柱上开关电器的分类与应用探讨
随着国民经济的高速发展、用电量不断增加的同时，客户对供电的可靠性及供电质量提出了更高的要求；10kV柱上开关电器在配网中分段和支线的合理应用，为提高供电可靠性立下了汗马功劳。但是由于我国各地区发展极不平衡，配电网的结构与布局日趋复杂，各种技术水平的开关设备有着不同的应用。
1 10kV柱上开关电器的分类
按灭弧介质区分，经历了压缩空气、磁吹、产气材料、油、SF6、真空几个代表性的阶段。
20世纪50年代的多油断路器，由于三相触头同室，其灭弧介质和绝缘介质均为绝缘油，开断容量在1250A以下，开断故障电流时存在爆炸危险。在经济发达地区，已逐渐淘汰油断路器。
SF6断路器和真空断路器是20世纪80年代发展起来的产品，90年代在我国得到广泛的应用，成为取代油断路器的主导产品。其开断电流在16kA及以上，开断短路电流次数多达30次，可10～20年免维护。同时已具有加装电动操作和控制器实现智能化和"三遥"功能。
2 10kV柱上开关电器在线路上的应用
(1) 断路器。出现故障电流后按照整定电流和时间跳闸，一般配备电磁感应线圈和脱扣联动机构，既能开断，又能关合短路电流的断路器，开断故障电流能力较高，作为保护线路用。但因配网断路器保护配合时间短，经常存在越级跳闸的弊端。
(2) 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。变电所内出线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，整路馈线仅重合一次故障电流，完成故障隔离与恢复供电时间较长。因过流速断保护需靠变电所馈线断路器完成而不适用于长线路，随着系统容量的增大，此矛盾已逐步消除。适用于辐射型或环网型的短线路，实现初级自动化。
(3) 分段器。能记录故障电流脉冲次数，在无电压无电流时当故障电流次数达到预设值就自动分闸闭锁，构成电流脉冲计数型分段器。分段器大多与重合器配合使用，自动完成预期的分合及闭锁操作，具有检测与控制操动能力。
(4) 负荷开关。该开关仅在无电压无电流时才能断开，但可以关合故障电流，开断额定负荷电流，其主要作为线路的分段。因造价低在集中式的配电自动化中采用。
根据手动运行、电动运行、自动运行、智能运行模式等不同的运行与控制方式，可以实现就地控制、分布控制、集中控制方式"三遥"功能的馈线自动化。
3 10kV柱上断路器在馈线自动化中的应用
馈线自动化即自动实现故障区段的定位、故障的隔离、非故障区段的供电恢复。要实现自动化，柱上断路器必需具备电动操作，电流、电压检测。一般的说，馈线自动化包括架空馈线自动化和电缆馈线自动化，架空馈线自动化又有以下几种运行模式：
模式一，就地控制方式。重合器、分段器，依据电流、电压、故障电流次数等按照预设的条件实现故障隔离和恢复供电。
模式二，分布智能控制方式。FTU监控终端+断路器(重合器)，在一定区域内的断路器实现故障隔离和恢复供电，但需建设该区域内断路器之间的通道。
模式三，集中远方控制方式。配调中心站+FTU监控终端+负荷开关，由控制中心(分中心)判断故障、隔离故障、恢复供电，但需建设通信通道和控制中心(分中心)，投资较高。
(1) 模式一的特点是不需要通讯手段，利用重合器的重合及动作时限配合来实现故障自动隔离、自动恢复供电。其缺点是若分段越多，隔离故障、转移负荷时间越长。这种模式自动化程度较低，适用于馈线自动化的初级阶段。电流型重合器还会出现频繁跳闸、重合现象，对线路用电设备冲击较大，恢复供电时间较长。
(2) 模式二要求柱上断路器具有电动操作机构，FTU监控终端将检测到的电流、电压信号，断路器状态信号进行比较处理，通过点对点通信，FTU把故障后断路器状态及记录信息传送到临近断路器的FTU，识别出故障区段并自动隔离，然后对非故障区段自动恢复供电；其特点是增加了断路器间通讯，技术较为先进，是配网自动化的过渡阶段。
(3) 模式三是分布式的集中智能控制，将FTU监控终端检测的信息通过通信网络传送至配调控制中心(分中心)，进行全面的计算机管理；在馈线发生故障后，由控制中心(分中心)自动判别后遥控断路器隔离故障区段、恢复非故障区段供电。该模式是一种技术上更为先进的馈线自动化，是配电自动化的最高级阶段。
(4) 柱上断路器在配网中的应用原则：
①使用条件。所有故障都应获得作为瞬时故障处理的机会，避开涌流的影响，分闸后闭锁应仅发生于永久性故障的情况，因分闸后闭锁而切除的线路区段应尽可能少。
②根据负荷大小和线路长短经济合理地安排和选择分段点及开关设备。农村长线路和分支线一般采用电流型重合器+分段器以提高供电可靠性，环网供电网络可采用电压型重合器，具备通信的馈线可采用负荷开关。
③根据安装地点选定额定电流，开断和关合短路电流能力，动、热稳定电流。短路容量一般应选择16kA以上，才能适应电网容量不断提高的要求。
④正确整定其保护配合，如跳闸电流、重合次数、分段器的次数预设、延时时间特性等。
⑤电流型重合器与重合器的配合应充分利用其快、慢的"双时"时间特性曲线，位于电源侧的重合器应至少1次的快速操作，其后的重合器有相同或更多的快速动作。而电压型重合器的延时时间整定应一级比一级延长T(一般设置7s)时间，环网供电中环网点的时间应大于每侧延时时间之和。
⑥重合器与分段器的配合，故障电流次数整定应一级比一级少。
上断路器已完成无油化的过渡，今后将不断向小型化、造价低、安全可靠、技术先进的方向发展，具备长期少维护免维护和配电自动化功能。目前的技术水平，使用SF6封闭的柱上真空断路器具有免维护、防凝露、防机构锈蚀的优点，极大地提高了产品的可靠性，因其优越性将成为配网断路器的首选，适用于手动、电动、自动、智能所有场所。使用SF6封闭式真空灭弧的电压型重合器对电网实行逐步改造时，在断路器本体不动的情况下，通过控制设备的升级，实现由就地方式、分布控制、集中控制的配电自动化升级与过渡。
1 10kV柱上开关电器的分类
按灭弧介质区分，经历了压缩空气、磁吹、产气材料、油、SF6、真空几个代表性的阶段。
20世纪50年代的多油断路器，由于三相触头同室，其灭弧介质和绝缘介质均为绝缘油，开断容量在1250A以下，开断故障电流时存在爆炸危险。在经济发达地区，已逐渐淘汰油断路器。
SF6断路器和真空断路器是20世纪80年代发展起来的产品，90年代在我国得到广泛的应用，成为取代油断路器的主导产品。其开断电流在16kA及以上，开断短路电流次数多达30次，可10～20年免维护。同时已具有加装电动操作和控制器实现智能化和"三遥"功能。
2 10kV柱上开关电器在线路上的应用
(1) 断路器。出现故障电流后按照整定电流和时间跳闸，一般配备电磁感应线圈和脱扣联动机构，既能开断，又能关合短路电流的断路器，开断故障电流能力较高，作为保护线路用。但因配网断路器保护配合时间短，经常存在越级跳闸的弊端。
(2) 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。变电所内出线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，整路馈线仅重合一次故障电流，完成故障隔离与恢复供电时间较长。因过流速断保护需靠变电所馈线断路器完成而不适用于长线路，随着系统容量的增大，此矛盾已逐步消除。适用于辐射型或环网型的短线路，实现初级自动化。
(3) 分段器。能记录故障电流脉冲次数，在无电压无电流时当故障电流次数达到预设值就自动分闸闭锁，构成电流脉冲计数型分段器。分段器大多与重合器配合使用，自动完成预期的分合及闭锁操作，具有检测与控制操动能力。
(4) 负荷开关。该开关仅在无电压无电流时才能断开，但可以关合故障电流，开断额定负荷电流，其主要作为线路的分段。因造价低在集中式的配电自动化中采用。
根据手动运行、电动运行、自动运行、智能运行模式等不同的运行与控制方式，可以实现就地控制、分布控制、集中控制方式"三遥"功能的馈线自动化。
3 10kV柱上断路器在馈线自动化中的应用
馈线自动化即自动实现故障区段的定位、故障的隔离、非故障区段的供电恢复。要实现自动化，柱上断路器必需具备电动操作，电流、电压检测。一般的说，馈线自动化包括架空馈线自动化和电缆馈线自动化，架空馈线自动化又有以下几种运行模式：
模式一，就地控制方式。重合器、分段器，依据电流、电压、故障电流次数等按照预设的条件实现故障隔离和恢复供电。
模式二，分布智能控制方式。FTU监控终端+断路器(重合器)，在一定区域内的断路器实现故障隔离和恢复供电，但需建设该区域内断路器之间的通道。
模式三，集中远方控制方式。配调中心站+FTU监控终端+负荷开关，由控制中心(分中心)判断故障、隔离故障、恢复供电，但需建设通信通道和控制中心(分中心)，投资较高。
(1) 模式一的特点是不需要通讯手段，利用重合器的重合及动作时限配合来实现故障自动隔离、自动恢复供电。其缺点是若分段越多，隔离故障、转移负荷时间越长。这种模式自动化程度较低，适用于馈线自动化的初级阶段。电流型重合器还会出现频繁跳闸、重合现象，对线路用电设备冲击较大，恢复供电时间较长。
(2) 模式二要求柱上断路器具有电动操作机构，FTU监控终端将检测到的电流、电压信号，断路器状态信号进行比较处理，通过点对点通信，FTU把故障后断路器状态及记录信息传送到临近断路器的FTU，识别出故障区段并自动隔离，然后对非故障区段自动恢复供电；其特点是增加了断路器间通讯，技术较为先进，是配网自动化的过渡阶段。
(3) 模式三是分布式的集中智能控制，将FTU监控终端检测的信息通过通信网络传送至配调控制中心(分中心)，进行全面的计算机管理；在馈线发生故障后，由控制中心(分中心)自动判别后遥控断路器隔离故障区段、恢复非故障区段供电。该模式是一种技术上更为先进的馈线自动化，是配电自动化的最高级阶段。
(4) 柱上断路器在配网中的应用原则：
①使用条件。所有故障都应获得作为瞬时故障处理的机会，避开涌流的影响，分闸后闭锁应仅发生于永久性故障的情况，因分闸后闭锁而切除的线路区段应尽可能少。
②根据负荷大小和线路长短经济合理地安排和选择分段点及开关设备。农村长线路和分支线一般采用电流型重合器+分段器以提高供电可靠性，环网供电网络可采用电压型重合器，具备通信的馈线可采用负荷开关。
③根据安装地点选定额定电流，开断和关合短路电流能力，动、热稳定电流。短路容量一般应选择16kA以上，才能适应电网容量不断提高的要求。
④正确整定其保护配合，如跳闸电流、重合次数、分段器的次数预设、延时时间特性等。
⑤电流型重合器与重合器的配合应充分利用其快、慢的"双时"时间特性曲线，位于电源侧的重合器应至少1次的快速操作，其后的重合器有相同或更多的快速动作。而电压型重合器的延时时间整定应一级比一级延长T(一般设置7s)时间，环网供电中环网点的时间应大于每侧延时时间之和。
⑥重合器与分段器的配合，故障电流次数整定应一级比一级少。
上断路器已完成无油化的过渡，今后将不断向小型化、造价低、安全可靠、技术先进的方向发展，具备长期少维护免维护和配电自动化功能。目前的技术水平，使用SF6封闭的柱上真空断路器具有免维护、防凝露、防机构锈蚀的优点，极大地提高了产品的可靠性，因其优越性将成为配网断路器的首选，适用于手动、电动、自动、智能所有场所。使用SF6封闭式真空灭弧的电压型重合器对电网实行逐步改造时，在断路器本体不动的情况下，通过控制设备的升级，实现由就地方式、分布控制、集中控制的配电自动化升级与过渡。
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