基于狀態(tài)序列的就地型FA測(cè)試方法研究

蘆翔 ,朱林,祁升龍,劉海濤,王放,劉剛

(1.國(guó)網(wǎng)寧夏電力有限公司電力科學(xué)研究院，寧夏 銀川 750011；2.國(guó)網(wǎng)寧夏電力有限公司，寧夏 銀川 750001；3.寧夏電力能源科技有限公司，寧夏 銀川 750011)

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對(duì)供電可靠性提出了更高的要求。因饋線自動(dòng)化(feeder automation，F(xiàn)A)在配網(wǎng)故障處理方面具有提升一線運(yùn)維人員工作效率,減少人工投入,縮短故障處理時(shí)間,非故障區(qū)域自動(dòng)恢復(fù)供電等優(yōu)勢(shì)，所以FA一直被視為提升供電可靠性的重要手段[1]。配電終端是實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化功能的重要組成部分，國(guó)家電網(wǎng)公司雖然提出了配電終端入網(wǎng)全檢的工作要求，但是配電終端入網(wǎng)檢測(cè)項(xiàng)目?jī)H涉及遙測(cè)、遙信、遙控及基本功能測(cè)試內(nèi)容，并未對(duì)配電終端的FA功能測(cè)試提出具體要求[2-3]。供電公司在配電終端投運(yùn)前開(kāi)展的聯(lián)調(diào)測(cè)試工作，亦未涉及FA功能測(cè)試內(nèi)容。因此本文從解決實(shí)際需求出發(fā)，依據(jù)配電終端就地型FA邏輯，提出一種基于狀態(tài)序列的就地型FA測(cè)試方法，并選取寧夏配電網(wǎng)典型配電終端進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證。

1 就地型FA概述

就地型FA不依賴(lài)配電主站控制，故障發(fā)生時(shí)依靠配電終端間的通信、保護(hù)定值配合或者時(shí)序邏輯配合即可實(shí)現(xiàn)故障的定位、隔離及非故障區(qū)域恢復(fù)供電，由于該模式控制邏輯簡(jiǎn)單,定值配置靈活,投入成本較低，因此在農(nóng)配網(wǎng)改造工程中被廣泛應(yīng)用[4]。就地型FA可分為智能分布式FA、電壓時(shí)間型FA、電壓電流時(shí)間型FA及自適應(yīng)綜合型FA。

1.1 智能分布式FA

智能分布式FA對(duì)通信的穩(wěn)定性及時(shí)延要求很高，以光纖組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)快速通信。故障發(fā)生時(shí)，智能分布式FA依靠配電終端間的信息交互，快速實(shí)現(xiàn)故障定位、隔離及非故障區(qū)域恢復(fù)供電，隨后將動(dòng)作處理結(jié)果上送配電自動(dòng)化主站。該策略故障處置時(shí)間為百毫秒級(jí)別且動(dòng)作可靠，但是投入成本較大，因此在供電可靠性要求較高的A+類(lèi)區(qū)域應(yīng)用較多，并未大面積推廣應(yīng)用[5]。

1.2 電壓時(shí)間型FA

電壓時(shí)間型FA主要依靠配電終端間“無(wú)壓分閘、來(lái)電延時(shí)合閘”的邏輯配合及變電站出線開(kāi)關(guān)的二次重合閘實(shí)現(xiàn)故障的定位、隔離及非故障區(qū)域的恢復(fù)供電，一次重合閘可定位故障點(diǎn)并隔離故障，二次重合閘可恢復(fù)非故障區(qū)域供電。

1.3 電壓電流時(shí)間型FA

電壓電流時(shí)間型FA依靠配電終端檢測(cè)開(kāi)關(guān)的失壓次數(shù)、故障電流的流過(guò)次數(shù)，同時(shí)結(jié)合變電站出線開(kāi)關(guān)重合閘實(shí)現(xiàn)故障區(qū)間的判定和隔離[6-7]。一般變電站出線開(kāi)關(guān)需配置三次重合閘，一次重合閘用于躲避瞬時(shí)性故障，線路分段開(kāi)關(guān)不動(dòng)作，二次重合閘定位故障并隔離，三次重合閘恢復(fù)非故障區(qū)域供電。

1.4 自適應(yīng)綜合型FA

寧夏配電網(wǎng)就地型FA均采用自適應(yīng)綜合型FA策略，據(jù)統(tǒng)計(jì)寧夏全省具備自適應(yīng)綜合型FA配置的饋線占比為54.29%。自適應(yīng)綜合型FA在電壓時(shí)間型FA的基礎(chǔ)上，增加“故障電流記憶”功能，具有配電終端定值參數(shù)不會(huì)隨著網(wǎng)架調(diào)整而頻繁更新的優(yōu)點(diǎn)。

圖1 典型多分段多拓?fù)涫纠?/p>

在圖1中，CB為變電站出線開(kāi)關(guān)，一般配置過(guò)流保護(hù)與二次重合閘；FS1、FS2、FS3、FS4為負(fù)荷開(kāi)關(guān)，LC為聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，投入FA邏輯功能，對(duì)應(yīng)的時(shí)間參數(shù)為線路有壓確認(rèn)時(shí)間(X時(shí)間)、長(zhǎng)延時(shí)(C時(shí)間)、合閘保持時(shí)間(Y時(shí)間)、聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)合閘前確認(rèn)時(shí)間(XL時(shí)間)。

在圖1中發(fā)生永久性短路故障f1時(shí)，CB一次重合閘，F(xiàn)S1、FS2有故障記憶執(zhí)行X時(shí)間合閘；FS2合閘后未能保持Y時(shí)間，F(xiàn)S2執(zhí)行正向來(lái)電閉鎖合閘功能；FS3有壓持續(xù)時(shí)間小于X時(shí)間，F(xiàn)S3執(zhí)行反向來(lái)電閉鎖合閘功能；CB二次重合閘FS1單側(cè)來(lái)電合閘成功，而FS2、FS3保持分閘狀態(tài)；FS4在整個(gè)故障處理過(guò)程中沒(méi)有感受到故障電流，因此FS4經(jīng)X+C時(shí)間延時(shí)后合閘，X+C時(shí)間應(yīng)大于線路上所有開(kāi)關(guān)執(zhí)行完分閘、合閘操作的時(shí)間；LC為常開(kāi)狀態(tài)，經(jīng)XL時(shí)間后合閘，XL時(shí)間應(yīng)大于X+C時(shí)間。

2 基于狀態(tài)序列的就地型FA測(cè)試方法

2.1 配電終端就地型FA邏輯

為正確設(shè)計(jì)出配電終端就地型FA功能測(cè)試的狀態(tài)序列，需明確配電終端就地型FA功能邏輯。圖2為單側(cè)來(lái)電合閘邏輯，當(dāng)開(kāi)關(guān)處于分位狀態(tài)，且沒(méi)有閉鎖信號(hào)時(shí)，開(kāi)關(guān)單側(cè)有壓并持續(xù)X時(shí)間后合閘。

圖2 單側(cè)來(lái)電合閘邏輯

當(dāng)開(kāi)關(guān)處于合位狀態(tài)，開(kāi)關(guān)兩側(cè)失去電壓時(shí)，開(kāi)關(guān)分閘，雙側(cè)失壓分閘邏輯如圖3所示。

圖3 雙側(cè)失壓分閘邏輯

當(dāng)開(kāi)關(guān)處于分位，單側(cè)有壓，經(jīng)X時(shí)間延時(shí)合閘后，合閘時(shí)間未能保持Y時(shí)間，則開(kāi)關(guān)正向閉鎖合閘，即單側(cè)來(lái)電有壓時(shí)不合閘，正向閉鎖邏輯如圖4所示。

圖4 正向閉鎖邏輯

當(dāng)開(kāi)關(guān)處于分位，單側(cè)來(lái)電時(shí)，在開(kāi)關(guān)合閘前檢測(cè)到殘壓，即有壓時(shí)間未能達(dá)到X時(shí)間，則開(kāi)關(guān)下游來(lái)電時(shí)不合閘，反向閉鎖合閘邏輯如圖5所示。

當(dāng)開(kāi)關(guān)處于分閘狀態(tài)，且開(kāi)關(guān)兩側(cè)均有電壓，則開(kāi)關(guān)閉鎖合閘，此邏輯用于聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，雙側(cè)有壓閉鎖合閘邏輯如圖6所示。

圖5 反向閉鎖邏輯

圖6 雙側(cè)有壓閉鎖合閘邏輯

2.2 測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)成

圖7為測(cè)試系統(tǒng)接線。測(cè)試系統(tǒng)由10 kV開(kāi)關(guān)、繼電保護(hù)測(cè)試儀、配電終端、端子排及試驗(yàn)接線組成。10 kV開(kāi)關(guān)的分位、合位、公共端的遙信接線經(jīng)端子排轉(zhuǎn)接至配電終端，用于配電終端采集開(kāi)關(guān)位置信號(hào)。10 kV開(kāi)關(guān)的分閘、合閘、公共端的遙控接線經(jīng)端子排轉(zhuǎn)接至配電終端，用于配電終端控制開(kāi)關(guān)分閘或者合閘，繼電保護(hù)測(cè)試儀電壓接線及電流接線經(jīng)端子排轉(zhuǎn)接至配電終端，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電終端施加線電壓及三相電流。

圖7 測(cè)試系統(tǒng)接線

2.3 配電終端就地型FA功能測(cè)試

選取寧夏公司使用的典型配電終端進(jìn)行測(cè)試，設(shè)置配電終端為分段模式，邏輯時(shí)間分別為X=20 s，Y=5 s，C=35 s，XL=56 s，過(guò)流I段定值1 A/0 s，且保護(hù)只投告警。Uab為電源側(cè)電壓，Ubc為負(fù)荷側(cè)電壓。開(kāi)關(guān)初始狀態(tài)為分位，表1為基礎(chǔ)邏輯功能及正向閉鎖功能測(cè)試結(jié)果，每個(gè)序號(hào)為一個(gè)測(cè)試的狀態(tài)序列并對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)在狀態(tài)序列結(jié)束時(shí)的位置狀態(tài)。

表1 基礎(chǔ)邏輯功能及正向閉鎖功能測(cè)試結(jié)果

進(jìn)行反向閉鎖功能測(cè)試時(shí)，開(kāi)關(guān)初始狀態(tài)為合位，測(cè)試結(jié)果如表2所示。

表2 反向閉鎖功能測(cè)試結(jié)果

進(jìn)行雙側(cè)有壓閉鎖合閘，單側(cè)有壓延時(shí)合閘功能測(cè)試時(shí)，開(kāi)關(guān)初始位置為分位，測(cè)試結(jié)果如表3、表4所示。

表3 電源側(cè)失壓測(cè)試結(jié)果

表4 負(fù)荷側(cè)失壓測(cè)試結(jié)果

3 測(cè)試結(jié)果分析

3.1 基礎(chǔ)邏輯功能測(cè)試分析

為驗(yàn)證配電終端就地型FA基本邏輯功能，設(shè)計(jì)了表1的狀態(tài)序列進(jìn)行測(cè)試。由狀態(tài)序列1可知，當(dāng)配電終端沒(méi)有故障記憶時(shí)，配電終端經(jīng)過(guò)X+C(55 s)時(shí)延后控制開(kāi)關(guān)合閘。狀態(tài)序列3執(zhí)行完以后，配電終端上送過(guò)流I段告警，此時(shí)配電終端已有故障記憶。由狀態(tài)序列4可知，雙側(cè)失壓時(shí)，配電終端控制開(kāi)關(guān)分閘。由狀態(tài)序列5可知，當(dāng)配電終端有故障記憶時(shí)，配電終端經(jīng)X(20 s)延時(shí)后控制開(kāi)關(guān)合閘。

3.2 正向閉鎖功能測(cè)試分析

由表1狀態(tài)序列5及狀態(tài)序列6可知開(kāi)關(guān)合閘后未能保持Y(5 s)時(shí)間，配電終端上送正向閉鎖告警。由狀態(tài)序列8可知，配電終端經(jīng)X(20 s)時(shí)延后，未能控制開(kāi)關(guān)合閘，正向閉鎖功能得到驗(yàn)證。

3.3 反向閉鎖功能測(cè)試分析

由表2狀態(tài)序列1可知，配電終端有故障記憶；由狀態(tài)序列3可知，配電終端單側(cè)得電時(shí)間不足X時(shí)間(20 s)，配電終端上送反向閉鎖遙信；由狀態(tài)序列5可知開(kāi)關(guān)負(fù)荷側(cè)單側(cè)有壓時(shí)間大于X(20 s)時(shí)延時(shí)，配電終端不能控制開(kāi)關(guān)合閘，反向閉鎖功能得到驗(yàn)證。

3.4 雙側(cè)有壓閉鎖合閘功能測(cè)試

表3及表4模擬聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)投入就地型FA功能的情況，當(dāng)開(kāi)關(guān)電源側(cè)及負(fù)荷側(cè)均有電壓時(shí)，開(kāi)關(guān)始終處于分位狀態(tài)；當(dāng)電源側(cè)或者負(fù)荷側(cè)，一側(cè)失去電壓時(shí)，配電終端經(jīng)XL(56 s)時(shí)延后控制開(kāi)關(guān)合閘，由此可知開(kāi)關(guān)雙側(cè)有壓閉鎖合閘功能得到驗(yàn)證。

4 結(jié) 論

針對(duì)寧夏配電網(wǎng)就地型FA配置原則研究了基于狀態(tài)序列的就地型FA測(cè)試方法，該方法可對(duì)單臺(tái)配電終端就地型FA邏輯的無(wú)故障記憶長(zhǎng)延時(shí)合閘、有故障記憶X延時(shí)合閘、失壓分閘、正向閉鎖、反向閉鎖、雙側(cè)有壓閉鎖合閘功能進(jìn)行驗(yàn)證，可在配電終端投運(yùn)前發(fā)現(xiàn)定值設(shè)置不合理的情況，避免配電終端投運(yùn)后FA拒動(dòng)、誤動(dòng)等風(fēng)險(xiǎn)?；跔顟B(tài)序列的就地型FA測(cè)試方法測(cè)試接線簡(jiǎn)單，利用繼電保護(hù)測(cè)試儀器即可完成測(cè)試，該方法易于在供電公司進(jìn)行推廣。