配網(wǎng)保護(hù)多次重合閘邏輯與校驗(yàn)技術(shù)

劉 飛，方 鳴，王永晴，李 鑫

(國網(wǎng)上海市電力公司奉賢供電公司，上海 201499)

配電網(wǎng)作為電網(wǎng)的重要組成部分，其安全可靠的運(yùn)行直接關(guān)系到對用戶供電的安全性以及電能質(zhì)量。配電網(wǎng)中的繼電保護(hù)裝置作為配電網(wǎng)運(yùn)行設(shè)備安全保證的屏障，它的正確、可靠動(dòng)作具有重要作用，保護(hù)拒動(dòng)或誤動(dòng)會嚴(yán)重威脅配電網(wǎng)的安全運(yùn)行[1-3]。柱上斷路器用作聯(lián)絡(luò)開關(guān)、分段開關(guān)和支線開關(guān)，是現(xiàn)代電力系統(tǒng)的核心設(shè)備[4-7]。柱上斷路器依靠控制器實(shí)現(xiàn)開關(guān)的跳閘、重合閘以及重合閘加速等功能，與一般開關(guān)不同的是，柱上斷路器需要實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)智能自愈的功能，當(dāng)配電網(wǎng)故障跳閘后，柱上斷路器需要依托控制器實(shí)現(xiàn)跳閘與跳閘后的多次重合閘，以實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)區(qū)段的隔離與非故障區(qū)段的自動(dòng)恢復(fù)供電[8]。

現(xiàn)有相關(guān)文獻(xiàn)將研究方向聚焦在變電站繼電保護(hù)的校驗(yàn)，而對柱上斷路器控制器的重合閘功能校驗(yàn)的研究不足[9-10]。對此，本文提出一種基于可編程時(shí)間繼電器的柱上斷路器控制器檢測方案，研發(fā)一種能對柱上斷路器控制器時(shí)序特性進(jìn)行方便檢驗(yàn)的設(shè)備，極大地提升配電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性與智能化水平。

1 柱上斷路器的應(yīng)用

柱上斷路器通常架設(shè)在電桿上，在一般情況下控制導(dǎo)電通路，對電路進(jìn)行開關(guān)，是一種在電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，利用其內(nèi)部控制器的保護(hù)功能，隔離故障線路的開關(guān)儀器。柱上斷路器具備配電網(wǎng)區(qū)間控制、保護(hù)、投切、自動(dòng)斷開故障電流等功能。通過與故障搜查、控制保護(hù)、高速通信等功能的結(jié)合，一二次融合成套斷路器給配電網(wǎng)的安全性帶來了極大的提高。柱上斷路器絕大部分應(yīng)用在10 kV配電網(wǎng)的分界處，能夠靈活切除接地、短路等故障，并依托多次重合閘完成饋線自動(dòng)化技術(shù)，恢復(fù)非故障段的供電，已成為配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化的核心部件[4-5]。

2 柱上斷路器校驗(yàn)的難點(diǎn)

2.1 柱上斷路器重合閘方式

柱上斷路器重合閘方式分為電流型和電壓型兩種。電流型通過檢測故障電流來實(shí)現(xiàn)對保護(hù)的控制，而電壓型是故障后失壓跳閘，來電延時(shí)重合閘。

電流型重合閘確定故障段需一級一級排查，重合閘次數(shù)較多，對電網(wǎng)沖擊較大，同時(shí)分段越多，需重合閘的次數(shù)越多，時(shí)間也越長，故適用于分支線路和輻射型線路。電壓型重合閘需要與變電站出線斷路器配合進(jìn)行兩次重合閘完成故障隔離與恢復(fù)供電，第一次重合閘確定故障段，第二次重合閘恢復(fù)非故障段供電，因?yàn)橹恢睾祥l一次，完成故障隔離所需的時(shí)間較長，故只適用于短線路。

2.2 校驗(yàn)的難點(diǎn)

繼電保護(hù)測試通常是由電氣二次專業(yè)人員進(jìn)行，然而柱上斷路器的繼電保護(hù)校驗(yàn)需要登桿憑作業(yè)。二次專業(yè)人員一般不能進(jìn)行高空的檢查作業(yè)，而負(fù)責(zé)高空作業(yè)的運(yùn)檢人員也不熟悉涉及控制和保護(hù)的二次專業(yè)知識。如果對柱上斷路器進(jìn)行校檢，電網(wǎng)公司不得不加大人力投入，派出多工種配合工作，效率極低。面對配電網(wǎng)中數(shù)量極多的柱上斷路器，由于缺乏有效的校驗(yàn)手段，運(yùn)維單位不能對所有的斷路器完成計(jì)劃規(guī)定的校驗(yàn)，給配電網(wǎng)埋下了極大的安全隱患。

柱上斷路器的智能自愈功能，本質(zhì)上就是依靠多次重合閘邏輯配合實(shí)現(xiàn)。多次重合閘功能是現(xiàn)代電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化的一種重要手段，對相應(yīng)的開關(guān)設(shè)備進(jìn)行該功能的就地校驗(yàn)工作就顯得尤為重要。由于使用的繼電保護(hù)校驗(yàn)儀器均未配置多次重合閘功能的校驗(yàn)，僅能檢測電流速斷功能，功能非常單一，校驗(yàn)效果十分有限。

3 柱上斷路器現(xiàn)場校驗(yàn)設(shè)備研制

3.1 柱上斷路器控制器校驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

柱上斷路器控制器校驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之處在于開關(guān)動(dòng)作信號的返回接收，柱上斷路器的通斷是根據(jù)控制器的開關(guān)量返回信號來確定的。開關(guān)輔助接點(diǎn)位置信號是決定下一個(gè)環(huán)節(jié)是重合閘還是開通或者閉鎖狀態(tài)的關(guān)鍵量，本方案中開關(guān)位置通過雙位置繼電器模擬，實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置的開關(guān)動(dòng)作信號快速實(shí)時(shí)反饋。因此，試驗(yàn)方案充分考慮了重合閘邏輯的連續(xù)測試，將控制器發(fā)出的各種指令立即轉(zhuǎn)化為開關(guān)量傳輸至控制器，確保整個(gè)測試過程現(xiàn)場的高度還原。

電流和電壓模擬信號的注入可通過設(shè)計(jì)電流量、電壓量、開關(guān)量三路航插電纜來實(shí)現(xiàn)。

圖1 柱上斷路器控制器基本檢測思路

柱上斷路器控制器基本檢測思路如圖1所示。方案采用可編程時(shí)間繼電器，分別控制校驗(yàn)儀的電壓與電流通斷，使模擬量具備時(shí)序功能。通過對多個(gè)智能可編程時(shí)間繼電器進(jìn)行配合控制，實(shí)現(xiàn)了只需啟動(dòng)一個(gè)時(shí)間繼電器即可完成相應(yīng)全部的時(shí)序模擬量注入，極大程度簡化了操作步驟，方便了工作人員登桿作業(yè)，增加了實(shí)用性和便利性。方案也設(shè)計(jì)了5種類型的時(shí)序邏輯，以應(yīng)對開關(guān)位置和功能的不同。

方案根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況設(shè)計(jì)，通過逆變器來實(shí)現(xiàn)電源的輸出，直接將直流低壓電源(檢修車輛的12 V蓄電池)變換為較高的交流電壓。裝置的整機(jī)根據(jù)以上設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)，采用低壓蓄電池供電，依托大功率交流變頻器產(chǎn)生基本交流電壓，通過電感限流和低壓變壓器的配合產(chǎn)生故障電流模擬，通過多抽頭變壓器實(shí)現(xiàn)低諧波測試電壓輸出。

3.2 柱上斷路器校驗(yàn)裝置樣機(jī)結(jié)構(gòu)

柱上斷路器校驗(yàn)樣機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2所示。采用可編程時(shí)間繼電器控制輸入的模擬電流電壓，使其具備時(shí)序功能，用以檢測不同位置、不同重合閘邏輯的柱上斷路器。裝置通過多個(gè)可編程時(shí)間繼電器配合，只需一鍵操作，就可執(zhí)行對應(yīng)斷路器規(guī)定時(shí)序的模擬量注入，操作便捷實(shí)用。

圖2 柱上斷路器校驗(yàn)樣機(jī)結(jié)構(gòu)

4 柱上斷路器校驗(yàn)儀現(xiàn)場試驗(yàn)

柱上斷路器校驗(yàn)儀在設(shè)計(jì)過程中極大程度地優(yōu)化了操作過程，既不需要對一次設(shè)備進(jìn)行改動(dòng)，也無需設(shè)置參數(shù)，只需要根據(jù)現(xiàn)場的開關(guān)類型，一鍵操作即可輸入相應(yīng)的時(shí)序模擬量，完成多次重合閘功能的完整校驗(yàn)。本裝置的現(xiàn)場使用情況如圖3所示。由于本裝置操作簡單方便，現(xiàn)場作業(yè)時(shí)不需要登桿人員也不需要升高車，只需要工作人員使用操作杠在斷路器兩側(cè)掛上試驗(yàn)線就能簡單便捷地完成相關(guān)作業(yè)?？梢远喟嘟M使用，提升了柱上斷路器設(shè)備校驗(yàn)水平的同時(shí)，提高了電網(wǎng)運(yùn)維工作的靈活性。

圖3 裝置現(xiàn)場使用

對使用本文方案前后的校驗(yàn)效果進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，柱上斷路器校驗(yàn)工作由原本的6～8人減少到使用方案后的3～4人，在減少人力投入上效果顯著。同時(shí)，由于校驗(yàn)裝置的便捷性，可以減少登高作業(yè)，不僅減少了登高車之類設(shè)備的使用，還提高了作業(yè)的安全性。在電網(wǎng)柱上斷路器搶修和新設(shè)備投運(yùn)越來越多的背景下，利用本文所設(shè)計(jì)方案進(jìn)行柱上斷路器校驗(yàn)將極大提升檢修工作效率，縮短配電網(wǎng)斷電時(shí)間，提高配電網(wǎng)供電的可靠性。

5 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)了一種用于柱上斷路器的多次重合閘邏輯校驗(yàn)方案，充分分析了柱上斷路器的重合閘特性，將可編程時(shí)間繼電器的技術(shù)和現(xiàn)有檢驗(yàn)技術(shù)融合，實(shí)現(xiàn)了對柱上斷路器控制特性和時(shí)序特性的一種高效校驗(yàn)技術(shù)。

通過對現(xiàn)場的大量考查，設(shè)計(jì)了更加貼近實(shí)際的柱上斷路器重合閘邏輯校驗(yàn)的樣機(jī)。通過現(xiàn)場斷路器的校驗(yàn)試驗(yàn)證明了本方案的有效性和優(yōu)越性。由于目前尚缺少柱上斷路器重合閘邏輯校驗(yàn)技術(shù)的相關(guān)研究，本方案在一定程度上填補(bǔ)了該方面的空缺，有助于進(jìn)一步推動(dòng)配電自動(dòng)化的發(fā)展。