10 kV農(nóng)網(wǎng)架空線路的智能化提升實(shí)踐案例

毛之俊，何官清

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司衢州供電公司，浙江 衢州 324000）

由于農(nóng)村電網(wǎng)中10 kV架空線路覆蓋廣闊，運(yùn)行環(huán)境較為復(fù)雜，引起開關(guān)動(dòng)作因素多、跳閘停電率高。傳統(tǒng)的10 kV饋線方式故障判斷困難、隔離故障點(diǎn)時(shí)間長(zhǎng)，需要通過反復(fù)的人工拉合開關(guān)試送進(jìn)行縮小范圍、確定故障點(diǎn)[1]。原先采用SF6柱上開關(guān)，雖然提高配電網(wǎng)的供電可靠性，但跳閘后不能自動(dòng)重合，各個(gè)柱上開關(guān)之間跳閘電流和時(shí)間無法配合，對(duì)瞬時(shí)性故障，反而擴(kuò)大停電范圍[2]；同時(shí)缺少通信功能，難以為故障排查提供信息輔助。類似雷擊、用戶側(cè)設(shè)備故障、風(fēng)雨天的樹木碰線、小動(dòng)物誤登桿等瞬時(shí)故障停電原因，需要在故障范圍內(nèi)，逐基登桿進(jìn)行檢查，往往耗費(fèi)了大量人力和時(shí)間的情況下，卻很難精確查明故障點(diǎn)或故障原因。

2017年國(guó)家電網(wǎng)有限公司正式發(fā)布了Q/GDW 10370—2016《配網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)則》[3-4]，對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置、配電自動(dòng)化及信息化進(jìn)行了重新明確和重要規(guī)定，對(duì)未來配電自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用具有重要指導(dǎo)意義[5]。饋線自動(dòng)化[6-7]作為配電自動(dòng)化系統(tǒng)最為重要的功能之一，對(duì)快速處理配電網(wǎng)故障、提升供電可靠性與搶修效率具有重要作用，其實(shí)現(xiàn)方式主要包括集中型和就地型兩種方式[8-9]。

在架空線路上安裝具有自動(dòng)化功能的柱上開關(guān)（統(tǒng)稱智能開關(guān)），發(fā)生故障時(shí)柱上開關(guān)能自動(dòng)隔離故障區(qū)域，縮短故障查找的事件，迅速恢復(fù)非故障區(qū)域的正常停電，是饋線自動(dòng)化的主要實(shí)施理念[10]

智能開關(guān)重合閘功能的正常投運(yùn)，是饋線自動(dòng)化功能實(shí)現(xiàn)的主要基礎(chǔ)。現(xiàn)階段用于判別瞬時(shí)故障和永久故障、進(jìn)行縮小故障隔離范圍、提升供電可靠性和用戶滿意度的重要措施。未來是網(wǎng)格內(nèi)聯(lián)絡(luò)網(wǎng)架故障智能診斷和供電自適應(yīng)恢復(fù)的重要節(jié)點(diǎn)。

本文立足衢州地區(qū)的多丘陵地形特點(diǎn)，選擇最具代表性的35 kV荊溪變電站10 kV學(xué)院Q512線為實(shí)踐對(duì)象，通過2019—2020年的運(yùn)行故障數(shù)據(jù)分析，羅列不同原因引起的停電次數(shù)進(jìn)行分類，并橫向查找衢州地區(qū)同類原因引起停電時(shí)的瞬時(shí)過電流值清單，確定引起智能開關(guān)動(dòng)作的過電流停電故障主要原因。通過對(duì)統(tǒng)計(jì)的大數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析，推導(dǎo)與現(xiàn)象相適應(yīng)的計(jì)算公式，在不違反智能開關(guān)重合閘整定值的相關(guān)規(guī)定的前提下，得到相對(duì)理想的瞬時(shí)動(dòng)作和重合閘整定的取值。

借助Ⅳ區(qū)主站系統(tǒng)的遠(yuǎn)程操作功能，將測(cè)算出的理想智能開關(guān)重合閘整定值及重合閘時(shí)間值錄入，替換原值并投入試運(yùn)行。同時(shí)監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)在雷擊、用戶側(cè)設(shè)備故障、風(fēng)雨天的樹木碰線、小動(dòng)物誤登桿等因素，瞬時(shí)故障引起的停電，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)重合閘整定的效果，在對(duì)2020年整定取值調(diào)整前后運(yùn)行狀況的比對(duì)分析后，提出較為適合多丘陵地形的重合閘整定值和時(shí)間設(shè)置，最終通過現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)實(shí)測(cè)驗(yàn)證計(jì)算公式的合理性。

1 整定值調(diào)整前運(yùn)行狀況

1.1 故障事件情況

1.1.1 故障原因分析

10 kV學(xué)院Q512線自2018年9月進(jìn)行柱上開關(guān)智能化改造后至2020年9月底，共累計(jì)發(fā)生停電事件12起，引起停電事件的原因分析歸類，如表1所示。

表1 10 kV學(xué)院Q512線停電事件的原因分類

根據(jù)不同原因引起的停電次數(shù)進(jìn)行分類后發(fā)現(xiàn)，雷擊引起的瞬時(shí)過電流、小動(dòng)物和樹木碰線引起的相間短路過電流是引起10 kV學(xué)院Q512線跳閘的主要原因。

1.1.2 故障原因次數(shù)統(tǒng)計(jì)

2018年9月—2020年9月底，衢州地區(qū)柯山片區(qū)6個(gè)網(wǎng)格因同類型故障原因引起停電的次數(shù)54起，如表2所示。

表2 柯山片區(qū)停電事件的原因分類

同時(shí)段因雷擊引起的瞬時(shí)過電流、小動(dòng)物和樹木碰線引起的相間短路過電流，是引起停電事件的主要原因。

1.2 參考整定值動(dòng)作情況

根據(jù)原智能開關(guān)的出廠整定，主線分段開關(guān)的過流動(dòng)作設(shè)整定值都默認(rèn)為400 A，動(dòng)作時(shí)間500 ms；一級(jí)分支線，整定值都默認(rèn)為300 A，動(dòng)作時(shí)間400 ms；二級(jí)分支線，整定值都默認(rèn)為200 A，動(dòng)作時(shí)間300 ms。鑒于農(nóng)村電網(wǎng)運(yùn)維環(huán)境的復(fù)雜性，以及供電安全角度，因此分支線上的智能開關(guān)自動(dòng)重合閘功能一直未發(fā)揮作用。

2 整定值調(diào)整方案的論證

2.1 整定調(diào)整依據(jù)

根據(jù)Ⅳ區(qū)主站系統(tǒng)中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，2019年1月1日至2020年4月30日，10 kV學(xué)院Q512線共發(fā)生智能開關(guān)跳閘引起的停電事件5次，且均為10 kV學(xué)院Q512線49#桿分支線上智能開關(guān)動(dòng)作，其中引起主線停電事件4起，發(fā)生概率80%。如表3所示。

針對(duì)這一現(xiàn)象做進(jìn)一步原因分析發(fā)現(xiàn)，是由于分支開關(guān)與上一級(jí)分段開關(guān)動(dòng)作電流值設(shè)定相同，且動(dòng)作延時(shí)時(shí)間大于分段開關(guān)，因而出現(xiàn)分支線故障不跳分支開關(guān)、跳主線分段開關(guān)的現(xiàn)場(chǎng)。

因此，本文選定49#桿智能開關(guān)作為重合閘整定取值調(diào)整的實(shí)踐對(duì)象。

從理論上要實(shí)現(xiàn)分支線開關(guān)整定值調(diào)整，需要對(duì)四個(gè)相關(guān)因素進(jìn)行數(shù)據(jù)查找和分析，包括：變電站內(nèi)過流整定值和重合閘時(shí)間、主線分段開關(guān)的整定值及時(shí)間、智能開關(guān)后段掛接用戶的負(fù)荷情況、后段開關(guān)重合閘動(dòng)作時(shí)間。

35 kV荊溪變電站內(nèi)對(duì)10 kV學(xué)院Q512線Ⅱ段過流整定值為540 A，過流Ⅱ段時(shí)間800 ms（49#桿屬于線路后段，如圖1所示），重合閘時(shí)間0 s。

主線分段開關(guān)21#桿和36#桿為柱上開關(guān)（非智能開關(guān)），過流整定值為600A，過流時(shí)間400 ms。

10 kV學(xué)院Q512線49#桿分支線上配變負(fù)荷4650 kVA。

10 kV學(xué)院Q512線49#桿分支線后段的開關(guān)，都是柱上開關(guān)，未設(shè)定重合閘功能，因此本文中忽略該因素。

表3 Ⅳ區(qū)主站系統(tǒng)10 kV學(xué)院線故障統(tǒng)計(jì)

圖1 荊溪變電站10 kV學(xué)院Q512線單線圖

2.2 整定調(diào)整方案

2.1.1 動(dòng)作整定取值

根據(jù)上述四個(gè)已知的因素，對(duì)10 kV學(xué)院Q512線49#桿分支智能開關(guān)的級(jí)差保護(hù)設(shè)置，設(shè)定動(dòng)作電流值和動(dòng)作時(shí)間應(yīng)小于上一級(jí)開關(guān)的動(dòng)作值。根據(jù)智能開關(guān)的設(shè)置原理，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況和歷史運(yùn)維數(shù)據(jù)的分析，經(jīng)測(cè)算后數(shù)字取整，得到Q512線49#桿分支智能開關(guān)理想整定取值應(yīng)為500A。

由于現(xiàn)有49#桿已安裝的智能開關(guān)最大整定值僅有400 A，結(jié)合該線路上配變都未出現(xiàn)重過載情況，因此對(duì)負(fù)荷總額值進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，同時(shí)提高裕量，經(jīng)測(cè)算后數(shù)字取整，得到的理想整定取值應(yīng)為400A。

根據(jù)上下級(jí)保護(hù)事件級(jí)差的配合原則[10]：相間故障時(shí)，斷路器跳閘時(shí)間值計(jì)算：根據(jù)智能開關(guān)自身的取值設(shè)定規(guī)則，確定立項(xiàng)取值為300 ms。

2.1.2 重合閘時(shí)間取值

根據(jù)《國(guó)網(wǎng)衢州供電公司配網(wǎng)保護(hù)配置及整定（征求意見稿）》第13條規(guī)定：對(duì)于變電站過流I段投入且動(dòng)作時(shí)限為0 s的線路，一級(jí)分支重合閘時(shí)間建議取20 s，二級(jí)分支線重合閘時(shí)限取25 s。

對(duì)照線路單線圖可知，10 kV學(xué)院Q512線49#桿分支屬于一及分支，根據(jù)文件要求對(duì)智能開關(guān)的重合閘時(shí)限設(shè)定為20 s，調(diào)整前后的整定值和動(dòng)作時(shí)間配置情況如表4所示。

表4 10 kV學(xué)院Q512線49#桿智能開關(guān)參數(shù)設(shè)置

表5 荊溪變電站10 kV學(xué)院Q512線智能開關(guān)安裝后故障停電情況

3 整定值調(diào)整后運(yùn)行狀況

3.1 整定方案的實(shí)施效果

10 kV學(xué)院Q512線49#智能開關(guān)安裝后，自2019年1月1日—2020年9月30日，共發(fā)生停電事件7起，系統(tǒng)數(shù)據(jù)如表5所示。

2020年4月30日—9月30日，10 kV學(xué)院Q512線49#桿智能開關(guān)調(diào)整后，共發(fā)生停電事件2起、重合閘成功2次，重合閘成功率100%，未造成主線停電事件。

自2020年4月30日對(duì)10 kV學(xué)院Q512線49#桿智能開關(guān)整定值調(diào)整后，10 kV學(xué)院Q512線49#桿后段分支線供經(jīng)歷了兩次故障停電事件，均為瞬時(shí)過電流事件，原因分別是用戶側(cè)故障1次、雷擊過電流1次。兩次事件均未造成主線停電，并且在避開過電流后自動(dòng)重合閘成功，實(shí)現(xiàn)了正常送電。重合閘成功率如表6所示。

表6 10 kV學(xué)院Q512線49#桿參數(shù)調(diào)整后效果

4 結(jié)束語

通過2020年5—9月的運(yùn)行檢測(cè)，尤其是迎峰度夏期間（7—9月）的運(yùn)行成效，說明在丘陵地區(qū)，該智能開關(guān)整定值設(shè)定具有較高的可行性，可以針對(duì)不同線路，進(jìn)行不同參數(shù)值的合理配置，滿足線路自動(dòng)化的運(yùn)維需要。

本開關(guān)整定計(jì)算，為一線員工提供簡(jiǎn)便有效的方法，為推進(jìn)架空線路智能化實(shí)踐應(yīng)用提供了理論依據(jù)和選型方法。對(duì)已實(shí)現(xiàn)兩聯(lián)絡(luò)或三聯(lián)絡(luò)的網(wǎng)架，如“合閘速斷+聯(lián)絡(luò)通信”或“合閘速斷+聯(lián)絡(luò)通信+主站系統(tǒng)”提供切實(shí)有效的研判數(shù)據(jù)，出現(xiàn)智能開關(guān)重合閘失敗時(shí)，可以通過兩次停電時(shí)限判斷故障位置，通過GPRS/SMS通信方式，在幾十秒的時(shí)間內(nèi)，使最靠近故障點(diǎn)的后端智能開關(guān)斷開，實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)兩端的隔離；然后根據(jù)預(yù)定方案，使故障點(diǎn)的后側(cè)正常設(shè)備通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)的關(guān)合，將負(fù)荷掛接至另一聯(lián)絡(luò)線路上實(shí)現(xiàn)正常供電[11]。