新型饋線自動化分段器的功能設(shè)計

黃建中

（玉溪峨山供電局，云南 峨山653200）

分段器是與線路重合閘配合使用，能識別并在無壓無流下自動隔離故障線段的開關(guān)設(shè)備。有電壓-時間型、電壓-電流型及電流計數(shù)型3種，一般使用電壓-時間型、電壓-電流型，而電流計數(shù)型在網(wǎng)內(nèi)難覓足跡。

電壓-時間型分段器其動作邏輯是“得電合，失電分，短時供電會閉鎖”，它的“得電合”，指得電后各級開關(guān)逐級依次合閘送電，這存在非故障段恢復(fù)送電時間過長的缺點。且其得電合閘過程中要求只能有1 臺分段器合閘，才能避免對故障模糊判斷和越級隔離故障事件的發(fā)生。此兩個技術(shù)特點，限制了電壓-時間型分段器宜安裝于饋線主干線上，且數(shù)量一般不能超過4臺。

為了縮短非故障區(qū)恢復(fù)送電時間，電壓-電流型分段器采取結(jié)合故障電流復(fù)合判據(jù)實現(xiàn)故障隔離和非故障區(qū)的快速恢復(fù)供電的技術(shù)措施。它是在電壓-時間型功能邏輯上，增加了故障電流判據(jù)條件，并設(shè)置了“閉鎖分閘”功能，即：在開關(guān)得電合閘后設(shè)定時間內(nèi)沒有檢測到故障電流的情況下閉鎖分閘，并啟動閉鎖分閘復(fù)歸時間，以減少非故障區(qū)分段器的分閘次數(shù)，提高非故障區(qū)停電時間。閉鎖分閘復(fù)歸時間整定須大于饋線自動化設(shè)備完成一個完整動作過程的時間，這在運行方式變化（如轉(zhuǎn)供電使供電線路上的分段器數(shù)目增加），原按正常方式下所計算的閉鎖分閘復(fù)歸時間可能不滿足饋線自動化設(shè)備所完成一個完整動作過程的時間要求，這樣會造成故障越級隔離。另，當(dāng)電壓-電流型分段器閉鎖分閘時間內(nèi)，又發(fā)生該分段器范圍內(nèi)故障，也會由上級分段器越級分閘隔離故障點，甚至?xí)l(fā)生變電站出口線路開關(guān)重合閘不成功的事件，使停電范圍擴大化。

所以，針對電壓-時間型及電壓-電流型分段器所存在問題，本文提出一種新型電壓-電流型分段器的動作原理，以解決上述存在的問題。

原電壓-電流型分段器其失壓分閘功能邏輯是“先判電壓，后判電流”，即無壓分閘，得壓合閘，若無故障電流，則閉鎖分閘。而新型分段器失壓分閘邏輯是“先判電流，后判電壓”，即失壓前存在故障電流才分閘，否則便保持合閘狀態(tài)。為了與原電壓-電流型分段器有所區(qū)分，結(jié)果失壓分閘動作邏輯特點，把此種新型分段器定義為“電流-電壓型分段器”。

1 電流-電壓型分段器的定值整定原則

電流-電壓型分段器其主要參數(shù)有5個：失電延時分閘時間、得電延時合閘時間、關(guān)合確認時間、故障復(fù)歸時間、故障電流，其中前3個參數(shù)與電壓-時間型分段器相同，后2個是電流-電壓型分段器所新增的參數(shù)。各參數(shù)的整定原則為：

失電延時分閘時間Z：應(yīng)考慮了相鄰線路近端三相短路時電壓降為0 時避免分段器誤判失壓而分閘，并確保上級線路重合閘動作時分段器已分閘。公式為：

得電延時合閘時間X：第一級分段器得電延時合閘時間是按變電站出口開關(guān)第2 次重合閘有效動作而整定，其他各級是防止相鄰上級開關(guān)合于故障后其分閘器誤合閘。公式分別為：一級：X≥+

關(guān)合確認時間Y：關(guān)合確認時間應(yīng)在線路未端動作時間范圍內(nèi)均有效。公式為：Y≥+Δt2且≤-Δt2。

故障復(fù)歸時間Tf：按失壓原因是由該線路故障所造成的有效時間而整定，其整定原則為保證線路故障所引起失壓分閘的動作期間，其線路故障狀態(tài)輸出均有效。公式為：Tf=Z+Δt1。

故障電流：按最小故障電流，取一定靈敏度整定，確保故障時分段器產(chǎn)生線路故障狀態(tài)。

相電流Idz=Imin/klm，零序電流Idz.0=3Imin.0/klm。

參數(shù)字符說明：為相鄰線路過流保護末端動作時間；為相鄰線路重合閘時間；Δt1為時間裕度；Δt2為配合級差；為線路斷路器儲能時間；為相鄰線路重合閘充電時間；為上級開關(guān)關(guān)合確認時間；為線路末端動作時間；為下級自動化開關(guān)得電合閘延時時間；Tmin為線路末端最小兩相短路電流；Tmin.0為線路最小零序電流或電容電流。

某地區(qū)電網(wǎng)，其變電站配網(wǎng)線路出口開關(guān)配置電流I 段、III 段保護，III 段電流動作時限為0.7 s；配置小電流接地檢跳裝置，動作時限為5 s；重合閘為三相一次重合閘，重合閘時限為1.2 s。所以，當(dāng)重合閘充電時間取20 s，彈簧儲能時間取15 s，時間裕度取0.2 s，配合級差取2 s，則按整原則，該地區(qū)電流-電壓型分段器整定為：失壓分閘時限取0.9 s（0.7+0.2）；得電延時合閘時間：線路第1級分段器取37 s（20+15+2），第2 級及以后均取9 s（7+2）；關(guān)合確認時間取7 s（5+2）；線路故障狀態(tài)復(fù)歸時間取1.1 s（0.9+0.2）；故障電流按靈敏度2計算取值。

3 電流-電壓型分段器實例分析

如圖1 所示，典型饋線及故障圖中，相關(guān)開關(guān)按上述定值完成設(shè)置。因配網(wǎng)線路接線變化頻繁，為保證轉(zhuǎn)供電的安全性，故要求聯(lián)絡(luò)開關(guān)均退出所有自動化及保護功能。

圖1 典型饋線及故障示意圖

0 s，故障發(fā)生；

0.7 s，出口開關(guān)0 過流保護延時跳閘（設(shè)故障點在出口開關(guān)過流保護范圍，但不在整斷保護范圍內(nèi)）；

0.7 s+0.9 s=1.6 s，線路開關(guān)1、1.1因失壓前通過故障電流，故失壓分閘。而開關(guān)2、3、2.1、2.2失壓前均未通過故障電流，故保持合閘位置；

0.7 s+1.2 s=1.9 s，出口開關(guān)0 重合閘動作合閘；

1.9 s+37 s=38.9 s，線路開關(guān)1得電合閘，開關(guān)2、3、2.1、2.2段恢復(fù)供電；

38.9 s+9 s=47.9 s，線路分段器1.1 得電合閘，故障點通過電流；

47.9 s+0.7 s=48.6 s，變電站出口開關(guān)0又過流保護延時跳閘；

48.6 s+0.9 s=49.5s，線路開關(guān)1、1.1因失壓前通過故障電流，再次失壓分閘。而開關(guān)2、3、2.1、2.2失壓前均未通過故障電流，仍保持合閘位置；

48.6 s+1.2 s=49.8 s，出口開關(guān)重合閘第2次動作合閘；

49.8 s+37 s=86.8 s，線路分段器1 得電合閘，開關(guān)2、3、2.1、2.2段再次恢復(fù)供電。

線路分段器1.1 得電保持合閘時間為：(48.6 s-47.9 s)<7 s（關(guān)合確認時間），故線路分段器1.1 閉鎖合閘，開關(guān)保持分閘狀態(tài)，隔離了故障點。

其動作過程情況如圖2所示。

按定值設(shè)置情況，圖1 如示故障點4 發(fā)生了永久性故障，按故障發(fā)生時0 s 為參照時限，其動作過程為：

圖2 故障動作過程時序圖

通過這個實例可看出，無故障段的分段器一直保持在合閘狀態(tài)，即非故障段的分段器在故障判斷過程中不再分閘，使非故障區(qū)域用戶的停電時間明顯得以縮短。

為了把電流-電壓型分段器與電壓-電流型分段器、電壓-時間型分段器比較，現(xiàn)選取不同故障點，分別對電流-電壓型、電壓-電流型、電壓-時間型這三種分段器，分析其自動化開關(guān)動作情況。

其動作過程如表1所示。

表1 中涂紅單元格表示開關(guān)最終為正常供電狀態(tài)，涂綠單位格表示開關(guān)最終為分閘狀態(tài)，且處于閉鎖合閘狀態(tài)。通過表1可看出：

涂紅單元格：3種分段器均相同，說明3種類別分段器均能正確恢復(fù)非故障段線路供電。

涂綠單位格：電壓-電流型與電壓-時間型相同。對照圖1，涂綠單元格是故障點兩側(cè)開關(guān)，均閉鎖合閘功能，所以對于電壓-電流型與電壓-時間型分段器的聯(lián)絡(luò)線段，可直接合上未閉鎖合閘的聯(lián)絡(luò)開關(guān)，對非故障段線路轉(zhuǎn)供電。而對于電流-電壓型，只是故障點靠電源側(cè)的開關(guān)有閉鎖信息，而靠負荷側(cè)的分段器無閉鎖功能，故轉(zhuǎn)供電時，必須按聯(lián)絡(luò)線路方向，把失電分閘開關(guān)的下一個開關(guān)斷開，才能合上聯(lián)絡(luò)開關(guān)進行轉(zhuǎn)供電。

開關(guān)狀態(tài)變化情況：對于無故障電流通過的分段器，電流-電壓型分段器是保持合閘狀態(tài)；電壓-電流型分段器是失壓后先分，再合，判斷故障電流是否通過再決定分，所以非故障區(qū)分段器在失壓后分、合各1次；電壓-時間型是失壓后分、合各2次。明確便看出電流-電壓型分段器有效提升了非故障區(qū)的快速恢復(fù)供電時間。

另，對于上述3 種類型的分段器，在故障區(qū)其動作過程時間均一樣，只是非故障區(qū)的分段器動作過程時間不一樣。

3 電流-電壓型分段器應(yīng)用評估

3.1 優(yōu)點

全線均可統(tǒng)一配置為相同的電流-電壓型分段器，而不必區(qū)分按主干線配置電壓型，支線配置電流型，避免對具有聯(lián)絡(luò)功能的線路難于進行主、支線劃分。

與電壓-時間型分段器一樣，其時間定值整定簡單，無上下級分段器逐級配合的要求，在同一電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)可取相同的時限定值。

開關(guān)動作次數(shù)大大減少，減少了設(shè)備維護量，有效延長了設(shè)備生命周期。

縮短了非故障線段停電時間，提高供電可靠性及客戶滿意度。

有效避免分段器非控制范圍內(nèi)的原因所造成誤停電事件的發(fā)生，如上級電網(wǎng)在短期（關(guān)合確認時間內(nèi)）發(fā)生2 次瞬時故障而使分段器誤閉鎖合閘，而使用戶停電事件。

3.2 缺點

故障點靠負荷側(cè)分段器其X時限閉鎖功能無用。電流-電壓型分段器對故障點僅是電源側(cè)閉鎖合閘進行隔離，而故障點靠負荷側(cè)的第一只分段器仍保持合閘位置，須操作斷開故障點靠負荷側(cè)第一只開關(guān)才能對后段線路轉(zhuǎn)供電。如圖1中故障點2發(fā)生了永久性故障，須操作斷開開關(guān)3，才能合上開關(guān)L1 對故障點的后段線路轉(zhuǎn)供電。所以，聯(lián)絡(luò)開關(guān)XL閉鎖功能建議不使用。但因配網(wǎng)線路接線方式變化復(fù)雜，考慮配網(wǎng)轉(zhuǎn)供電的安全性，目前所使用的分段器均不投入聯(lián)絡(luò)開關(guān)關(guān)合延時功能，即自動轉(zhuǎn)供電功能，故該缺陷不影響電流-電壓型分段器推廣使用。

增加故障電流計算。目前所廣泛使用電壓-電流型分段器，對分段器定值整定均不須進行線路故障電流計算。筆者認為這屬一種運行風(fēng)險，在實際運行中發(fā)生過線路末端故障，變電站出口開關(guān)一直未保護跳閘的情況，對設(shè)備、電網(wǎng)、人身風(fēng)險。所以，對于電壓-時間型分段器，也必須要求開展線路故障電流計算工作。以此來看，電流-電壓型分段器所開展的故障電流計算工作，本質(zhì)上是未增加任何整定計算工作量。

4 電流-電壓型分段器配置及運行注意事項

電流-電壓型具有全線均配置為同一類型分段器的優(yōu)點，但須注意以下幾點：

應(yīng)認真校核變電站出口開關(guān)對線路末端故障靈敏度，如不滿足，則必須對相應(yīng)位置的分段器配置電流保護跳閘功能，故障時開關(guān)可靠跳閘來隔離故障點。

對于中性點不接點系統(tǒng)，其零序電流即為電容電流，難于精確計算整定，故應(yīng)注意計算值與運行值對比，并據(jù)情況進行相應(yīng)調(diào)整，確保中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，終端能輸出線路故障狀態(tài)，失壓后可靠動作分閘。

電流-電壓型分段器發(fā)生Y 時限合閘閉鎖事件，其故障點位于該開關(guān)至下級第一個電流-電壓型分段器之間的線段，下級第一個電流-電壓型分段器必須操作斷開，才能對后段線路轉(zhuǎn)供電。

聯(lián)絡(luò)開關(guān)如投入自動化XL 功能，則故障自愈過程中，將造成轉(zhuǎn)供電電源線路出現(xiàn)2次短時停電，才會隔離故障點后供電正常。也就是說，在投入聯(lián)絡(luò)開關(guān)XL功能情況下，一個故障將造成2條線路各發(fā)生2次短時失電。

表1 自動化開關(guān)動作過程對比

5 結(jié)束語

本文所提出的新型饋線自動化分段器，即電流-電壓型分段器，具有功能邏輯簡單，開關(guān)動作次數(shù)減少，全線路配置統(tǒng)一，保護定值通用等優(yōu)點，提升了供電可靠性指標(biāo)，降低了設(shè)備運維及管理工作。所以，電流-電壓型分段器在配網(wǎng)線路中建議廣泛推廣應(yīng)用。