淺談10KV架空線路饋線自動(dòng)化保護(hù)方案

董信獎(jiǎng)

(東莞市鏵豐電氣安裝工程有限公司，廣東 東莞 523900)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力用戶用電的依賴性越來(lái)越高，供電可靠性和供電電能質(zhì)量成為配電網(wǎng)的工作重點(diǎn)，而配電網(wǎng)饋線保護(hù)的主要作用也成為提高供電可靠性和提高電能質(zhì)量。

1 饋線自動(dòng)化工作原理

本模式為10kV中性點(diǎn)消弧線圈接地系統(tǒng)研發(fā)的饋線自動(dòng)化模式，該模式成套設(shè)備由電壓型柱上負(fù)荷開關(guān)、電壓型監(jiān)控終端及三相-零序組合式電壓互感器三組件組成，成套設(shè)備采用電壓－時(shí)限工作原理，與變電站出線斷路器配合，完成故障地隔離和非故障區(qū)間的供電恢復(fù)。

1.1 短路故障處理原理

當(dāng)線路發(fā)生短路故障時(shí)，變電站出線斷路器保護(hù)跳閘，經(jīng)過(guò)大于3.5秒后第一次重合閘，柱上負(fù)荷開關(guān)一側(cè)得電后逐級(jí)延時(shí)合閘，當(dāng)合閘到故障點(diǎn)后，變電站出線斷路器再次跳閘，同時(shí)監(jiān)控終端通過(guò)電壓－時(shí)限邏輯判斷出故障點(diǎn)并閉鎖故障點(diǎn)兩端負(fù)荷開關(guān)，保證負(fù)荷開關(guān)再次得電后不合閘 (此次重合閘是為了判斷故障點(diǎn)并隔離故障點(diǎn))；變電站出線斷路器第二次重合閘，恢復(fù)故障點(diǎn)前端線路供電，聯(lián)絡(luò)開關(guān)延時(shí)合閘，自動(dòng)恢復(fù)故障點(diǎn)后端線路供電。

1.2 接地故障處理原理

由于10kV系統(tǒng)是小電流接地系統(tǒng)，發(fā)生單相接地故障時(shí)，整個(gè)10kV系統(tǒng)都有零序電壓，此時(shí)需要通過(guò)人為的拉線法找出故障線路。當(dāng)找出故障線路后，再人為合上線路出口斷路器，柱上負(fù)荷開關(guān)單側(cè)得電后延時(shí)逐級(jí)合閘，合閘到非故障區(qū)段線路，監(jiān)控終端檢測(cè)不到零序電壓，合閘到故障區(qū)段線路后，監(jiān)控終端檢測(cè)到零序電壓，此時(shí)監(jiān)控終端給負(fù)荷開關(guān)發(fā)出分閘命令成功隔離故障，同時(shí)故障點(diǎn)后端監(jiān)控終端感受到一個(gè)瞬時(shí)電壓也成功閉鎖。聯(lián)絡(luò)開關(guān)經(jīng)延時(shí)后，自動(dòng)合閘恢復(fù)故障點(diǎn)后端線路供電。

2 饋線自動(dòng)化保護(hù)配置方案(斷路器＋負(fù)荷開關(guān)＋智能控制器)

本方案涉及的主要設(shè)備為饋線出線斷路器、主干線分段斷路器、主干線分段負(fù)荷開關(guān)、分支線分界斷路器、分支線分界負(fù)荷開關(guān)、分支線用戶分界負(fù)荷開關(guān)。

2.1 饋線出線斷路器

饋線出線斷路器配置二次重合閘，設(shè)速斷保護(hù)、帶時(shí)限過(guò)流保護(hù)、零序保護(hù)裝置。速斷和過(guò)流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間整定為0.3s，零序保護(hù)時(shí)間整定為1s。一次重合閘延時(shí)5s，二次重合閘延時(shí)60s。二次重合閘閉鎖時(shí)間為5s。

2.2 主干線分段斷路器--配備時(shí)限電流保護(hù)

在饋線主干線上設(shè)置一臺(tái)饋線自動(dòng)化分段斷路器。分段斷路器配置三相電流互感器和零序電流互感器，具有分?jǐn)嘞嚅g短路電流、負(fù)荷電流和零序電流的功能。饋線自動(dòng)化分段斷路器連接饋線自動(dòng)化控制器。

主干線分段斷路器FB(配備時(shí)限保護(hù))將主干線分為兩段，分段原則主要考慮線路的負(fù)荷分布，開關(guān)兩側(cè)的饋線負(fù)荷或線路長(zhǎng)度應(yīng)盡可能相等。

2.3 主干線分段負(fù)荷開關(guān)

在主干線上設(shè)置饋線自動(dòng)化分段負(fù)荷開關(guān)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)隔離故障區(qū)域。分段負(fù)荷開關(guān)配置三相電壓互感器、電流互感器，具有分?jǐn)嘭?fù)荷電流的功能。主干線分段負(fù)荷開關(guān)可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置多臺(tái)，可設(shè)置在主干線的任何位置。饋線自動(dòng)化分段負(fù)荷開關(guān)連接饋線自動(dòng)化控制器。

2.4 分支線分界斷路器--配備時(shí)限電流保護(hù)

分支線分界斷路器設(shè)置在主干線的大分支線首端，其作用主要是隔離分支線上發(fā)生的故障。分段斷路器配置三相電流互感器、零序電流互感器，具有分?jǐn)嘞嚅g短路電流、負(fù)荷電流和零序電流的功能，分支線分段斷路器配置饋線自動(dòng)化控制器。

在主干線分段斷路器(FB)電源側(cè)的分支線上，分支線分界斷路器可整定相間短路動(dòng)作時(shí)限為0.15s，零序保護(hù)0.6s，并可在第二級(jí)分支線上再增加一個(gè)分支線用戶分界斷路器，相間短路保護(hù)動(dòng)作時(shí)限整定為0s，零序保護(hù)0.3s。

分支線分界斷路器可選擇設(shè)置在負(fù)荷較重、線路延伸距離長(zhǎng)且發(fā)生故障次數(shù)較多的大分支線首端。在一條線路上不宜設(shè)置多臺(tái)電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為0s的分界斷路器，避免瞬時(shí)故障引起斷路器跳閘。

2.5 分支線分界負(fù)荷開關(guān)

分支分界負(fù)荷開關(guān)安裝在分支線首端，其作用主要是隔離發(fā)生在分支線上的故障。分支線分界負(fù)荷開關(guān)配置三相電壓和電流互感器、零序互感器，具有分?jǐn)嘭?fù)荷電流和零序電流的功能，自動(dòng)隔離單相接地故障，分支線分界負(fù)荷開關(guān)連接饋線自動(dòng)化控制器。

分支線以設(shè)置分支線分界負(fù)荷開關(guān)為主，所帶負(fù)荷較重的大分支線可在分支線首端設(shè)置分支線分界斷路器，下級(jí)設(shè)置分界負(fù)荷開關(guān)。

2.6 分支線用戶分界負(fù)荷開關(guān)

分支線用戶分界開關(guān)裝設(shè)在10kV配網(wǎng)架空線路分支線用戶出門位置的責(zé)任分界點(diǎn)，具有分?jǐn)嘭?fù)荷電流以及自動(dòng)隔離單相接地故障的能力，配置三相電流互感器和零序電流互感器。若分支線上只有一個(gè)用戶，可在分支線首端設(shè)置分支線用戶分界負(fù)荷開關(guān)，無(wú)需設(shè)置分支線分界負(fù)荷開關(guān)，分支線用戶分界負(fù)荷開關(guān)連接饋線自動(dòng)化控制器。

分支線用戶分界負(fù)荷開關(guān)與分支線分界負(fù)荷開關(guān)的功能基本相同，應(yīng)選擇安裝在重要用戶與公網(wǎng)線路的責(zé)任分界點(diǎn)，尤其是曾多次發(fā)生用戶出門事故的用戶。

綜上所述，根據(jù)饋線自動(dòng)化保護(hù)配置方案，結(jié)合圖1詳細(xì)對(duì)不同故障點(diǎn)故障隔離過(guò)程的可行性進(jìn)行分析及說(shuō)明。(如圖1）

CB為帶時(shí)限保護(hù)(過(guò)流:0.30s，零序1.0s)和二次重合閘功能的饋線出線斷路器；FB為帶時(shí)限保護(hù)(過(guò)流；0.15s，零序0.6s)和二次重合閘功能的主干線分段斷路器；FSW1～FSW2為主干線分段負(fù)荷開關(guān)；ZB1為帶時(shí)限保護(hù)(速斷0s，零序0.3s)和二次重合閘功能的分支線分界斷路器；ZSW1為分支線分界負(fù)荷開關(guān)；YSW1～YSW3為分支線用戶分界負(fù)荷開關(guān)；LSW為聯(lián)絡(luò)開關(guān)；方框表示斷路器，圓圈表示負(fù)荷開關(guān)；開關(guān)填充黑色表示閉合，填充白色表示分閘。

3 饋線自動(dòng)化的故障處理

3.1 主干線分段斷路器電源側(cè)的故障處理(隔離故障恢復(fù)供電所需時(shí)間為70s)

FSW1和FB之間發(fā)生永久故障，CB保護(hù)動(dòng)作跳閘，F(xiàn)SW1、FSW2、ZSW1、YSW1～3 在失壓后跳閘，CB在5s后重合閘，F(xiàn)SW1一側(cè)有壓，延時(shí)5s合閘，由于是永久故障，CB再次跳閘，F(xiàn)SW1失壓分閘，并閉鎖合閘，CB在60s后第二次重合閘，重合成功。FSW1成功隔離故障，隔離故障耗時(shí)約70s見圖2。

3.2 主干線分段斷路器負(fù)荷側(cè)的故障處理（隔離故障恢復(fù)供電所需時(shí)間：70秒）

FSW2和ZSW1之間發(fā)生永久故障，F(xiàn)B保護(hù)動(dòng)作跳閘，F(xiàn)SW2、ZSW1、YSW3 失壓后快速分閘，F(xiàn)B在5s之后重合閘，F(xiàn)SW2一側(cè)有壓，延時(shí)5s合閘，由于是永久故障，F(xiàn)B再次跳閘，F(xiàn)SW2分閘并閉鎖合閘，F(xiàn)B在60s后第二次重合閘。FSW2成功隔離故障，隔離故障耗時(shí)約70秒見圖3。

3.3 分支線分界負(fù)荷開關(guān)負(fù)荷側(cè)發(fā)生永久故障（隔離故障恢復(fù)供電所需時(shí)間：75秒）

ZSW1和YSW3之間發(fā)生永久故障，F(xiàn)B保護(hù)動(dòng)作跳閘，F(xiàn)SW2、ZSW1、YSW3 失壓后快速分閘，F(xiàn)B在5s后重合閘，F(xiàn)SW2一側(cè)有壓，在延時(shí)5s后合閘。FSW2在3s后閉鎖分閘，ZSW1一側(cè)有壓，在延時(shí)5s后合閘，由于是永久故障，F(xiàn)B再次跳閘，ZSW1分閘并閉鎖合閘，F(xiàn)SW2保持合閘，F(xiàn)B在60s后第二次重合閘。ZSW1成功隔離故障，隔離故障耗時(shí)約75秒。（如圖4）

3.4 分支線分界斷路器負(fù)荷側(cè)發(fā)生永久故障(隔離故障恢復(fù)供電所需時(shí)間:5s)

ZB1與YSW1/YSW2之間發(fā)生永久故障，ZB1保護(hù)動(dòng)作跳閘，ZB1在5s后重合閘，由于是永久故障，ZB1再次跳閘并閉鎖合閘，ZB1成功隔離故障，隔離故障耗時(shí)約5s。(如圖5）

3.5 分支線用戶分界負(fù)荷開關(guān)用戶側(cè)發(fā)生永久故障 (隔離故障恢復(fù)供電所需時(shí)間:80秒)

用戶YSW3發(fā)生永久故障若是相間短路故障，F(xiàn)B 保護(hù)動(dòng)作跳閘，F(xiàn)SW2、ZSW1、YSW3失壓后快速分閘。(若是單相接地故障，YSW3跳閘隔離故障，其余開關(guān)不動(dòng)作)。FB在5s后重合閘。FSW2一側(cè)有壓，在延時(shí)5s后合閘。FSW2在3s后閉鎖分閘。ZSW1一側(cè)有壓，在延時(shí)5s后合閘。ZSW1在3s后閉鎖分閘。YSW3一側(cè)有壓，在延時(shí)5s后合閘。由于是永久故障，F(xiàn)B保護(hù)動(dòng)作跳閘，YSW3分閘并閉鎖合閘，F(xiàn)SW2、ZSW1保持合閘。FB在60s后第二次重合閘。YSW3成功隔離故障，隔離故障耗時(shí)約80s。（如圖6）

結(jié)語(yǔ)

綜合上述，該方案的特點(diǎn)為：

①設(shè)置主干線分段斷路器 (配備時(shí)限保護(hù))將主干線分為兩段，第二分段發(fā)生故障由主干線分段斷路器自動(dòng)切除，不會(huì)引起變電站出線斷路器跳閘，相當(dāng)于減少了50%變電站出線斷路器的跳閘，同時(shí)縮小了故障引起的停電范圍，保障了上一級(jí)線路的正常供電。

②只有饋線出線開關(guān)到第一個(gè)分段斷路器(負(fù)荷開關(guān))之間區(qū)域發(fā)生永久性故障時(shí)才會(huì)導(dǎo)致饋線出線開關(guān)重合不成功，其余區(qū)域如果發(fā)生故障將能得到迅速隔離，跳閘后重合成功，變電站出線開關(guān)重合成功率將得到大幅提高，可達(dá)到90%以上。

③分段負(fù)荷開關(guān)具有分閘閉鎖功能，減少了恢復(fù)供電時(shí)逐級(jí)合閘的時(shí)間，減少了非故障段的停電時(shí)間。

④用戶分界負(fù)荷開關(guān)的應(yīng)用有效隔離了用戶側(cè)單相接地故障，不會(huì)引起的上一級(jí)線路跳閘，減少了用戶出門事故。

⑤無(wú)需通信手段即可實(shí)現(xiàn)故障的迅速隔離，若配合通信手段可實(shí)時(shí)監(jiān)控各開關(guān)的狀態(tài)，開關(guān)動(dòng)作時(shí)向后臺(tái)發(fā)送故障信號(hào)，實(shí)現(xiàn)故障的快速定位。同時(shí)，實(shí)時(shí)采集監(jiān)視饋線潮流和開關(guān)運(yùn)行信息。

[1]朱學(xué)森.饋線自動(dòng)化的模式及應(yīng)用[J].農(nóng)村電工，2004(9).

[2]董霞成.配電網(wǎng)自動(dòng)化中饋線自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)及分析[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2003.