（国网平顶山供电公司）
摘要：本文旨在介绍一种新型柱上SF6开关及FTU，能够检测开关两侧的相序、相位和同期，自动判定是否满足合环条件，具备合环保护功能，并与配调平台系统进行对接，实现不停电倒负荷操作。
关键词：合环操作；不停电导负荷；集约化
引言
随着配网系统的不断发展，线路负荷的变化很快，即使原先通过人工验算过满足合环条件的环网配电线路，现在进行倒负荷或检修施工时一般也需要对联络开关两侧的线路进行人工核相，确定相序、相位和同期是否满足要求，然后才能合环，费时费力。
环网供电在停电检修、突发事件或负荷转移时,通过合、解环操作可以减少停电时间,提高供电可靠性，但由此引起的环流对电网的安全运行有很大的影响。一般情况下，操作人员只能凭经验决定是否可以进行合、解环，所以很容易造成方法保守，降低系统供电可靠性。
针对上述问题，为提高供电可靠性，希望首先将联络开关合上，然后再将施工区间两侧的开关拉闸，这样可以使非施工区段不许停电，能够进一步提高供电可靠性。但问题是合环时可能产生较大环流，而因联络开关本身不具备合环保护功能，易引起变电站及其他断路器过流保护动作，发生不必要的线路区间停电。
1检测元件的内置集约化设计
传统合环检测设备不能比较开关两侧三相电压相位差，而分布式电源并网必须检同期，而传统合环检测无此功能。本文将电源侧和负荷侧的三相电压互感器内置于开关本体内部，并对相位、相序自动判定，实现了安装和使用的小型化、高度集成化，能够保证更高的可靠性。
本文中SF6断路器具有高度集约性，在其充满SF6气体的密封箱体内部集成6个电容式电压互感器、3个穿心式电流互感器和1个零序电流互感器，在成熟产品的基础上进行的进一步优化设计，依靠SF6气体优异的绝缘和灭弧能力，完全可以满足其绝缘能力和开断能力。互感器在SF6气体的密封箱体内经过绝缘导线将二次回路引至机构箱的端子排上，并由绝缘电缆线将二次检测回路及操作回路与FTU连接。
柱上SF6开关参数如下：
1）额定绝缘水平：12/42（48）/75(85)；
2）额定短路开断电流：20kA；
3）设计使用周期：30年免维护。
开关主回路结构示意图如下：
2合环判定及保护
环网合环操作主要分为同电压等级的合环和不同电压等级运行的线路,通过变压器电磁回路连接而构成的电磁合环。电网合环运行的条件是:
①相位一致。如首次合环或检修后可能引起相位变化,必须经测定证明合环点两侧相位一致。
②如属于电磁合环,则环网内的变压器接线组别之差为零;特殊情况下,经计算校验继电保护不会误动及有关环路设备不过载,允许变压器接线差30°进行合环操作。
③合环后环网内各元件不致过载;各母线电压不应超过规定值;继电保护与安全自动装置应适应环网运行方式;稳定符合规定的要求。
随着城网改造的逐渐深入,电网中许多变电所实现了手拉手工程。能否进行合环操作，保证输电能力和用户供电，有非常重要的实际意义。通过对合环潮流的理论计算和实际工程的总结可以看出,合环潮流主要与合环点的电压差、相角差、系统等值阻抗和合环前潮流分布等因素有关。因此，在合环操作前针对这几个因素进行初步分析，对保证合环安全有重要意义。
FTU通过开关检测到线路三相电压后自动核相，实现对相位、相序的自动判定，同时FTU自动比较开关两侧A相的同期，实现对同期的自动判定；按照相位、相序和同期性对开关能否合环作出判断。
在断路器控制箱内嵌入集成化自控装置FTU，实现其整体安装尺寸的小型化、功能的高度集成化。FTU集开关操作控制功能、合环前条件判定功能、合环保护功能、线路保护功能、智能终端功能（遥测、遥信、遥控）于一体。要点如下：
①合环前条件判定功能。即，在开关两侧均有电压，接到合闸操作指令时，FTU通过分别比较电源侧和负荷侧三相电压的相位和幅值自动判定开关两侧的相序是否满足合环条件，若不满足则FTU不动作，同时FTU上报合环不成功；若满足，则进行检同期合闸，同时FTU上报合环成功。
②合环保护功能。开关合闸时，FTU自动进行合环电流检测，达到整定值加速出口跳闸，先于变电站及其他断路器跳闸，避免不必要的线路故障；在开关单侧有电压，接到合闸操作指令时，FTU自动开放线路充电保护，充电操作完成后自动恢复线路保护运行。
3智能终端系统
FTU具有过流、短路、方向性接地保护及重合闸功能；同时具备就地遥控、无线通讯，后备电源；可实现遥测、遥信、遥控和遥调等“四遥”功能，其通信接口符合61850规约，兼容常规综自系统规约。可采用北斗/GPRS/光纤任意一种方式进行通讯，与现有调配系统平台对接。实施方案如下图：
通过智能终端系统，能实现如下功能：
①具备过流、短路保护及重合闸功能；
②具备就地遥控、PDA功能，后备电源；
③具备合环条件的判定及操作功能；
④具备合环保护功能；
⑤可采用北斗/GPRS/光纤任意一种方式进行通讯，可实现与现有系统平台对接；
⑥发出合环命令后，FTU通过比较三相电压，判断是否满足合环条件，若不满足则FTU不动作，同时FTU上报合环不成功；若满足，则FTU发出合环命令，开关完成合环操作，同时FTU上报合环成功。
4结论
以现有的配电设备技术、自动化技术为基础，采用智能化技术、集成化技术、嵌入技术理念，研制出了一种小型化的（柱上或环网开关柜内）配电环网合环开关及FTU。具有如下优点：
①相位、相序和同期的自动判定：FTU检测线路三相电压后自动核相，实现对相位、相序的自动判定，同时FTU自动比较开关两侧A相的同期，实现对同期的自动判定；
②合环保护功能：柱上SF6开关通过和配套FTU的配合，能够在极短的时间内快速动作，先于变电站及其他断路器跳闸，避免不必要的线路故障；
③在高度集约化：实现环网条件检测及判定的同时，将所有用于合环条件的检测元件内置于开关本体之中，实现了安装和使用的小型化、集约化；
④高耐候性：多个元件集成一体且内置于封闭箱体中，将检测元件受外界环境的影响降为最低，大大提高耐候性性；
⑤通讯多样性：可采用北斗/GPRS/光纤任意一种通讯方式，可与配调等各种系统平台对接。
作者简介：
武振宇男国网平顶山供电公司教授级高级工程师平顶山市新华路南段6号
郭毅鹏男国网平顶山供电公司教授级高级工程师
付晓男国网平顶山供电公司高级工程师
王逸超男国网平顶山供电公司助理工程师