線路重合閘投退方式的研究

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(1.國網(wǎng)吐魯番供電公司，新疆 吐魯番 838000;2.國網(wǎng)新疆電力公司，新疆 烏魯木齊 830002)

隨著社會(huì)的發(fā)展，城市化快速建設(shè)的同時(shí)，要求城市中原有的架空線改為電纜線路下地已經(jīng)成為一種趨勢(shì)，但對(duì)于早期大量已經(jīng)建設(shè)完成的架空線路，要一次全部改造成電纜線路也不可能馬上實(shí)現(xiàn)，勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)另一種局面，電力電纜和架空線混合線路出現(xiàn)在供電網(wǎng)絡(luò)中。這種電力電纜和架空線混合線路因其靈活性在城市電網(wǎng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用，但對(duì)繼電保護(hù)和重合閘配置提出了更高的要求。由于架空線故障一般(90%)是瞬時(shí)故障，需要起動(dòng)重合閘，恢復(fù)供電；而電力電纜故障，一般是永久故障，再次重合會(huì)對(duì)電纜產(chǎn)生較大的損傷，因此給線路重合閘的投退帶來了新的挑戰(zhàn)。

近幾年電力公司對(duì)輸電線路的可靠性管理指標(biāo)和各公司之間的同業(yè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)要求越來越高，也越來越嚴(yán)格。為了提高供電可靠性，輸電線路都投入了重合閘裝置，這對(duì)于混合線路中的架空線上的故障(多為瞬時(shí)故障)，能起到快速的恢復(fù)供電。若是故障發(fā)生在電力電纜線路上(多為永久性故障)，重合閘動(dòng)作又將重合于故障線路上，對(duì)系統(tǒng)造成再一次的沖擊。此時(shí)若未投入重合閘裝置，勢(shì)必造成整個(gè)混合線路停電，給輸電線路運(yùn)行可靠性指標(biāo)帶來不利影響。故具體是否投入該線路重合閘，就需要權(quán)衡供電可靠性和設(shè)備安全等多方面因素最后決定。

其次，分布式電源的接入使原來單一輻射性網(wǎng)絡(luò)變成雙電源或多電源供電系統(tǒng)，此時(shí)需要對(duì)其線路的重合閘方式進(jìn)行進(jìn)一步的深入研究。

正是針對(duì)上述情況，通過對(duì)常規(guī)架空線和電力電纜線路投入和不投入重合閘帶來的利弊進(jìn)行分析，以最大限度地提高線路的供電可靠性。

1 全架空線路對(duì)重合閘投退的影響

1.1 單電源輻射型架空線路

圖1 單電源輻射型架空線路示意圖

如圖1所示，K點(diǎn)發(fā)生瞬時(shí)故障，保護(hù)B動(dòng)作跳開，重合閘動(dòng)作，線路恢復(fù)供電。電力系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，架空線路絕大多數(shù)的故障都是“瞬時(shí)性”的，永久性的故障一般不到10%。因此，在由繼電保護(hù)動(dòng)作切除短路故障后，電弧將自動(dòng)熄滅，絕大多數(shù)情況下短路處的絕緣可以自動(dòng)恢復(fù)。因此，自動(dòng)將斷路器重合，不僅提高了供電的安全性和可靠性，減少了停電損失，而且還提高了電力系統(tǒng)的暫態(tài)水平，同時(shí)可增大了高壓線路的送電容量，也可糾正由于斷路器或繼電保護(hù)裝置造成的誤跳閘。所以，單電源輻射型全架空線路要投入重合閘。

1.2 含分布式的雙電源架空線路

含分布式電源的輸電線路為雙電源架空供電線路，此時(shí)架空線路故障，重合閘的動(dòng)作需要考慮兩側(cè)保護(hù)的時(shí)間配合問題和兩側(cè)電源的同步問題。重合閘動(dòng)作時(shí)間需要考慮兩側(cè)電源的動(dòng)作時(shí)間、故障點(diǎn)電弧熄弧時(shí)間和斷路器絕緣恢復(fù)時(shí)間。由于輸電線路兩側(cè)的保護(hù)跳閘時(shí)間可能不同，此時(shí)線路的重合閘需要保證兩側(cè)保護(hù)都跳閘以后才能重合。否則，重合故障上會(huì)對(duì)輸電線路形成二次電流沖擊，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行帶來不利。會(huì)出現(xiàn)兩種情況，一是重合閘動(dòng)作過快，另一側(cè)電源未與故障點(diǎn)斷開，導(dǎo)致重合于故障線路。二是重合閘動(dòng)作時(shí)間過慢，使對(duì)用戶供電中斷時(shí)間增長，同時(shí)也會(huì)使兩側(cè)電源失去同步而不利于重合閘。

圖2 含分布式電源的重合閘示意圖

如圖2所示，對(duì)于含分布式電源的雙側(cè)電源供電線路，如果線路負(fù)荷1相對(duì)于分布式電源出力來說較大，先合分布式電源側(cè)E，導(dǎo)致功率不平衡，使頻率下降，低頻低壓動(dòng)作，同時(shí)分布式電源也不具備調(diào)頻的功能；若線路負(fù)荷1相對(duì)分布式電源出力來說較小，先合分布式電源側(cè)E，會(huì)出現(xiàn)高頻現(xiàn)象，頻率過高超過設(shè)定值，分布式電源將自動(dòng)切出，負(fù)荷再次失壓而不能正常運(yùn)行，因此一般可以先合系統(tǒng)側(cè)B電源，給負(fù)荷供電。再合分布式電源側(cè)E，此時(shí)對(duì)系統(tǒng)側(cè)重合閘可采用檢無壓方式重合，分布式電源側(cè)的線路重合閘則可以分為檢同期和非同期合閘。

由于實(shí)際中分布式電源與電網(wǎng)一般通過單回架空線路相連，在K點(diǎn)發(fā)生故障且保護(hù)B、E動(dòng)作后，此時(shí)分布式電源不再與系統(tǒng)電源有電氣聯(lián)系，兩個(gè)電源之間有可能會(huì)失去同步。如上所述先合系統(tǒng)側(cè)B，再合分布式電源側(cè)E。如果分布式電源側(cè)重合閘采用非同期重合，若重合時(shí)產(chǎn)生的沖擊電流沒有超過允許值，不對(duì)系統(tǒng)和設(shè)備產(chǎn)生影響，則可以對(duì)電源進(jìn)行非同期重合閘。當(dāng)不滿足要求時(shí)，就需要進(jìn)行檢同期，才能進(jìn)行重合閘，此時(shí)根據(jù)分布式電源側(cè)是否帶負(fù)荷可以分為直接重合閘和解列重合閘兩種情況。如果發(fā)生故障后，分布式電源直接被切除而沒有向負(fù)荷供電，即分布式電源不再向負(fù)荷輸出功率，此時(shí)重合閘需要采用檢同期重合，將分布式電源并入電網(wǎng)。

1.2.1 分布式電源不帶負(fù)荷檢同期直接重合

如圖2所示，在發(fā)生線路故障后，先切除分布式電源再進(jìn)行重合閘。圖2中保護(hù)B、E為有重合閘裝置的線路保護(hù)，分布式電源通過保護(hù)E與母線II并網(wǎng)。如圖2所示在線路K點(diǎn)發(fā)生短路故障后，系統(tǒng)側(cè)保護(hù)B先動(dòng)作切除故障線路，保護(hù)E再動(dòng)作切除分布式電源上網(wǎng)，此時(shí)分布式電源不帶負(fù)荷。在確定保護(hù)B、E跳閘和故障K點(diǎn)電弧熄滅及絕緣強(qiáng)度恢復(fù)之后，保護(hù)B重合閘檢無壓重合，如果重合成功，則保護(hù)E檢同期重合，分布式電源并網(wǎng)運(yùn)行。如果重合不成功，則保護(hù)B后加速跳閘，保護(hù)E不再進(jìn)行重合閘動(dòng)作。

1.2.2 分布式電源帶負(fù)荷解列

圖3 含分布式電源的解列重合閘示意圖

圖3中分布式電源通過母線III并網(wǎng)，母線II和III通過母聯(lián)F相連。同時(shí)母聯(lián)F處為解列點(diǎn)。如圖3所示在線路K點(diǎn)發(fā)生短路故障后，保護(hù)B動(dòng)作切除故障線路，同時(shí)母聯(lián)F動(dòng)作與系統(tǒng)解列。若分布式電源出力與負(fù)荷1平衡，則分布式電源將通過母線III接帶負(fù)荷1。在確保兩側(cè)保護(hù)都動(dòng)作切除故障，同時(shí)故障點(diǎn)電弧熄滅，絕緣強(qiáng)度恢復(fù)后。保護(hù)B處重合閘首先檢無壓動(dòng)作，如果重合閘成功，則保護(hù)F在解列點(diǎn)檢同期完成并列操作。若重合不成功，則系統(tǒng)側(cè)保護(hù)再次動(dòng)作跳閘。所以，含分布式電源的雙電源架空線路投入重合閘時(shí)，系統(tǒng)側(cè)需檢無壓重合，分布式電源側(cè)需檢同期重合。

2 混合線路對(duì)重合閘投退的影響

2.1 單電源輻射型混合線路

圖4 單電源輻射型混合線路示意圖

如圖4所示，線路B到E點(diǎn)為架空線路，E點(diǎn)以后為電纜線路。保護(hù)B帶重合閘裝置。這里將從以下幾個(gè)方面論述這種單電源架空-電纜混合線路對(duì)重合閘投退的影響。

2.1.1 電纜線路占總線路的比例

為保證供電可靠性，吐魯番電業(yè)局運(yùn)行單位對(duì)于混合線路重合閘裝置都是投入運(yùn)行。但這帶來了新的問題，就是沒有考慮故障發(fā)生類型和在什么線路上。架空線多為瞬時(shí)故障，電纜線路多為永久故障，且電纜和架空線連接的接頭(EBA)也有爆炸的危險(xiǎn)，這就得綜合考慮電纜線路所占整個(gè)線路的比例以及電纜線路所帶負(fù)荷性質(zhì)。近幾年運(yùn)行數(shù)據(jù)電纜線路比重增加按重合閘成功率降低，如表1所示。

表1 混合線路投重合閘成功率

從表1可以看出，隨著電纜線路所占整條線路的比例增加，重合閘的成功率也在不斷地下降，當(dāng)電纜線路比例占到40%時(shí)，重合閘的成功率不足50%。所以為避免重合到永久性故障上對(duì)電網(wǎng)再次沖擊，建議電纜線路比例占40%及以上，就應(yīng)該退出重合閘。同時(shí)電纜線路所帶負(fù)荷性質(zhì)也應(yīng)該是考慮是否投入重合閘的另一個(gè)因素。

2.1.2 電纜類型

隨著電纜行業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)在常用電力電纜多為橡膠電纜(如聚氯乙烯)，該電纜在制造、運(yùn)行過程以及廢棄后基本不污染環(huán)境，而且具有電能輸送容量大、安裝方便、運(yùn)行安全可靠、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)用途和適應(yīng)環(huán)境的不同可分為阻水電纜、阻燃電纜、耐火電纜、低鹵低煙電纜、無鹵低煙電纜等。

根據(jù)電纜類型的不同和使用環(huán)境的不同，對(duì)于是否投入重合閘裝置要分別對(duì)待。如不具有阻水功能的電纜，用于潮濕環(huán)境中，建議不投重合閘裝置。具有阻燃、耐火特性的電纜安全性比較高，正常情況下建議投入重合閘裝置。

2.1.3 電纜敷設(shè)方式

常用電纜敷設(shè)方式可分為直埋敷設(shè)、淺槽敷設(shè)、穿管敷設(shè)、溝道敷設(shè)和隧道敷設(shè)等以及由上述幾種方式相互結(jié)合的敷設(shè)方式。不同的敷設(shè)方式對(duì)于電纜受到外力的破壞概率是不一樣的。據(jù)全國主要城市的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，直埋敷設(shè)、溝道敷設(shè)和隧道敷設(shè)受到外力破壞的概率分別為61 %、34 %、5 %。這也直接影響重合閘裝置的投退[2]。

故建議直埋敷設(shè)和水下敷設(shè)可直接投入重合閘裝置。其他敷設(shè)應(yīng)根據(jù)電纜敷設(shè)路線是否有多回線路且無電纜接頭，可考慮投入重合閘裝置。

2.1.4 電纜運(yùn)行年限

運(yùn)行中的電纜將受到電、機(jī)械、化學(xué)以及熱光等因素的作用而發(fā)生老化，影響其壽命。所以運(yùn)行的年限也是一個(gè)考慮的重要因素。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，電纜運(yùn)行的1～5年是故障易發(fā)時(shí)期，5～25年進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行期，25年后故障風(fēng)險(xiǎn)概率大幅增加。

2.2 雙電源混合線路

雙電源混合線路重合閘的投退應(yīng)參考雙電源架空線、電纜線路比例、類型、敷設(shè)方式、運(yùn)行年限等多方面因素，還應(yīng)考慮線路所帶負(fù)荷的重要性以及供電可靠性和設(shè)備安全等因素，最后權(quán)衡利弊決定是否投入該線路重合閘。

3 結(jié) 論

前面從不同的線路類型和電源出發(fā)進(jìn)行重合閘裝置的投退分析，單電源架空線應(yīng)投入重合閘，雙電源架空線投入重合閘時(shí)應(yīng)考慮檢同期情況?；旌暇€路是否投運(yùn)重合閘可從電纜線路比例、類型、敷設(shè)方式、運(yùn)行年限等方面考慮。所得出的結(jié)論可為電力相關(guān)部門在決策和實(shí)施上提供一點(diǎn)借鑒。

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