10kV柱上变台箱式组合电器研制

林立轩黄思权陈奕凯黄培强黄仲镇邹筱驹

（1、广东电网公司汕头澄海供电局，广东汕头515800；2、赫兹曼电力（广东）有限公司，广东佛山528000；3、广东电网公司汕头供电局，广东汕头：515000）

摘要：介绍了10kV柱上变台箱式组合电器研制目标，总结了10kV柱上变台箱式组合电器研制的要点。

关键词：10kV柱上变台箱式组合电器；高压电器组合箱；研制要点。

Abstract:Thegoalofdeveloping10kVpoletransformerbox-typecompositeapparatusisintroduced.Thekeypointsofdeveloping10kVpoletransformerbox-typecompositeapparatusaresummarized.

Keywords:10kVpoletransformerbox-typecompositeapparatus,highvoltageapparatuscompositebox,keypointsofdeveloping.

引言

为了进一步提高配电网的可靠性，解决传统10kV柱上变台运行存在问题，通过对10kV柱上变台箱式组合电器的开发研制，目前已形成一套设计方案，并制造了一台样机，进行挂网试运行。

10kV柱上变台电器方式技术革新的必要性

架空配电系统可靠性的提高及其瓶颈

随着南方电网提出了把可靠性作为衡量电网管理到位一项重要战略指标的理念下，全网大力开展以提高可靠性为主要目标的电网改造，并大力改进电网运行管理。

澄海配电网是一个架空电网为主的配电网，经过连续20年积极开展配电网改造，并不断改进运行管理，其可靠性由1973年的0.97逐步提高到2014年的0.9996。

从图（见图一所示）可以看到，澄海配电网可靠性提高经历了3个阶段：（1）快速提高阶段，自1994年至2003年期间，由0.97提高到0.996以上。此期间对配电网进行了大规模改造，主要措施是全面提高杆塔强度以提高抗风能力、大规模使用绝缘导线、改进电网结构等，并逐步加强计划停电管理。（2）稳定阶段，2004年自2009年期间，虽然每年都有微略增长，但一直未能达到0.997。此期间对配电网未采取新的改造措施。（3）2001年以来配电网可靠性增长，此期间的主要措施是逐步提高10kV配电网电缆比例、对架空变台裸露点全面加装绝

图一：澄海供电局10kV配电网可靠性提升过程图

缘护套，并推行10kV带电接火和带电维护。这个发展过程说明，架空配电网可靠性的任然存在提升空间,但也存在着一些瓶颈，这些瓶颈是由架空配电网自身结构的固有缺陷所造成的。只有针对其固有缺陷进行技术改造，才能进一步提高配电网的可靠性。

（二）10kV传统柱上变台故障是影响可靠性的主要因素之一

以澄海配电网为例，目前在网运行10kV变压器近7692台，其中传统10kV柱上变台近7145台，约占92.9%。根据历年对10kV配电网柱上变台整治，加强运行巡视管理，柱上变台故障率有明显下降，但近几年故障统计结果，变台故障次率下降存在一定瓶颈，占全网总故障率总徘徊在30%左右，变台故障时间约为全网故障时间的22.5-25%之间，可见，传统10kV柱上变台故障是影响可靠性的主要因素之一，且难以克服。

（三）10kV传统柱上变台故障的主要成因分析

当前传统的柱上变压器主要电气安装主要采用（见图二所示）10kV架空进线，T接头引线到跌落式熔断器、高计、高压避雷器，接到变压器高压端头，经低压隔离开关、低压出线送电到用户端。在10kV传统柱上变台故障的进一步分类中，比重最大的故障是以下三类：跌落式熔断器损坏、断线、外物碰触引发短路等。而造成以上故障的原因，则是以下三个主要因素：

1•裸露问题传统10kV台变装置存在着大量的裸露点。整个柱上变压器、跌落式熔断器、避雷器、低压出线都是现场杆上安装，杆上带电裸露点有近20个。这些带电裸露点，在恶劣的环境（如台风、暴雨等）下，极容易发生故障。

另外，在辖区人口密集，柱上变压器经常靠近民居安装，带电裸露点也存在很多的不安全因素。特别是婚庆假日，发生过多起因为彩带、彩条、气球等漂浮物品接触柱上变压器的相关附件而导致的停电事故。

因而，通过对变台的各种裸露点大量加装了各种类型的硅胶绝缘防护套，使裸露问题大大改善，但经现场运行收集经验发现，硅胶绝缘防护套出现了老化快、不能重复使用、影响操作和容易脱落等情况，仍未能彻底降低停电时间和停电次数。

2•安装工艺质量问题由于10kV变台的所有电器元件都是在柱台上安装的，且安装连接线、连接点多，受高空作业难度限制及工人技能水平参差补齐影响工艺质量，部分人工接点质量不佳，再加上设备长期曝露潮湿、高温环境，设备锈蚀严重，这是造成日后断线故障频发的主要原因之一。

3•跌落式熔断器操作损伤问题由于跌落式熔断器本身结构简单，又是通过使用绝缘棒实现高空操作的。当操作者在角度、力度等控制不当的情况下容易对跌落式熔断器造成机械或电气损伤，这些损伤经长期积累最终产生跌落式熔断器故障。

图二：传统10kV柱上变压器主要电气安装图

（四）传统10kV柱上变台的使用环境问题

传统10kV柱上变台的使用环境问题十分突出。由于安全距离要求和外形观感问题，常常不为城镇规划部门和近邻群众所接受。此外，城镇、村道等人行道路都比较狭小，很多变台处于人行道外边缘、紧挨民宅和商铺门口，与公共安全距离裕度很小，安全性偏低，变台选址十分困难。变台与道路绿化高杆植物也互为矛盾，容易引发外力破坏的故障。

为进一步提高供电可靠性，试图能够彻底解决存在的问题，提出一个10kV全新模块化柱上变台箱式组合电器设计思路和方案，并对其进行研发、试造和应用。

10kV柱上变台箱式组合电器的研发要点

（一）目标提高整个变台的安全性、可靠性、耐用性，减少高空作业安装工作量，减少故障次数，降低维护强度。在提高安全性的同时，提高环境友好程度，提高10kV架空配电网的质量水平，适应新一轮城镇建设的要求。

(二)主要设想

1、采用柱上变台箱式组合电器装置的方式；

2、将10kV柱上变台所有电器元件集成安装于箱体内，完全消除电器裸露点；

3、研发适用于箱内安装而又可以在箱外操作的新型熔断器；

4、标准化工厂化制造，严格质量控制；大幅度减少现场高空安装工作量，紧凑型结构，安全可靠，环境友好。

5、同时提高整个变台的安全和自动监测功能。

电气主结线

考虑到必须满足箱式结构的检修维护条件，采用了一组3工况隔离刀闸（带接地工况）。10kV电气主接线如下（见图三所示）。0.4KV结线则按实际配电需求确定。

图三:10kV电气主接线图

主参数选择

考虑到有关规程规定柱台式配电变压器不大于500KVA,本装置按630KVA设计。

结构布置和设备选型

分别采用高压电器组合箱和低压电器组合箱。高压电器组合箱安装于变压器之上，低压电器组合箱则安装于变压器之下（见图四所示）。

1、高压电器组合箱

高压电器组合箱分为两个互相隔离的箱室。电源由密封型套管进入隔离刀闸式，采用空气绝缘型三工位隔离刀闸，检修时刀闸置于接地工况。刀闸操作杆及工况位置指示位于箱体右侧面，使用绝缘棒进行分合操作。主箱体内安装有10kV熔断器和避雷器，并连接变压器高、低压出线端子。箱体的前后面均有安装检修门，并按规范配备五防装置。箱体顶部的10kV套管上在出厂前已安装有数米长的电源线，目的是为着减少一组现场接头，确保密封绝缘质量。

图四：10kV柱上变台箱式组合电器

2•10kV弹出式熔断器

10kV弹出式熔断器是专为本项目研发的新型熔断器，在箱体前部以10-15度角倾斜安装，方便操作。熔丝安装于熔丝管中。在熔丝在地面完成安装后，使用加转了专用工具的绝缘棒将熔丝管送入熔断器内。熔丝熔断时，由其内置弹簧加上零件自重将熔丝管向下弹出，其下段露出箱外，此时被弹出的熔丝管脱离行程开关，可以由测控装置送出熔断故障信号，并可跳开低压总开关，避免输出2相电源。此外，被推出的熔断管下端表面的反光漆涂层，便于检修人员快速查找故障。

3•低压电器组合箱

低压电器组合箱的结线方案及设备应该按配电要求配置，应该有一系列常用方案。但总的设想是要做到：

(A)容纳所有低压和二次设备，统一在一个箱体，全面解决满足各种需求，包括计量、监控、自动补偿等设备。不再有另外加挂箱子的情况。

(B)统一结构形式，紧凑布置，分室分区；后面进出线；前面安装计量与监控装置。

后续研发和应用的前景

10kV柱上变台箱式组合电器装置在试制和挂网试运行成功以后，将可继续进行以下两项研发与应用：

1•对现有10kV柱上变台的改造

配套设计一系列高压组合电器箱的底座，作为一个过渡板，连接在高压组合电器箱箱底，以便与不同系列，不同规格，不同厂家的变压器相连接。

2•研发10kV柱上组合箱式变压器

可以展望，新产品将是变压器与10kV电器被设计成为一个整体，实现成套工业生产。现场安装极为简单。设备安全耐用，故障甚少，外观紧凑美观。

参考文献：

[1]贺以燕.预装式变电站与组合式变压器[J].电工技术杂志,2000,(10):9-13,19.

[2]陈发培.10kV跌落式熔断器开关非正常故障频繁的分析及其对策[J].ValueEngineering.2010,(12),219.