因、配合保险、供电、司法等部门作进一步的调查和勘察。
（8）应建立和规范漏电保护开关制造、安装、使用及维护等方面的规程和制度，确保这一保护装置发挥其应有的作用。