甘南供電公司就地饋線自動化FA控制策略研究

曹 怡，趙和廷，曹旭東，汪麗君

（1.國網(wǎng)江西省電力有限公司九江供電分公司，江西 九江 332000；2.國網(wǎng)甘肅省電力公司甘南供電公司，甘肅 甘南 747000）

0 引言

甘南藏族自治州地理面積為38 521 km2，人口為69.1萬，典型的地廣人稀之地，10 kV線路平均長度為43.9 km，一條10 kV線路永久性故障可能造成幾個鄉(xiāng)鎮(zhèn)停電。甘南地理位置和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)特別適合就地饋線自動化技術(shù)的推廣，就地實(shí)現(xiàn)故障線路自愈，最大程度減少停電范圍，故障精準(zhǔn)定位，快速恢復(fù)故障線路送電[1-2]。電壓時間型FA控制策略是通過開關(guān)“無壓分閘、來電延時合閘”的工作特性，配合變電站出線開關(guān)二次合閘來實(shí)現(xiàn)，一次合閘隔離故障區(qū)間，二次合閘恢復(fù)非故障段供電，出線開關(guān)和分段開關(guān)需分合兩次[1-3]。

文中根據(jù)甘南公司配網(wǎng)實(shí)際需求，對電壓電流型FA控制策略進(jìn)行研究，10 kV主干線分段開關(guān)為“電壓電流型”FA控制策略，通過“無壓分閘、來電延時合閘、Y時限檢測故障電流快速分閘”方式，配合變電站出線開關(guān)重合閘，實(shí)現(xiàn)故障定位與自動隔離故障，分支開關(guān)與變電站出線開關(guān)進(jìn)行電流大小和時限極差保護(hù)配合，快速隔離分支故障。甘南公司正在基于D5000構(gòu)建配網(wǎng)主站，逐步實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)線路FTU開關(guān)三遙（遙測、遙控、遙信）功能，就地饋線自動化線路改造工作配合甘南配網(wǎng)主站實(shí)施。

1 就地饋線自動化線路的選擇

公司開展試點(diǎn)配網(wǎng)10 kV線路“就地饋線自動化技術(shù)”改造，線路應(yīng)選擇有效單聯(lián)絡(luò)線路，負(fù)荷能夠全面轉(zhuǎn)供，線路應(yīng)足夠長，主干線上有至少兩個分段開關(guān)，將線路分成三分段，主干線與聯(lián)絡(luò)開關(guān)均配置FTU開關(guān)，通過D5 000接入甘南配電自動化主站，實(shí)現(xiàn)三遙，所有分段開關(guān)和聯(lián)絡(luò)開關(guān)盡量選擇同一個廠家同型號的設(shè)備，優(yōu)先選擇故障頻發(fā)的郊區(qū)線路，避免選擇有敏感用戶或者重要用戶的線路。

選取110 kV合作變10 kV合多線122作為試點(diǎn)線路，與35 kV門浪變10 kV卡加曼線通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)F31連接，2019年底已完成10 kV合多線主線所有分段開關(guān)和聯(lián)絡(luò)開關(guān)的FTU開關(guān)更換，F(xiàn)TU自動化終端廠家為南京攏源匯能電力科技有限公司。由110 kV合作變出線算起，此線路總長29.71 km，共計Y129基電桿，18臺公變，容量9 675 kVA，主線有變電站出線開關(guān)122，三個分段開關(guān)（D11、D21、D31），五個線路分支。該線路供電區(qū)域?qū)儆贓類，無重要用戶和重要負(fù)荷。

2 FA控制策略說明

2.1 常見的名詞解釋

1）就地型饋線自動化（FA）：指利用配電自動化終端監(jiān)視配電網(wǎng)的運(yùn)行狀況，及時發(fā)現(xiàn)配電網(wǎng)故障，進(jìn)行故障定位、隔離和恢復(fù)供電[3-5]。

2）X時限：指開關(guān)合閘時間，若開關(guān)一側(cè)來壓持續(xù)時間沒有超過X時限線路失壓，則啟動X閉鎖，在來電時反向送電不合閘?？衫斫鉃閄時限用于檢測開關(guān)電源側(cè)是否存在故障[1，4，6]。

3）Y時限：指故障檢測時間，開關(guān)合閘后，如果Y時限內(nèi)一直可以檢測到電壓，則Y時間后即使發(fā)生失電分閘，開關(guān)也不閉鎖。合閘后，如果沒有超過Y時限，線路有故障，則開關(guān)分閘，并保持在閉鎖狀態(tài)，正向送電不合閘。可理解為Y時限用于檢測開關(guān)負(fù)荷側(cè)是否存在故障[1，4，6]。

2.2 整定原則

2.2.1 分段開關(guān)及聯(lián)絡(luò)開關(guān)

1）在整定分段斷路器的X時限時，應(yīng)遵循任何時刻只允許僅有1臺斷路器合閘的原則，同一時刻不能有2臺及以上開關(guān)合閘，以避免多個開關(guān)同時閉鎖導(dǎo)致故障隔離區(qū)間擴(kuò)大；

2）所有分段開關(guān)的X時限、Y時限推薦設(shè)置為7 s、5 s；若變電站僅配置一次重合閘且不能調(diào)整時且調(diào)度人員不參與出線開關(guān)遙控，第一個分段開關(guān)的Xs時限設(shè)置為21 s，其余分段開關(guān)設(shè)置7 s；

3）聯(lián)絡(luò)開關(guān)的合閘方式可采用手動方式、遙控操作方式（具備遙控條件時）或者自動延時合閘方式。采用自動延時合閘方式的聯(lián)絡(luò)開關(guān)X時限大于其兩側(cè)配電線路發(fā)生永久故障后，經(jīng)重合器與分段器的第一次重合將電送到故障區(qū)段導(dǎo)致重合器再次跳閘的最長持續(xù)時間。為簡化計算，X時限（XL）可設(shè)置為分段數(shù)（N）乘以15 s，即XL=N×15，Y時限仍設(shè)置為5 s。

2.2.2 分支開關(guān)

分支開關(guān)投瞬時過流和限時過流保護(hù)，不參與FA控制策略，應(yīng)保證分支及用戶線路可先于出線開關(guān)跳閘，防止越級跳閘。

2.3 對開關(guān)要求

2.3.1 變電站出線斷路器CB1要求

斷路器CB1保護(hù)采用瞬時電流（I段）和過電流（III段），一次重合閘。

2.3.2 主線分段開關(guān)要求

線路分段點(diǎn)（分段開關(guān)）FA設(shè)置為“分段”模式，采用“無壓分閘、來電延時合閘、Y時限檢測故障電流快速分閘”邏輯方式，X時限內(nèi)檢測到有壓后又無壓、反向閉鎖合閘；Y時限內(nèi)檢測到有故障電流時快速分閘并正向閉鎖合閘，檢測到電源側(cè)有壓、無故障電流時閉鎖分閘，檢測到負(fù)荷側(cè)有壓、無故障電流時不閉鎖分閘，并設(shè)置兩側(cè)有壓閉鎖合閘邏輯[2，4]。配網(wǎng)主站能遠(yuǎn)程投退FTU分/合閘出口軟壓板，遠(yuǎn)程復(fù)歸FTU（有復(fù)歸信號上傳主站）、解除閉鎖邏輯，遙分遙合分段開關(guān)、遙分遙合相當(dāng)于解除閉鎖邏輯。單相接地故障只告警不跳閘。

2.3.3 聯(lián)絡(luò)開關(guān)要求

聯(lián)絡(luò)點(diǎn)（聯(lián)絡(luò)開關(guān)）FA設(shè)置為“L（聯(lián)絡(luò)）”模式，采用“單側(cè)失壓長延時合閘、Y時限檢測故障電流快速分閘、瞬時來電閉鎖合閘”邏輯方式，XL時限內(nèi)檢測到有壓、閉鎖合閘，Y時限內(nèi)檢測到有故障電流快速分閘，并設(shè)置兩側(cè)有壓閉鎖合閘[2，4]。配網(wǎng)主站能遠(yuǎn)程投退FTU分/合閘出口軟壓板，遠(yuǎn)程復(fù)歸FTU（有復(fù)歸信號上傳主站）、解除閉鎖邏輯，遙分遙合分段開關(guān)、遙分遙合相當(dāng)于解除閉鎖邏輯。

3 就地饋線自動化FA故障處理邏輯

主干線開關(guān)電壓電流型FA控制策略，配合變電站出線開關(guān)重合閘，實(shí)現(xiàn)故障定位與隔離自適應(yīng)。Y時限內(nèi)只判斷故障電流快速分閘，不判無壓，出線開關(guān)速斷時限設(shè)置為0.2 s，從而避免出線開關(guān)重復(fù)跳閘。分支線開關(guān)通過級差保護(hù)和一次重合閘，快速隔離故障。10 kV合多線開關(guān)保護(hù)配置如表1所示。

表1 10 kV合多線開關(guān)保護(hù)配置

3.1 D31與F31之間永久故障

1）D31與F31之間發(fā)生永久故障，如圖1所示。

圖1 D31與F31之間永久性故障

2）CB1保護(hù)跳閘，D11、D21、D31失壓分閘，F(xiàn)31啟動XL時限，如圖2所示。

圖2 永久故障CB1、D11、D21、D31分閘

3）CB1在4 s后重合閘，如圖3所示。

圖3 永久故障CB1重合閘

4）D11啟動X時限計時，D11在21 s后合閘，Y時限內(nèi)未檢測到故障電流，閉鎖分閘，如圖4所示。

圖4 永久故障D11合閘

5）D21啟動X時限計時。D21在7 s后合閘，Y時限內(nèi)未檢測到故障電流，閉鎖分閘，如圖5所示。

圖5 永久故障D21合閘

6）D31啟動X時限計時，D31在7 s后合閘，如圖6所示。

圖6 永久故障D31合閘

7）由于是永久性故障，D31故障電流加速分閘并正向閉鎖合閘。F31瞬時加壓閉鎖，保持分閘狀態(tài)，如圖7所示。

圖7 永久故障D31、F31閉鎖合閘

3.2 D31與F31之間瞬時故障

1）D31與F31之間發(fā)生瞬間故障，如圖8所示。

圖8 D31與F31之間瞬時性故障

2）CB1保護(hù)跳閘，D11、D21、D31失壓分閘，F(xiàn)31啟動XL時限，如圖9所示。

圖9 瞬時故障CB1、D11、D21、D31分閘

3）CB1在4 s后重合閘。CB1重合閘成功，D11來電啟動X時限計時，如圖10所示。

圖10 瞬時故障CB1重合閘

4）D11在21 s后合閘，Y時限內(nèi)未檢測到故障電流，閉鎖分閘。D21來電啟動X時限計時，如圖11所示。

圖11 瞬時故障D11合閘

5）D21在7 s后合閘，Y時限未檢測到故障電流，閉鎖分閘。D31來電啟動X時限計時，如圖12所示。

圖12 瞬時故障D21合閘

6）D31在7 s后合閘，Y時限未檢測到故障電流，閉鎖分閘。F31在XL時限內(nèi)檢測到來電，不合閘，如圖13所示。

圖13 瞬時故障D31合閘、閉鎖F31延時合閘

4 結(jié)語

從上述FA故障處理邏輯中可以得出結(jié)論，改進(jìn)型的電壓電流型FA控制策略，出線開關(guān)和分段開關(guān)分合閘一次就可以實(shí)現(xiàn)故障隔離，相比電壓時間型FA，在縮短隔離故障時間的同時，減少開關(guān)分合閘次數(shù)，延長開關(guān)壽命。甘南公司正結(jié)合D5 000甘南配網(wǎng)主網(wǎng)的建立，穩(wěn)步推進(jìn)就地饋線自動化技術(shù)的實(shí)施，提升配網(wǎng)停電時長等指標(biāo)，提高供電可靠性，優(yōu)質(zhì)服務(wù)，踐行人民電業(yè)為人民的企業(yè)宗旨。