淺述基于快速分閘的開(kāi)關(guān)和智能控制器的故障隔離配網(wǎng)自動(dòng)化方法

徐勤 徐舒妍

摘 要 隨著人們生活水平的進(jìn)步和社會(huì)科技的發(fā)展，人們對(duì)電力的需求越來(lái)越多。與此同時(shí)人們對(duì)用電安全的要求也逐步提升。本文就快速分閘的開(kāi)關(guān)和智能控制器的故障隔離配網(wǎng)自動(dòng)化方法進(jìn)行研究，旨在得出最佳的故障隔離配網(wǎng)自動(dòng)化方法，提升開(kāi)關(guān)和智能控制器的快速切除和故障隔離效率，提高配網(wǎng)的供電可靠性。

關(guān)鍵詞 開(kāi)關(guān);智能控制器;故障隔離;配網(wǎng)自動(dòng)化

當(dāng)前我國(guó)提出了建設(shè)智能電網(wǎng)及提升配網(wǎng)自動(dòng)化覆蓋率的要求，這些國(guó)家政策的發(fā)布有效推進(jìn)了配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用。而故障隔離配網(wǎng)自動(dòng)化方法就是其中一項(xiàng)。開(kāi)關(guān)和智能控制器故障隔離配網(wǎng)一般由快速分?jǐn)嚅_(kāi)關(guān)、智能控制器及電流電壓傳感器組成，通過(guò)合理的優(yōu)化設(shè)置連接后可實(shí)現(xiàn)與變電站出線(xiàn)開(kāi)關(guān)的動(dòng)作時(shí)間配合，從而提升系統(tǒng)快速切除和故障隔離效率，是提高配電網(wǎng)供電穩(wěn)定性的一個(gè)有效保障。

1故障隔離配網(wǎng)自動(dòng)化方法提出的背景

配網(wǎng)是指配電網(wǎng)，是給城鎮(zhèn)及鄉(xiāng)村供電的載體，配網(wǎng)管理效率、運(yùn)行情況的好壞直接關(guān)系到電力用戶(hù)的生活舒適度，甚至關(guān)系到用戶(hù)及家人的人身安全，對(duì)社會(huì)和人們來(lái)說(shuō)具有重要意義。我國(guó)配電網(wǎng)建網(wǎng)初期，企業(yè)管理者更重視發(fā)電和輸電效率，而忽視了配電和用電環(huán)節(jié)的建設(shè)。而幾番城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村電網(wǎng)改造中也基本都是投入大量資金來(lái)升級(jí)、更換配電系統(tǒng)的硬件設(shè)施，配電網(wǎng)的自動(dòng)化管理意識(shí)模糊，在自動(dòng)化建設(shè)方面的投入很少，自動(dòng)化建設(shè)長(zhǎng)期處于起步階段[1]。但是隨著社會(huì)科技的進(jìn)一步發(fā)展，越來(lái)越多的行業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用效果顯現(xiàn)出來(lái)。加之人們用電量的增加，使得人們對(duì)配網(wǎng)可靠性的要求越來(lái)越高。國(guó)家和企業(yè)也逐步提升了對(duì)配電網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)的認(rèn)知，開(kāi)展大力提倡、建設(shè)配網(wǎng)自動(dòng)化，以提升我國(guó)的供電質(zhì)量。此時(shí)，越來(lái)越多的配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)方案被提出來(lái)，用以提升供電的安全性和穩(wěn)定性。本文研究的基于快速分閘的開(kāi)關(guān)和智能控制器的故障隔離配網(wǎng)自動(dòng)化方法就是其中的一種。因?yàn)檫@種方法正如一道防護(hù)墻一樣，可以成功地將故障和供電用戶(hù)隔離開(kāi)，避免故障影響供電用戶(hù)，所以本文將這種技術(shù)稱(chēng)為“配電防火墻”技術(shù)。

2“配電防火墻”技術(shù)方法

2.1 方法原理簡(jiǎn)介

配電網(wǎng)中經(jīng)常會(huì)因?yàn)閱蝹€(gè)電力用戶(hù)的范圍內(nèi)的問(wèn)題引發(fā)整條供配電線(xiàn)路的停電問(wèn)題，降低配電網(wǎng)供電的可靠性和穩(wěn)定性，影響。例如10kV架空線(xiàn)路用戶(hù)進(jìn)線(xiàn)段或者用戶(hù)進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)內(nèi)測(cè)發(fā)生故障，本來(lái)是單個(gè)電力用戶(hù)的問(wèn)題，但是一旦出現(xiàn)單個(gè)用戶(hù)內(nèi)部保護(hù)動(dòng)作時(shí)限與變電站出線(xiàn)開(kāi)關(guān)保護(hù)配合不當(dāng)?shù)膯?wèn)題，就會(huì)造成變電站出線(xiàn)開(kāi)關(guān)保護(hù)掉閘。而這些故障問(wèn)題不是短期問(wèn)題，而是長(zhǎng)期問(wèn)題的話(huà)，就會(huì)引發(fā)其變電站出線(xiàn)開(kāi)關(guān)重合失敗，進(jìn)而引發(fā)整條配電線(xiàn)路停電，進(jìn)而給電力用戶(hù)生活及供電公司聲譽(yù)造成很大影響[2]。而“配電防火墻”技術(shù)應(yīng)用的目的就是通過(guò)應(yīng)用能很快檢測(cè)并發(fā)現(xiàn)故障的職能控制器來(lái)迅速檢測(cè)好發(fā)現(xiàn)故障，并在極短的時(shí)間內(nèi)做出反應(yīng)，利用快速分閘開(kāi)關(guān)再變電站出線(xiàn)開(kāi)關(guān)動(dòng)作前完成故障的隔離、切斷工作，避免本條線(xiàn)路上出線(xiàn)開(kāi)關(guān)跳閘問(wèn)題的出現(xiàn)，將故障用戶(hù)的故障問(wèn)題范圍限制在極小的范圍內(nèi)，進(jìn)而避免本線(xiàn)路上其他非故障用戶(hù)的正常用電遭受影響，提高供電可靠率。

2.2 技術(shù)方案組成及完成的基礎(chǔ)技術(shù)條件

“配電防火墻”技術(shù)方案的組成包括快速分閘開(kāi)關(guān)、智能控制器及高精度電流、電壓傳感器等，下面我們將這些必備技術(shù)條件做一下介紹：

（1）快速分閘開(kāi)關(guān)。按照上面介紹而言，快速分閘開(kāi)關(guān)的作用是在配電網(wǎng)變電站出線(xiàn)開(kāi)關(guān)傳遞故障問(wèn)題前快速反應(yīng)切除故障并實(shí)現(xiàn)隔離，進(jìn)而避免故障問(wèn)題的延伸。所以對(duì)快速分閘開(kāi)關(guān)的隔離速度有一定的要求。當(dāng)前配電網(wǎng)變電站的出線(xiàn)開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)的故障判斷反應(yīng)時(shí)間一般是60毫秒到80毫秒間，所以要求快速切斷開(kāi)關(guān)的反應(yīng)速度在60毫秒之下。而目前配電網(wǎng)中的很多彈簧操縱機(jī)構(gòu)的戶(hù)外架空線(xiàn)柱上開(kāi)關(guān)或者彈簧操縱機(jī)構(gòu)的環(huán)網(wǎng)箱的分閘反應(yīng)時(shí)間大多在50到120毫秒間，加上分閘時(shí)間分散問(wèn)題，這些開(kāi)關(guān)都不能承擔(dān)快速切除故障及隔離的能力。所以我們的技術(shù)方法中應(yīng)用了一種新研究出來(lái)的永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)開(kāi)關(guān)，這種開(kāi)關(guān)的與普通開(kāi)關(guān)的主要差別在于用電磁線(xiàn)圈代替彈簧來(lái)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)的合、分閘，利用其形成的磁力來(lái)控制開(kāi)關(guān)的狀態(tài)。其中永磁機(jī)構(gòu)具有組成較為簡(jiǎn)單、零部件少等特點(diǎn)，尤其是跟彈簧操作機(jī)構(gòu)而言，僅有其零部件的十分之一，與此同時(shí)其動(dòng)鐵芯直接和開(kāi)關(guān)動(dòng)作端連接減少了其反應(yīng)傳動(dòng)環(huán)節(jié)，有效保證了快速反應(yīng)的時(shí)間。研究表明開(kāi)關(guān)分閘時(shí)間不超過(guò)26ms。

（2）智能控制器。對(duì)智能控制器的要求不僅是要具備智能控制的作用，可以對(duì)故障進(jìn)行智能準(zhǔn)確的判斷，并及時(shí)發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)傳輸?shù)椒珠l開(kāi)關(guān)上，令分閘開(kāi)關(guān)做出反應(yīng)。上面提到必須在60毫秒之內(nèi)完成所有動(dòng)作。而50赫茲系統(tǒng)一個(gè)整波傳播過(guò)程至少需要20毫秒的時(shí)間，也就是按照傳播算法，將信號(hào)發(fā)出傳送給分閘開(kāi)關(guān)，至少需要20毫秒，開(kāi)關(guān)分閘時(shí)間用26毫秒的時(shí)間，就會(huì)耗時(shí)46毫秒，這樣耗時(shí)太久。因此應(yīng)用這種方法時(shí)需要設(shè)計(jì)在故障出現(xiàn)的首半波內(nèi)就能算出故障并輸出信號(hào)，并采用IGBT方式進(jìn)行信號(hào)輸出，保證判斷及輸出分閘信號(hào)時(shí)間不超過(guò)10毫秒。

（3）電流、電壓傳感器。智能控制器是根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部輸出的數(shù)據(jù)來(lái)做出具體的故障判斷，要保證判斷的準(zhǔn)確性，就必須保證數(shù)據(jù)的精確性。因此必須保證電壓、電流等傳感器的精度符合采樣數(shù)據(jù)的精度要求，因此本方案執(zhí)行過(guò)程中應(yīng)用非傳統(tǒng)電磁式電流、電壓互感器，消除傳統(tǒng)電磁式、電壓互感器的高頻諧波分量問(wèn)題，保證精度達(dá)到0.5級(jí)甚至更高級(jí)。

3結(jié)束語(yǔ)

總而言之，采用“配電防火墻”技術(shù)有利于避免單一用戶(hù)電力故障引發(fā)的整條線(xiàn)路停電及故障問(wèn)題。但是在實(shí)際配電網(wǎng)中應(yīng)用此技術(shù)時(shí)，必須充分考慮線(xiàn)路的具體情況，選用符合要求的快速分閘開(kāi)關(guān)、智能控制器及電流、電壓傳感器等，保證相關(guān)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及判斷、信號(hào)傳輸及分閘反應(yīng)的速度，及時(shí)完成切除界內(nèi)故障并隔離的目的。

參考文獻(xiàn)

[1] 矯健.配網(wǎng)自動(dòng)化在隔離配網(wǎng)故障中的應(yīng)用探究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016，（32）：214.

[2] 鄧明.配網(wǎng)自動(dòng)化在隔離配網(wǎng)故障及處理應(yīng)用[J].通訊世界，2016，（19）：166-167.

作者簡(jiǎn)介

徐勤（1964-），男，浙江紹興人;學(xué)歷：本科，工程師，高級(jí)技師，現(xiàn)就職單位：國(guó)網(wǎng)浙江杭州市蕭山區(qū)供電有限公司錢(qián)江供電所，研究方向：電氣工程及其自動(dòng)化。