應(yīng)用DA裝置及故障指示器的10KV線路故障分析和探討

摘要：本文介紹了在地區(qū)電網(wǎng)10kV配網(wǎng)線路中裝設(shè)的饋線自動(dòng)化裝置（以下簡稱DA）與故障指示器在10kV配網(wǎng)線路事故處理中的應(yīng)用。調(diào)度員通過分布于線路上各個(gè)分段開關(guān)的DA與故障指示器的動(dòng)作情況對10kV相間短路、相間短路接地和三相短路等導(dǎo)致線路開關(guān)跳閘的故障以及單相接地故障進(jìn)行準(zhǔn)確判斷與快速處理，分析和探討調(diào)度員在處理配網(wǎng)10kV線路事故的基本思路。

關(guān)鍵詞：DA;故障指示器;10kV配網(wǎng)線路;事故處理

【引言】適應(yīng)中國智能配電網(wǎng)建設(shè)要求，提高人民生活幸福指數(shù)，大量高科技電子產(chǎn)品的使用對配網(wǎng)線路的供電可靠性和電能質(zhì)量提出了更高的要求。在中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地的10kV系統(tǒng)中，10kV配網(wǎng)線路故障均需要調(diào)度員盡快判斷故障點(diǎn)并迅速隔離故障，減少停電范圍，縮短停電時(shí)間。通過裝設(shè)帶通信、可隔離（指示）故障的DA與故障指示器，并利用電壓時(shí)間型線路保護(hù)原理的應(yīng)用總結(jié)配網(wǎng)事故處理的方法，大大提高了地區(qū)電網(wǎng)的供電可靠性。

一、DA與故障指示器的功能設(shè)置

FTU通過配置電壓互感器和時(shí)間繼電器，以簡單的接線結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)分段開關(guān)延時(shí)合閘、當(dāng)分段開關(guān)一側(cè)受電后X時(shí)間閉鎖內(nèi)失壓閉鎖合閘（X時(shí)間一般為7S或7S的倍數(shù)，第一個(gè)DA開關(guān)延時(shí)時(shí)間一般設(shè)為40S）、受電合閘后Y時(shí)間內(nèi)失壓并閉鎖合閘（YS時(shí)間一般為5S）、瞬時(shí)低電壓閉鎖合閘、兩側(cè)有電壓閉鎖合閘、單相接地故障閉鎖等功能。

故障指示器是一種安裝在配電房或環(huán)網(wǎng)箱開關(guān)上，通過進(jìn)線CT采集故障電流是否流過安裝點(diǎn)位置，指示故障發(fā)生區(qū)間與故障相別的裝置。線路發(fā)生故障后，流過故障電流的故障指示器將會亮燈，因10kV線路故障電流是從接地點(diǎn)流向變電站10kV母線的，根據(jù)這個(gè)原理。在不投入重合閘的全線電纜線路中，DA裝置不適用此線路故障判斷，裝設(shè)故障指示器可以快速判斷故障點(diǎn)。

二、DA與故障指示器動(dòng)作分析

根據(jù)《地區(qū)電網(wǎng)年度繼電保護(hù)整定方案》，非全線電纜線路分段開關(guān)裝有DA，變電站饋線開關(guān)投入重合閘，重合閘動(dòng)作時(shí)間設(shè)定值為5S，主要考慮給饋線開關(guān)充分時(shí)間進(jìn)行滅弧。全線電纜線路重合閘不投入，在環(huán)網(wǎng)箱或電房開關(guān)上裝設(shè)故障指示器。以圖1所示中山電網(wǎng)典型10kV環(huán)網(wǎng)線路圖為例，下面列舉幾種故障情況加以說明。

環(huán)網(wǎng)線路圖（圖1）

1、DA線路瞬時(shí)性短路故障

圖1中M點(diǎn)發(fā)生瞬時(shí)短路，變電站CB1開關(guān)跳閘，S1、S2、S3開關(guān)均失壓動(dòng)作跳閘。5S時(shí)間后，CB1開關(guān)重合，經(jīng)S1、S2、S3開關(guān)逐級延時(shí)合閘，恢復(fù)全線正常供電。

2、DA線路永久性短路故障

2.1、故障點(diǎn)發(fā)生在S1開關(guān)至L開關(guān)之間

圖1中M點(diǎn)發(fā)生永久性短路故障。變電站CB1開關(guān)跳閘，S1、S2、S3開關(guān)均失壓動(dòng)作跳閘。5S時(shí)間后，CB1開關(guān)重合，S1、S2開關(guān)逐級延時(shí)合閘至故障點(diǎn)，變電站CB1開關(guān)再次跳閘，S1開關(guān)失壓動(dòng)作跳閘，S2開關(guān)因合閘后立即失壓，開關(guān)動(dòng)作跳閘且閉鎖合閘。因變電站CB1開關(guān)重合經(jīng)S1、S2開關(guān)逐級延時(shí)合閘至故障點(diǎn)再跳閘的間隔時(shí)間已超過保護(hù)裝置重合閘的充電時(shí)間（15S），CB1開關(guān)第二次重合，經(jīng)S1開關(guān)延時(shí)合閘至S2開關(guān)閉鎖合閘，恢復(fù)非故障段線路的供電。

2.2、故障點(diǎn)發(fā)生在變電站CB1開關(guān)至S1開關(guān)之間

若永久性短路故障發(fā)生在變電站CB1開關(guān)至S1開關(guān)之間，變電站CB1開關(guān)跳閘，S1、S2、S3開關(guān)均失壓動(dòng)作跳閘。5S時(shí)間后，CB1開關(guān)重合閘動(dòng)作失敗，S1開關(guān)因受電后即刻失壓，保持分閘且閉鎖合閘，故障段線路被隔離。

3、DA線路單相接地故障

3.1、S1開關(guān)至L開關(guān)之間發(fā)生單相接地

圖1在M點(diǎn)發(fā)生單相接地故障，經(jīng)消弧線圈接地變電站選線正確或輪切判明接地故障饋線后：

（1）首先斷開變電站CB1開關(guān)，此時(shí)S"1、S2、S3開關(guān)均失壓斷開;

（2）再合上變電站CB1開關(guān);

CB1開關(guān)合閘，S1、S2開關(guān)延時(shí)合閘至S2開關(guān)處單相接地故障點(diǎn)，系統(tǒng)產(chǎn)生零序電壓3U0，S2開關(guān)短延時(shí)躲開系統(tǒng)擾動(dòng)后跳閘且閉鎖，零序電壓3U0消失，S3開關(guān)因受電后即刻失壓，開關(guān)保持分閘位置且閉鎖合閘，故障點(diǎn)被隔離，恢復(fù)費(fèi)故障段線路的供電。

3.2、變電站CB1開關(guān)至S1開關(guān)之間發(fā)生單相接地

若單相接地故障發(fā)生在變電站CB1開關(guān)至S1開關(guān)之間。變電站選線正確或輪切判明接地故障饋線后：

（1）首先斷開CB1開關(guān)，此時(shí)S"1、S2、S3開關(guān)失壓斷開;

（2）再合上變電站CB1開關(guān);

CB1開關(guān)合閘至單相接地故障點(diǎn)，系統(tǒng)產(chǎn)生零序電壓3U0不能消失。此時(shí)，調(diào)度告警窗將出現(xiàn)10kV母線接地故障不消失，可判斷故障點(diǎn)與CB1開關(guān)至S1開關(guān)之間。

4、全線電纜線路中永久性短路或單相接地

在不裝設(shè)DA的10kV環(huán)網(wǎng)線路上，分段開關(guān)裝設(shè)故障指示器，當(dāng)故障電流流經(jīng)開關(guān)時(shí)故障指示器發(fā)出故障指示，故障電流不流經(jīng)的開關(guān)故障指示器不發(fā)出故障指示，可快速判別故障區(qū)間。

圖1在M點(diǎn)發(fā)生永久性短路或者單相接地故障，故障電流流經(jīng)S1、S2開關(guān)與M點(diǎn)形成回路，S1、S2開關(guān)故障指示器發(fā)出故障指示;故障電流不流經(jīng)S3及其之后的分段開關(guān)，故障指示器正常不發(fā)出故障指示。S2至S3開關(guān)之間線路段即為故障線路段。

三、裝設(shè)DA與故障指示器的10kV線路事故處理原則

1、有DA線路事故處理原則

1.1跳閘重合成功

跳閘重合成功，調(diào)度通過配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)（DMS）收到故障位置信息時(shí)，調(diào)度員應(yīng)根據(jù)該信息判斷并通知線路運(yùn)維人員到故障線路段進(jìn)行帶電巡查或操作，并提示其注意檢查DA開關(guān)分合閘動(dòng)作情況。通知變電運(yùn)行人員盡快到站檢查該線路一二次設(shè)備。

1.2跳閘重合失敗

跳閘重合失敗，調(diào)度員應(yīng)通知變電運(yùn)行人員到站檢查該線路變電一二次設(shè)備，通知線路運(yùn)維人員到第一個(gè)DA開關(guān)位置和環(huán)網(wǎng)點(diǎn)，進(jìn)行帶電巡查或操作。

現(xiàn)場確認(rèn)第一個(gè)DA開關(guān)分閘并轉(zhuǎn)手動(dòng)狀態(tài)后，調(diào)度員指揮退出輔供線路重合閘，將該開關(guān)的后段線路轉(zhuǎn)由輔供電線路供電，轉(zhuǎn)電成功后恢復(fù)重合閘。若轉(zhuǎn)電不成功，應(yīng)立即斷開環(huán)網(wǎng)點(diǎn)開關(guān)，恢復(fù)輔供線路運(yùn)行，再強(qiáng)送故障線路第一個(gè)DA開關(guān)前段線路，此時(shí)分以下兩種情況：

（1）如果強(qiáng)送第一個(gè)DA開關(guān)前段線路成功，退出故障線路重合閘進(jìn)行分段強(qiáng)送電，找到故障點(diǎn)并隔離后恢復(fù)停電線路的運(yùn)行并投回重合閘。

（2）如果強(qiáng)送第一個(gè)DA開關(guān)前段線路失敗，線路上可能同時(shí)存在兩個(gè)或以上的故障點(diǎn)，通知線路運(yùn)維人員派人詳細(xì)檢查線路，未經(jīng)部門領(lǐng)導(dǎo)同意不能再進(jìn)行強(qiáng)送電。

1.3小電流接地系統(tǒng)單相接地

調(diào)度員根據(jù)選線結(jié)果斷開該線路開關(guān)，母線電壓正常后合上該線路開關(guān)。

（1）如果母線電壓在40秒后出現(xiàn)異常然后立即消失，可判斷故障點(diǎn)不在第一個(gè)DA開關(guān)前段，應(yīng)通知線路運(yùn)維人員到DMS上送故障信息指示接地線路段。

（2）如果母線電壓立即出現(xiàn)異常且不消失時(shí)，可推斷故障點(diǎn)在第一個(gè)DA開關(guān)前段，應(yīng)再次斷開該線路開關(guān)，并通知線路運(yùn)維人員到第一個(gè)DA開關(guān)和環(huán)網(wǎng)點(diǎn)，人員到位后先斷開第一個(gè)DA開關(guān)，再合上環(huán)網(wǎng)開關(guān)恢復(fù)非故障線路運(yùn)行。

2、無DA有故障指示器線路事故處理原則

2.1跳閘重合失敗，DMS調(diào)度端收到故障信息通知變電運(yùn)行人員到站檢查，通知線路運(yùn)維人員到需要隔離故障操作地點(diǎn)和環(huán)網(wǎng)點(diǎn)，現(xiàn)場確認(rèn)后，立即隔離故障段，退出故障線路重合閘后進(jìn)行強(qiáng)送電，恢復(fù)非故障線路段的供電。正常后投回線路重合閘。

2.2跳閘重合失敗，DMS調(diào)度端未收到相應(yīng)信息

通知變電運(yùn)行人員到站檢查，調(diào)度員通知線路運(yùn)維人員到第一個(gè)故障指示器安裝點(diǎn)和環(huán)網(wǎng)點(diǎn)，由第一個(gè)故障指示器開始往線路末端開始檢查，根據(jù)故障指示器的動(dòng)作邏輯判斷故障點(diǎn)位置，恢復(fù)非故障線路運(yùn)行。如：同一地點(diǎn)（電纜分接箱或開關(guān)箱等）有2個(gè)及以上故障指示器同時(shí)不動(dòng)作，可判斷故障點(diǎn)位于第一個(gè)故障指示器安裝點(diǎn)前，在核實(shí)第一個(gè)故障指示器安裝點(diǎn)的開關(guān)確在分閘位置后，立即退出輔供線路的重合閘并下令合上環(huán)網(wǎng)點(diǎn)的開關(guān)，恢復(fù)非故障線路運(yùn)行。

四、實(shí)用化效果

1、提高了10kV線路供電可靠性

自DA及故障指示器投運(yùn)以來，減少了線路急修班組巡線查找故障的時(shí)間，提升了10kV配網(wǎng)線路故障處理的效率，提高了用戶的供電可靠性。據(jù)統(tǒng)計(jì)，配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用兩年時(shí)間，架空線路平均故障隔離時(shí)間由原來3.3小時(shí)縮短為1.2分鐘。電纜線路故障隔離時(shí)間由56.3分鐘縮短為21.6分鐘。

2、未來發(fā)展方向

當(dāng)前中山電網(wǎng)中10kV配網(wǎng)線路分段開關(guān)已大量裝配DA及故障指示器，但在環(huán)網(wǎng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)上裝設(shè)DA開關(guān)，實(shí)現(xiàn)10kV故障隔離后聯(lián)絡(luò)開關(guān)自動(dòng)轉(zhuǎn)供電的功能仍處試運(yùn)行階段。DA及故障指示器未來的發(fā)展方向，是實(shí)現(xiàn)10kV故障自動(dòng)隔離及非故障段線路自動(dòng)恢復(fù)供電，無需線路運(yùn)維人員現(xiàn)場操作，這樣才能進(jìn)一步提高復(fù)電效率和供電可靠性。要達(dá)到這一目標(biāo)，一是加快技術(shù)改造，實(shí)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)線路聯(lián)絡(luò)開關(guān)全面裝設(shè)DA裝置;二是提高設(shè)備運(yùn)行可靠性，降低自動(dòng)轉(zhuǎn)供電過程中出現(xiàn)的過流、過壓等電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)。

結(jié)束語

DA與故障指示器在10kV配網(wǎng)中實(shí)踐與運(yùn)用，為調(diào)度員事故處理提供了有效依據(jù)，減少了停電范圍，縮短了用戶停電時(shí)間，減輕線路運(yùn)維人員的操作壓力，加快故障隔離與非故障用戶復(fù)電的速度，大大提高了配網(wǎng)的供電可靠性。調(diào)度員在深入理解DA裝置與故障指示器動(dòng)作原理的基礎(chǔ)上，準(zhǔn)確、高效地指揮事故處理，為智能配網(wǎng)的運(yùn)行管理和發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

致謝

本文在編寫過程中，得到了中山地區(qū)供電局調(diào)控中心領(lǐng)導(dǎo)和同事的關(guān)懷和幫助，高級技師楊涌新為本文的修改提供了寶貴意見，謹(jǐn)此致謝。

參考文獻(xiàn)：

[1]廣東電網(wǎng)公司.廣東電力系統(tǒng)調(diào)度規(guī)程[Z].2013

[2]中山供電局.中山電力系統(tǒng)調(diào)度規(guī)程[Z].2010

[3]中山供電局.10千伏線路故障調(diào)度處理工作指引[Z].2014