電壓型分段器閉鎖分閘功能的探討

馬鵬熙，黃建中

（玉溪峨山供電局，云南 峨山 653200）

延時閉鎖分閘為電壓型配網自動化開關的一項邏輯功能，是為了使線路快速恢復供電， 提高供電可靠性，而提出的一項技術措施。

但開關處于閉鎖分閘期間，若再次發(fā)生故障，則開關不能分閘，故障不能選擇性隔離，導致停電范圍擴大，線路運維人員無法及時排查到線路故障點的問題，這樣不但不能達到使用效果，反而會大大影響了供電可靠性。

本文以延時閉鎖分閘動作邏輯介紹及案例分析，對電壓分段器延時閉鎖分閘功能進行探討。

1 延時閉鎖分閘原理

電壓型分段器具備“有電合，無電分，短時通電會閉鎖”的功能，它與變電站出口開關重合閘有效配合，能準確判別并隔離故障點，恢復無故障線路段的正常供電。但是，電壓型分段器在邏輯動作過程中，具有對無故障線段造成停電時間過長的缺點。為解決此問題，在電壓型分段器功能邏輯基礎上，增加“延時閉鎖分閘”功能。在定值參數上，具有電壓型分段器所具有的3個定值參數，即Z時限（失電延時分閘時間）、X時限（得電延時合閘時間）、Y時限（關合確認時間），在此3個定值參數基礎上，再增加了Ty時限（延時閉鎖分閘時間）。

1.1 功能邏輯

當線路失電，配網自動化開關經Z時限開關自動分閘，后線路帶電，開關經X時限自動合閘，此時若在Y時限內再次失壓，則開關分閘并閉鎖合閘；若在Y時限內未失壓，則開關啟動閉鎖分閘，直至延時閉鎖分閘復歸時間到，才解除閉鎖分閘功能。閉鎖分閘功能動作邏輯時序如圖1所示。

圖1 動作邏輯時序圖

1.2 閉鎖分閘時間整定原則

按南方電網公司Q/CSG 120476-2020《10 kV～110 kV系統(tǒng)繼電保護整定計算規(guī)程》，延時閉鎖分閘復歸時間需大于配電自動化設備完成一個完整的動作過程時間，其計算公式為：

式中：Ty為延時閉鎖分閘復歸時間；TL為線路斷路器保護最末段跳閘時間；為沿線下級自動化開關的關合動作時間（X時間）；為沿線下級自動化開關的合閘動作時間（開關固有合閘時間）；Tch2為線路斷路器二次重合閘時間；Δt為時間裕度[1]。

2 閉鎖分閘功能效果分析

2.1 閉鎖分閘的優(yōu)點

當線路配置多個電壓型配網自動化開關時，若末端發(fā)生永久性故障，非故障段開關閉鎖自動分閘功能，由變電站出口開關直接供電至隔離故障開關處，從而減少停電時間，提高供電可靠性。延時閉鎖分閘時間，是基于“Y時限后，某自動化開關所控制線路段無故障，故障點只能在下一級自動化開關的控制范圍”的理論判斷，故該開關在一個線路故障點判定動作過程中，第2次失壓不再分閘，直至延時分閘閉鎖時間結束。

如圖2所示，若故障點在3#開關后段線路，0#開關電流保護跳閘，1#、2#、3#開關失壓分閘。后0#開關重合閘，1#、2#、3#開關依次得電合上，電源再次接通故障點，0#開關再次跳閘。此時1#、2#開關處于Ty時間內，3#開關處于Y時間內，則1#、2#開關保持合閘位置，3#開關失壓分閘并閉鎖合閘。然后0#開關重合閘再次動作，直接把電源送至3#開關前段，恢復了非故障線段的正常供電。

圖2 故障線路接線及開關配置示意圖

若一條線路有n個自動化開關，若在線路末端發(fā)生故障時，則非故障段線路第n–1至第n個開關（n為非故障段線路從電源側開始的第n個開關）段停電減少時間為：

式中：Xi為i號開關的X時限；T為停電有減少時間。

由上式可知，線路自動化開關愈多，采用延時閉鎖分閘功能的電壓分段器對提高供電可靠性效果更好。

2.2 閉鎖分閘的缺點

開關閉鎖期間不能對再發(fā)故障有保護作用。眾所周知，電網運行環(huán)境是復雜的，同一范圍一定時間內，可能會依次發(fā)生多個故障，或1個地點在一定時間內發(fā)生2次故障，或1個瞬時故障演變?yōu)橛谰霉收系那闆r。若在閉鎖分閘時間內，發(fā)生第2次故障，按動作原理，閉鎖分閘的開關是不會分閘的，這樣便會造成上級開關越級隔離故障，甚至全線失壓的惡性事件發(fā)生。

閉鎖分閘時間對電網運行方式變化適應性差。延時閉鎖分閘復歸時間須大于配電自動化設備完成一個完整的動作過程時間，即下級某開關失壓分閘動作后，得電后再次合閘這個時間前，沿線上級電壓型自動化開關不應失壓動作，確保把電源直接用至某開關處。其計算公式如公式（1）。通過公式（1），可看出，其閉鎖分閘時間與沿線下級電壓型自動化開關的數量有關，當電網方式變化，如配網線路聯絡線轉供電，自動化開關數量發(fā)生變化，原閉鎖分閘時間的整定值便不滿足要求。

3 案例分析

3.1 事件簡述

2020年1月6日，強風雷雨天氣，1條10 kV線路2#開關～3#開關之間，發(fā)生樹木倒塌擋在線路的短路故障。按配電自動化開關正常動作邏輯，應由2#開關隔離故障點，使2#開關前段恢復正常供電。然而，該事件是由1#開關越級隔離故障點，造成1#開關至2#開關用電戶無故障停電，擴大了停電范圍。故障線路接線圖如圖2所示。

3.2 線路開關配置情況

圖2中所示配網線路為直饋線路，0#開關為變電站線路出口開關，設置過流兩段式保護，帶一次重合閘；1#、2#、3#開關均為電壓型配電自動化開關。0#～3#開關所涉及的保護定值如圖2中所標識。

3.3 保護動作分析

事件發(fā)生后，運維人員及時采集到動作開關的保護報文。現把保護報文按時間順序匯總，如表1所示。

表1 動作開關保護報文匯總表

通過表1可看出：0#開關第2次及第3次速斷保護跳閘時，2#開關處于“閉鎖分閘”期間，故2#開關保持合閘位置，不能隔離故障電流，只能由1#開關斷開。這是造成越級動作的原因。

通過圖1可知，合上2#開關時，電源便到達故障點而及時跳閘，但是在接通故障點后11.069 s后（如表1中“相對時間計算”列紅色字體數據），0#開關才發(fā)生第2次跳閘，反映第1次跳閘故障是瞬時故障，恢復正常供電后的11.069 s后，最終才演變?yōu)橛谰霉收稀?/p>

現根據動作報文及故障排查結果，模擬故障場景：開始是強風把樹吹歪碰到線路發(fā)生短路跳閘，樹枝經線路反彈力脫離線路，經40.677 s（0#開關第1次與第2次速斷動作時間間隔）后，強風最后把樹吹倒導致永久性擋在線路上，故造成0#開關第2次及第3次跳閘。最后由1#開關隔離故障點，0#開關重合閘成功。

3.4 保護定值校核

通過上述分析，是因為閉鎖分閘功能而造成開關越級隔離故障?，F對“閉鎖分閘復歸時限”定值進行校核。在表1中“標準時間”列，其閉鎖分閘復歸時限定值整定為：1#開關為0.35 s，2#開關為60 s，1#開關與2#開關配電自動化終端是不同生產產家。

線路開關固有合閘時間取0.3 s，時間裕度取0 s，其他參數按圖1所示取值。延時閉鎖分閘復歸時間按式（1）計算，則

1#開關整定為：0.6 + 7 × 2 + 0.3 × 2 + 1.2 + 0 =16.4 s。

2#開關整定為：0.6 + 7 + 0.3 + 1.2 + 0 = 9.1 s。

而1#開關、2#開關延時閉鎖分閘復歸時間是按廠家默認值取值，2個開關為不同生產廠家，故1#開關設置為0.35 s，2#開關設置為60 s，均不符合整定原則。

現對正確整定后模擬動作情況，分析正確整定后是否可避免該次越級動作事故？

3.5 閉鎖分閘復歸參數設置正確的動作情況

根據上述整定計算結果，變更表1的相關參數，以上述案例首次線路故障發(fā)生時為參照時間，按動作邏輯順序列出動作過程。其模擬動作情況如表2所示。

表2 正確整定后開關動作情況表

由表2，當39.995 s時，第2次故障發(fā)生，1#、2#開關處于閉鎖分閘期間，開關不會分閘，故造成第10行處0#開關加速動作（紅色字體）。說明該故障如果在正確設置閉鎖分閘時間定值情況下，反而會發(fā)生變電站出口開關重合閘不成功，造成全線停電的事件。

由表2可知，閉鎖分閘復歸參數設置正確，不但不可避免上述案例事件，反而會加重事件影響范圍。試問，是否閉鎖分閘功能無作用呢？現對單一故障模擬動作情況。

3.6 單一故障動作過程

在圖2中，2#～3#開關之間僅發(fā)生1個永久性故障，在定值正確整定的情況下，列出動作過程。動作過程詳如表3所示。

表3 單一故障開關動作情況表

動作過程表明，2#開關正確分閘，并閉鎖合閘，有效隔離了故障點，恢復非故障線段（2#開關前段）的正常供電。在動作過程中，1#～2#開關線段僅出現2次短時停電，且每次均快速恢復供電（每次動作停電時間均為出口開關重合閘1.2 s時間）。若不投入“延時閉鎖分閘”功能，按式（2）計算，其1#開關至2#開關線段的停電時間將達到1#開關X時限與出口開關重合時間之和，為22.2 s，對用戶造成極大影響。所以，延時閉鎖分閘功能，對于單一故障能有效提高供電可靠性。

4 結束語

延時閉鎖分閘功能，是針對電壓型分段器在隔離故障過程中，避免非故障線路段自動化開關無必要的動作，而采取的一種減少停電時間的設備技術措施，目的是提升非故障線段的供電可靠性，這在線路單一故障情況下效果明顯。但是，配網線路因通道狀況條件差、設備選型標準低等因素，抵御惡劣天氣的能力弱，常常會發(fā)生單一故障所引發(fā)的多點故障。通過分析可知，閉鎖分閘功能僅適用于單一故障，不適應多點故障的情況。在多點故障情況下，閉鎖分閘功能反而會擴大停電范圍，對供電可靠性、用電滿意度造成極大影響。所以，筆者認為，閉鎖分閘功能屬無用功能，其使用效果得不償失，故按“地區(qū)電網服從主系統(tǒng)電網，下一級電網服從上一級電網，局部問題自行處理”的整定原則，電壓型配網自動化開關慎重使用延時閉鎖分閘功能。

配網類繼保自動化與主網相比，仍處于起步不久的階段，對于配網自動化開關邏輯功能的選擇方面，還存在許多問題與爭議，需要配網保護自動化管理、運維人員關注問題、不斷探索，自我提升專業(yè)水平，能針對不同的地區(qū)、不同的網架，因地制宜的設置開關功能，避免因開關功能設置不合理所導致事件發(fā)生，保證配網自動化開關發(fā)揮其最好的功能。