淺談配電網暫態分界開關應用

揭一鳴 田鳳字 孟慶紅

分界開關安裝于10kV架空配電線路的責任分界點處，具有自動切除開關負荷側單相接地故障和自動隔離開關負荷側相間短路故障功能。而其控制器稱為分界開關控制器。

一、 選擇課題

1.課題分析

為了提高配網供電可靠性，盡可能的減小停電范圍，現在普遍的做法是在架空線路責任分界點處（或附近）裝設一臺分界負荷開關（FFK），經判斷確認用戶內部發生單相接地故障時，發出警告信息，60S后分界負荷開關自動掉閘，將故障隔離，確保對非故障用戶正常供電。

目前棗莊公司所轄10kV線路接入的變電站共計84座（其中接地方式經消弧線圈接地的變電站30座、不接地變電站54座）、配網共計分界開關保護控制器共計5570套、分界開關保護控制器共有6個生產廠家、分界開關保護控制器型號共計7款，全部具備通信聯網功能和事件記錄功能。現階段分界開關采用的是基于工頻零序過流的分界技術。此項技術的缺點一是工頻零序過電流受消弧線圈補償電流的影響，容易拒動；二是發生間歇性接地故障時幅值計算出錯，出現誤動。

2.提出課題

在消弧線圈接地系統中，由于分界開關保護整定原理上的缺陷，導致當用戶側發生單相接地故障時，用戶分界開關容易發生拒動；系統側發生單相接地故障時，用戶分界開關容易發生誤動。分界開關的不正確動作容易導致擴大停電范圍，降低供電可靠性。同時，負荷型的分界開關無法斷開相間短路故障電流，造成站內開關跳閘。

（1）結合線路運行實際，記錄消弧線圈接地系統中單相接地故障時每臺分界開關動作情況，進一步分析故障電流與保護定值的關系，重新進行分界開關的保護定值整定，提高動作正確率。

（2）改變分界開關控制器的保護定值整定原理，消除單相接地故障時分界開關誤動拒動現象。

（3）改變分界開關控制器的保護定值整定原理，消除單相接地故障時分界開關誤動拒動現象，同時，提升分界開關裝置性能，具有斷開負荷側相間故障功能，即研制具有基于暫態量和斷路器功能的分界開關裝置。

3.課題選擇

小組成員經過討論后認為，各項指標滿足五個基本條件，確定本次活動的課題是：配電網暫態分界開關研制。

二、 設定目標

1. 研制要求

對單相接地故障較為有效，消除單相接地故障時分界開關誤動、拒動現象，同時，提升分界開關裝置性能，具有斷開負荷側相間故障短路電流功能，從而提高供電可靠性。

2. 量化目標

（1）使用新裝置后，分界開關單相接地故障誤動、拒動率降低為5.0%以下。

（2）開斷負荷側相間故障動作正確率100%。

3. 目標的可行性分析

（1）部門領導重視，給予大力支持。山東省調在棗莊公司開展配電網暫態分界開關及二次重合閘科技項目試點。科技項目負責小組在技術條件和資金預算方面的支持為課題開展奠定了堅實的基礎。

（2）良好的理論和技能基礎。小組成員中高級工程師5人，工程師4人，大專及以上學歷的成員占到了100%，其中6人還接受過關于配網自動化分界開關相關方面的技術大講堂培訓。

（3）具有良好的研制平臺。小組成立至今研制出多種實際應用效果良好的裝置或系統，獲得專利10余項，當下更有“電網衛士”創新工作室作為依托。

（4）與廠家良好的業務聯系和合作關系。小組與珠海許繼電氣有限公司、山東科匯電氣股份有限公司等電氣廠家具有良好的業務聯系和合作關系，兩家單位在開關或控制器研制方面技術都很成熟。

綜合所述，本次活動在技術、管理和經驗方面均已充分的考慮，目標是可以實現的。

三、 提出方案并確定最佳方案

小組成員查閱了國內外大量的相關專業技術資料，結合現場實際及多年經驗，集思廣益，運用“頭腦風暴法”和親和圖對配電網暫態分界開關的組成特性進行了歸納整理

1. 方案的第I級分解

由親和圖可以看出，新研制的裝置主要由斷路器單元結構、控制器單元結構和通訊單元三部分組成。針對方案I級分解，小組研究了其各功能組合方式，得出配電網暫態分界開關的整體結構

2. 方案的第Ⅱ級分解

根據裝置整體結構圖，進一步得到方案的Ⅱ級分解，小組逐一展開分析，每一個方案都提出相應的備選方案，并進行了詳細的對比選擇及相應評估。

2.1信號傳輸方式選擇

通訊單元負責分界開關與主站的信息交互。當分界開關負荷側發生單相接地故障和相間接地故障時，保護信號動作于跳閘，當電源側發生故障時，無信號發出。

信號傳輸方式設計待選方案：方案一：有線設計。采用光纖等實現通信互聯。方案二：無線設計。通過GPRS傳輸信號。

2.2斷路器型號選擇

2.3電源大小的選擇

斷路器的操作電源取至PT，國標為24V，但棗莊地區是2013年底完成的配網改造，全部采用的48V/220V的操作電源，為了后期設備研制出來便于對比測試和現場改造的的實際考慮，選定48V操作電源。

2.4保護定值整定策略的選擇

3. 最佳方案的確定

四、 按對策表實施

對策實施一：無線傳輸裝置

2017年3月2日，由小組成員揭一鳴對無線信號傳輸裝置移動4G SIM卡進行了購買，聯系珠海許繼廠家對SIM卡的信號率進行了為期一個月的跟蹤測試。

結論：經過測試，移動4G SIM卡的信號平均日在線率能夠達到99%以上，滿足目標要求。

對策實施二：斷路器型號選擇

2017年4月5日，由小組成員韓松與珠海許繼廠家進行了聯系，購買了一臺10kV看門狗分界斷路器，型號為：FZW28-12/630-20，并進行了試驗。結論：經過試驗，該臺斷路器可以實現在動作信號下可靠動作率100%的要求。

對策實施三：工作電源

2017年5月5日，小組成員朱其濤購買選定的20kV全絕緣、全屏蔽PT，一次側取自220V電源，二次轉化為48V，給斷路器提供操作電源。結論：安裝后進行測試，可靠性100%。

對策實施四：新型分界開關控制器的研制

1.2017年5月10日，由小組成員朱思萌聯系山東科匯電氣股份有限公司聯合開發新型分界開關控制器PZK-560F，裝置具有體積小、結構緊湊、環境適應能力強的特點.

2.2017年6月1日完成新型分界開關控制器制作.

對策實施五：配電網暫態分界開關的現場安裝與調試工作

1.2017年6月10日，小組匯報調控中心領導，聯合運檢部、薛城客服分中心、變電運維室、配電運檢室、山東科匯電氣股份有限公司、山東電科院和珠海許繼電氣有限公司，進行現場安裝與測試。

2.10kV小電流接地系統單相接地故障檢測試驗.

主要驗證內容：用戶界內單相接地故障時，用戶分界開關控制器裝置應可靠動作并上報接地故障。用戶界外單相接地故障時，用戶分界開關控制器裝置應可靠不動作。

單相接地試驗類型包括：金屬性接地、經500歐姆過渡電阻接地、經1000歐姆過渡電阻接地、經放電球隙接地（模擬弧光接地）、經水、草接地（模擬弧光接地）六種形式，每種形式各進行三次試驗。從表中可以看出，新研制的分界開關單相接地故障誤動、拒動率為0.0%，滿足設定目標5.0%以下的要求。

五、 效果檢查

2017年6月，為檢驗所研制配電網暫態分界開關的使用效果，小組又將研制出的裝置分別應用于東郊站、北辛站和山亭站各一條線路共七個分界開關，跟蹤至8月10日，效果如下：通過跟蹤記錄，使用暫態分界開關后，單相接地故障時開關誤動拒動率為0.0%，相間故障正確動作率為100%，均實現了預期目標！

六、 標準化

2017年7月20日，小組將研制的配電網暫態分界開關的相關資料進行了整理，制定了《FZW28-12/630-20-PZK-560F暫態分界開關用戶手冊》和《棗莊配電網暫態量控制器保護整定及調度運行說明書》