山區(qū)線路故障隔離方案的研究與應(yīng)用

湯雍 胡敬偉

(國網(wǎng)浙江象山縣供電公司,浙江寧波 315700)

山區(qū)線路故障隔離方案的研究與應(yīng)用

湯雍 胡敬偉

(國網(wǎng)浙江象山縣供電公司,浙江寧波 315700)

隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的高速發(fā)展,目前我國人民對于電力的需求也在不斷提升。在電力使用的過程中,山區(qū)電力線路的使用往往是需要亟待解決的問題。由于山區(qū)的特點,往往具有修復(fù)時間長、難以到達(dá)故障地點、故障不明確等問題?；谶@種特點,在對山區(qū)電力線路解決的過程中,需要使用一種全新的方法,即在山區(qū)電力線路出現(xiàn)故障后,對山區(qū)電力線路進(jìn)行故障隔離。文章討論了山區(qū)電力線路的故障隔離方法。

山區(qū)電力線路 隔離方案 研究與應(yīng)用

電力是我國經(jīng)濟建設(shè)的重要支柱，也是我國城鄉(xiāng)一體化建設(shè)過程中的主要建設(shè)目標(biāo)。但對于我國山區(qū)電力使用而言，山區(qū)的10kv配電線路是最為重要的線路之一，同時也是我公司電力設(shè)施的主要組成部分。但是在實際的使用過程中，山區(qū)10kv配電線路往往具有線路較長、點多、面積廣，同時山區(qū)10kv配電線路極易受到氣候以及地理環(huán)境的影響，而自然災(zāi)害以及外力也很有容易傷害到山區(qū)10kv配電線路。正是由于這樣的情況，在使用山區(qū)10kv配電線路的過程中，往往會出現(xiàn)主站跳閘的情況，主站跳閘會引起大面積的停電事故，對于山區(qū)居民以及企業(yè)的正常用電造成嚴(yán)重影響，甚至?xí)斐删薮蠼?jīng)濟損失。由于山區(qū)的特點，地形較為復(fù)雜，在實際的排查過程中往往會出現(xiàn)排查困難以及巡線復(fù)雜的情況，對于我公司的服務(wù)質(zhì)量造成了極為嚴(yán)重的挑戰(zhàn)，目前及時的將山區(qū)線路故障進(jìn)行隔離，并且將山區(qū)線路故障的范圍盡可能地縮小，成為了我公司目前急需解決的問題。通過公司領(lǐng)導(dǎo)的討論并且借著創(chuàng)新項目的東風(fēng)，我公司組織人員對山區(qū)線路故障這一重要問題開始技術(shù)攻關(guān)，目前已經(jīng)開始實現(xiàn)了加強現(xiàn)有斷路器功能，并且能夠讓斷路器動作靈敏、保護(hù)精確、誤動作減少、單相接地跳閘以及主動報警等功能，能夠廣泛的適用于山區(qū)線路的各種設(shè)備，文章討論了如何山區(qū)線路故障隔離的相關(guān)方案。

1 目前國內(nèi)外對于山區(qū)線路故障隔離方案的研究現(xiàn)狀

1.1 國外對線路故障隔離方案的研究情況

目前國內(nèi)外的電力系統(tǒng)中，中壓真空斷路器的品種較多，并且也有著較多種的型號，有著自身不同的特點，但這些斷路器從絕緣的角度上講，仍然僅為復(fù)合絕緣以及空氣絕緣，從總體的結(jié)構(gòu)上而言，往往為機構(gòu)一體式斷路器以及分體式斷路器。從操動結(jié)構(gòu)上講，中壓開關(guān)產(chǎn)品主要有彈簧機構(gòu)以及電磁機構(gòu)。目前國際上的真空斷路器，在制造以及設(shè)計領(lǐng)域主要為德國西門子公司為代表的空氣絕緣產(chǎn)品以及ABB公司為代表的復(fù)合絕緣產(chǎn)品，這些絕緣產(chǎn)品都能夠在實際的線路發(fā)生故障后進(jìn)行較好地解決。但是在產(chǎn)品的種類方面，德國西門子公司的產(chǎn)品主要由3AF、3AG以及3AH等產(chǎn)品，從操動結(jié)構(gòu)上而言這些產(chǎn)品均為彈簧機構(gòu)產(chǎn)品，并且目前在操動機構(gòu)方面的設(shè)計也逐漸趨于合理，在調(diào)整環(huán)節(jié)上開始逐漸減少，十分有利于將初分速度進(jìn)行提升，并且在機構(gòu)方面也較為省力，但需注意，如果使用這種方法，對于制造精度的要求較高。

1.2 國內(nèi)對于線路故障隔離方案的研究

雖然我國對于線路故障隔離方案研究的起步較晚，但目前已經(jīng)取得了較高的成就。目前我國廣泛使用的為10kv真空斷路器，其操作機構(gòu)是通過電磁機構(gòu)以及彈簧機構(gòu)構(gòu)成的，由于彈簧機構(gòu)在實際的制造過程中往往有零件較多并且制造工藝復(fù)雜等特點，因此在實際的運行過程中極易引起機械故障，但如果使用電磁機構(gòu)，驅(qū)動功率往往較大，接觸力較小，因此在進(jìn)行合閘的過程中，極易引起觸頭跳動等情況影響了真空斷路器的可靠性以及性能。為了避免這一情況，克服在實際的使用過程中電磁機構(gòu)以及彈簧機構(gòu)的不足，就需要將10kv真空斷路器的可靠性以及安全性和使用壽命進(jìn)行提升，并且將驅(qū)動功率進(jìn)行降低。

2 解決我國山區(qū)線路故障隔離過程中問題的方法

通過對目前我國山區(qū)線路故障隔離過程中遇到的問題進(jìn)行分析，我們發(fā)現(xiàn)，為了更好地對我國山區(qū)線路故障進(jìn)行隔離，主要是需要將動作可靠性、分?jǐn)嗫煽啃砸约俺惺墉h(huán)境變化可靠性進(jìn)行研究。

2.1 動作可靠性

對于動作可靠性而言，主要是包括了斷路器在系統(tǒng)發(fā)生故障時的可靠性以及斷路器在實際操作過程中的可靠性。通過對操作機構(gòu)的受力以及運動進(jìn)行相應(yīng)的仿真分析，同時對零部件的設(shè)計進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化，就能夠?qū)嗦菲鞯臋C械壽命進(jìn)行提升，同時也能夠?qū)⒉僮鞯目煽啃赃M(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化。在研究中，可以使用智能控制器進(jìn)行可靠性的分析以及研究，通過這種方式能夠保證斷路器在接收到故障信號后的動作可靠性以及動作特性的一致性。

2.2 分?jǐn)嗫煽啃?/p>

對于分?jǐn)嗫煽啃远?，主要是需要使用現(xiàn)代測試技術(shù)，將斷路器分段過程中的電弧運動以及熄滅過程進(jìn)行相應(yīng)的分析。同時需要通過優(yōu)化設(shè)計等措施，幫主斷路器的滅弧性能以及可靠性進(jìn)行提升。在這一過程中，需要將環(huán)境的變化進(jìn)行考慮，例如高低溫下的動作可靠性以及電磁環(huán)境的變化，即EMC性能需要完全符合相關(guān)的要求。

2.3 承受環(huán)境變化的可靠性

對于山區(qū)而言，環(huán)境的變化是在實際的故障隔離過程中需要面對的最大問題。在變化較大的氣候環(huán)境下，例如極高極低的氣候環(huán)境下的動作可靠性以及電磁環(huán)境的相關(guān)變化都需要符合相關(guān)的要求。同時內(nèi)外部附件的工作可靠性也是目前斷路器在實際使用過程中存在的主要問題，同時也是目前新一代產(chǎn)品以及其他產(chǎn)品在實際的研發(fā)過程中需要著重解決的問題。

2.4 山區(qū)線路故障隔離的關(guān)鍵技術(shù)

通過對山區(qū)線路故障過程中路斷路器需求的研究，我們發(fā)現(xiàn)為了更好的實現(xiàn)山區(qū)線路故障的隔離，首先需要保證斷路器能夠擁有單相接地保護(hù)功能，并且能夠提升查零序電流、零序電壓信號的功能，并在此過程中保證零序電流以及零序電壓信號的準(zhǔn)確性以及靈敏度，從而提升山區(qū)經(jīng)常出現(xiàn)的單相接地事故的隔離能力。而對于動作機構(gòu)而言，則需要盡可能的將動作機構(gòu)進(jìn)行簡化，通過這樣的方式能夠提升動作的穩(wěn)定性以及可靠性。而對于保護(hù)分級而言，則需要研究出定值保護(hù)多分級。由于傳統(tǒng)的保護(hù)定值往往只有3-5個檔位，而對于山區(qū)的電力使用實際情況而言，3-5個檔位顯然無法較好的使用，因此需要將保護(hù)定值進(jìn)行增加。而關(guān)于我國山區(qū)電力使用過程中出現(xiàn)的問題，我們發(fā)現(xiàn)也需要有著自動報警的功能，通過自動報警功能，能夠保證在出現(xiàn)了事故跳閘的情況時，能夠主動的向值班人員發(fā)出報警信號。

3 永磁真空斷路器的相關(guān)技術(shù)以及使用方法

通過對目前我國山區(qū)線路故障出現(xiàn)的問題以及在實際的隔離過程中表現(xiàn)出的不足，我們發(fā)現(xiàn)，為了較好的對山區(qū)線路故障問題進(jìn)行解決，一種較好的方案就是在山區(qū)線路使用過程中引入永磁真空斷路器的相關(guān)技術(shù)。永磁真空斷路器的結(jié)構(gòu)較為簡單，同時工作壽命長，通過使用交流電源來進(jìn)行操作，功率較小。而在實際的使用過程中，永磁真空斷路器能夠做到合閘速度小但分閘速度快的效果，是一種十分理想的操動機構(gòu)。對于永磁真空斷路器而言，機械壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過很多真空滅弧室的機械壽命。但目前對于我國的電力用戶而言，永磁真空斷路器仍然是一種全新的設(shè)備。在永磁真空斷路器的設(shè)計過程中，往往是使用一種中封式的一次性封排的結(jié)構(gòu)設(shè)計，同時在觸頭的材料方面選擇開斷性能優(yōu)秀的CuCr25觸頭原材料以及先進(jìn)的杯狀縱向的磁場觸頭結(jié)構(gòu)設(shè)計。對于外殼方面，目前的大部分的永磁真空斷路器是使用陶瓷外殼，并且整體環(huán)氧樹脂澆注。在永磁真空斷路器的滅弧室方面，機械壽命能夠高達(dá)60000次左右，極大的提升了永磁真空斷路器的使用壽命，而使用環(huán)氧固封技術(shù)將主導(dǎo)電回路、真空滅弧室以及絕緣支撐組合成為一種集成的固封極柱，極大的提升了真空斷路器的環(huán)境耐受能力。對于我國的山區(qū)線路而言，正是需要使用一種有著較高環(huán)境耐受能力的斷路器，因此永磁真空斷路器能夠較好的適用于我國山區(qū)線路，并且在山區(qū)線路發(fā)生故障后也能夠正常工作，保證將故障進(jìn)行隔離。而針對由于我國山區(qū)線路的特點，為了更好的保證能夠在實際的山區(qū)線路發(fā)生故障后進(jìn)行較好的隔離，永磁真空斷路器需要進(jìn)行一定的改進(jìn)，通過智能型永磁真空斷路器的形式能夠更好地適用于我國的山區(qū)線路中。智能型永磁真空斷路器主要是通過在傳統(tǒng)的永磁真空斷路器中加入智能控制模塊完成的，智能控制模塊能夠?qū)崿F(xiàn)斷路器機械特性參數(shù)的在線監(jiān)測，同時也能夠擁有通信功能。正是由于這一特點，在實際的山區(qū)線路使用過程中，若出現(xiàn)了故障，永磁真空斷路器不僅能夠在第一時間將故障進(jìn)行隔離，同時能夠自動進(jìn)行通信，保證盡快的將線路故障進(jìn)行排除。

4 通過永磁機構(gòu)真空斷路器實現(xiàn)山區(qū)線路故障隔離方案的方法

通過上文的討論，我們發(fā)現(xiàn)解決目前山區(qū)線路故障隔離的主要方法就是在山區(qū)線路中使用永磁機構(gòu)真空斷路器。在使用永磁機構(gòu)真空斷路器的過程中，首先需要原裝引進(jìn)10kv永磁機構(gòu)真空斷路器的生產(chǎn)技術(shù)以及生產(chǎn)工藝，并且將10kv永磁機構(gòu)真空斷路器的相關(guān)技術(shù)難點等問題進(jìn)行相應(yīng)的掌握。通過這樣的形式，就能夠?qū)崿F(xiàn)降低機構(gòu)驅(qū)動功率的目標(biāo)，保證在實際使用過程中的機構(gòu)驅(qū)動功率能夠低于2kw，將線路可靠性進(jìn)行較大提升，同時也能夠保證手動分閘的速度能夠達(dá)到要求，基本上可以達(dá)到0.5m/s，機構(gòu)壽命能夠提升至5-10萬次左右，電壽命至少能夠到達(dá)5萬次，對于短路開斷電流方面，能夠達(dá)到40ka或31.5ka等技術(shù)指標(biāo)。在實際的使用過程中，通過永久磁鐵和分閘合閘控制線圈進(jìn)行結(jié)合，能夠較好地解決合閘過程中大功率能量的問題，并且真空滅弧室的動觸頭可以依靠永久磁鐵產(chǎn)生的力通過絕緣拉桿以及拐臂保持在合閘以及分閘的位置上，簡化傳統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)，不僅節(jié)能，而且成本較低。在操動結(jié)構(gòu)方面，不需要使用輔助電器以及機械鎖扣，將機械動作的可靠性進(jìn)行了提升，也減免了維修費用。同時真空斷路器使用餓永磁操動機構(gòu)中的永磁力至少能夠保證在100年內(nèi)不會消失，機構(gòu)壽命也能夠達(dá)到10萬次左右，通過電磁力進(jìn)行分閘合閘，開斷能力較強，并且安全可靠，相比傳統(tǒng)的彈簧機構(gòu)以及電磁機構(gòu)，壽命能夠得到提升。

5 經(jīng)濟以及社會效益

通過本次研究，我們發(fā)現(xiàn)在山區(qū)線路中使用永磁真空斷路器，能夠在故障發(fā)生的瞬間迅速的作出判斷并且作出相應(yīng)的動作，保證故障區(qū)域能夠得到隔離，避免了事故擴大，同時也能夠保證無故障區(qū)能夠正常的進(jìn)行供電，縮小停電區(qū)域，幫助我公司能夠集中人力和物力在相對小的區(qū)域內(nèi)查找事故原因，從而減輕巡線人員的勞動強度，盡快確定搶修方案，提高搶修效率，為提早恢復(fù)供電贏得時間。提高了配電網(wǎng)的可靠性，使我公司處理山區(qū)線路故障的能力大大增加，也能夠提升我公司的工作效率以及用戶的滿意程度，預(yù)計每年能夠節(jié)省搶修山區(qū)線路故障的費用數(shù)十萬元，具有較好的社會經(jīng)濟效益。

6 結(jié)語

在本次研究中，我們發(fā)現(xiàn)對于山區(qū)線路故障，主要的解決方法為使用永磁真空斷路器進(jìn)行解決，通過這樣的方式能夠節(jié)省排除山區(qū)線路故障過程中的人力物力，對于山區(qū)電力用戶以及我公司而言有著重要意義。

[1]王琪.山區(qū)10kV架空線路常見故障的原因及查找方法[J].中小企業(yè)管理與科技,2014(6):299-299.

[2]趙長江.淺析故障定位系統(tǒng)在山區(qū)配電線路單相接地故障中的應(yīng)用[J].建材與裝飾,2014(5):115-116,117.

[3]李茂建.高壓架空送電線路故障原因及快速判定查找分析[J].數(shù)字化用戶,2013(14):105-105.

[4]李龍江.四川電網(wǎng)輸電線路近年一季度故障原因分析及防治措施[J].四川電力技術(shù),2010(3):87-91.

[5]李梓瑋.配電線路故障自動定位與隔離在10KV配電網(wǎng)中的應(yīng)用[J].價值工程,2011(4):44-45.

[6]于洪艷.配電線路故障自動定位與隔離在10KV配電網(wǎng)中的應(yīng)用[J].黑龍江科技信息,2013(32):72-72.

[7]高成友,寧昕,伍雪萍等.基于電壓—時限型遙控單元的10kV架空線路故障自動診斷及隔離系統(tǒng)研究[J].陜西電力,2013(2):68-72.

[8]配電自動化系統(tǒng)在線路故障自動診斷、定位、隔離以及恢復(fù)功能探討[J].農(nóng)業(yè)機械化與電氣化,2005(5):51-52.

[9]潘慶鋒,林振曉,陳春梅等.基于營配信息集成的10kV線路故障停電分析與短信發(fā)送精細(xì)化管理[J].中國電業(yè)(技術(shù)版),2013(11):52-55.

[10]張舉剛,黃列發(fā),廖婷婷等.10kV、35kV線路短路故障電流速算及故障點范圍確定方法分析[J].廣東科技,2013(24):83-83,45.

[11]華靜,熊偉,周艷潔等.10KV配電線路故障分析及其自動化技術(shù)淺析[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2013(2):128.

[12]張寶坤.基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和實時以太網(wǎng)EPA的配電線路全線速斷保護(hù)研究[D].山東大學(xué),2010.