一種控制配網線路微機自動重合閘頻繁重合動作邏輯方法

摘? 要：電網中運行的線路自動重合閘裝置在提高供電可靠性的同時必須兼顧設備及系統安全性，不正常動作會引起人身及電網設備事故。國內斷路器廠家額定操作順序與保護廠家重合閘裝置傳統邏輯之間存在矛盾，在傳統的自動重合閘邏輯中增加控制邏輯電路，可以有效防止重合閘裝置短時間內頻繁重合對人身、設備、電網造成的損害。

關鍵詞：斷路器;額定操作順序;自動重合閘;頻繁重合;控制邏輯

0引言：針對一起35KV真空斷路器短時間內頻繁重合動作行為進行分析，并對國內斷路器廠家額定操作順序與保護廠家重合閘裝置傳統邏輯之間存在的矛盾，提出防止自動重合閘裝次置短時間多次頻繁重合的解決方案。

1斷路器短時間內多次重合動作行為分析

2020年7月5日19時39分至19時43分之間，35kV康X架空線路 3207開關先后5過流I段出口動作跳閘，均重合成功（時間間隔分別為19S、55S、60S、104S）。19時55分（經過12分鐘）第6次故障時，因控回斷線，線路再次故障時開關拒動，主變后備保護動作切除故障。

經分析，該35kV開關柜存在線路側接地刀閘口與母排距離僅100豪米左右（空氣絕緣，國標≥300毫米）隱患，故障發生時雷雨，該線路走廊雷電頻繁。雷電場強能量干擾線路，引發開關柜地刀處空氣絕緣耐壓不足，母排對接地刀閘弧光放電，保護動作切除故障，重合閘啟動，此時雷電能量侵擾釋放，絕緣暫時恢復，重合成功。但短時間內（19秒左右），雷電再次侵擾線路，再次引發此處薄弱的空氣絕緣擊穿，弧光短路，保護動作跳閘，重合閘各項條件具備，再次啟動重合，此時侵擾能量釋放，絕緣又暫時恢復，重合成功。此后動作結果分析均是此原因。

此次故障短時間內對主變進行多次近區短路沖擊，僥幸未引起主變絕緣擊穿。斷路器未引發爆炸，未引發設備人身事故，但給主變及斷路器的電壽命使用造成極大傷害。

經分析，保護裝置動作正確，按照預定的自動重合閘裝置動作邏輯行為也正確，但：自動重合閘短時間內（4min）頻繁動作行為是否正常（5次開斷短路電流，5次重合成功），是否符合電氣設備及電網安全穩定運行條件，答案顯而易見，存在如下危害：

1）斷路器在短時間內切斷多次短路電流，斷路器遮斷容量顯著下降，加上之前運行過程中切斷故障短路電流次數，可能已經超出廠家規定的短路電流切斷次數，不排除再次切斷故障短路電流時開關遮斷容量不足，發生爆炸事故。

2）電力系統短時間內多次受到故障沖擊，可能引起系統振蕩。

3）穿越短路電流對主變等主設備多次沖擊造成損壞。

4）分斷短路電流時間間隔小于斷路器額定操作順序的時間間隔，額定時間間隔之內多次分斷短路電流，造成觸頭的磨損和燒蝕，影響電壽命使用，極端情況下會引發斷路器因遮斷容量不足爆炸，擴大事故。

根據《高壓交流斷路器》（GB1984-2014）、《高壓交流斷路器》（DL/T402-2016）、《12-40.5KV高壓真空斷路器訂貨技術條件》（DL/T403-2000），規定斷路器額定操作順序有兩種選擇：

a）O- t-CO-t'-CO（用于自動重合閘），其中t=0.3S;t'=180S 。尚有兩個取值15S（用于40.5KV以下快速自動重合閘）或60S可代替。

b） CO-t″-CO（不用于自動重合閘），其中t″=15S 。

目前40.5KV及以上斷路器各廠家均按照如下額定操作順序進行試驗：O-0.3S-CO-180S-CO 。

因此，前述斷路器動作行為已經嚴重違反額定操作順序時間。

2、國內斷路器廠家標定的額定操作順序與保護廠家重合閘裝置邏輯之間存在矛盾

標準中的斷路器額定操作順序是在試驗室中為了驗證斷路器開斷和關合短路電流能力以及是否具備免維護，具有較長電壽命而規定的一個試驗順序的各個操作之間的時間間隔。同時也應該是設備運行中操作順序和時間間隔的允許值。標準中的時間間隔最大值（180S，甚至規定可以延長至10min）取值，主要是考慮少油斷路器開關油絕緣強度恢復時間，試驗站的限制（有可能達不到15S＼60s＼180s）。在有人值班變電所，運維人員從中控室到開關場確認檢查，再行強送電時間大約也是180S。但現在斷路器使用真空及SF6介質滅弧，絕緣強度恢復快，同時無人值守站所大量投運，因此部分真空斷路器具備15S（ABB/VD4/40.5KV及以下，額定開斷短路電流31.5KA及以下）后第二次重合或者手動強送能力。但對40.5KV及以上斷路器各廠家仍取180S值進行試驗驗證。

斷路器額定操作順序試驗，是考核斷路器額定性能的依據，考慮了運行中的斷路器可能承受的最惡劣工況，兼顧了設備及系統安全性，供電可靠性。結合斷路器機械特性，保護及自動重合閘裝置性能，對架空進線斷路器實現兩個最基本要求：1、提高供電可靠性，短路故障后，斷路器通過0.3S的無電流時間快速恢復絕緣，同時由自動重合閘裝置實現第一次重合，如為瞬時性故障，則重合成功，線路恢復供電;如為永久性故障，則加速保護快速跳閘2、保證了設備及系統的安全穩定性。短路故障后，配合保護及自動重合閘裝置動作行為，斷路器可承受短時間內兩次關合、三次開斷短路電流而不受損壞或者影響其電壽命， 系統及主設備則允許在第一次重合失敗后，經過180S（或者15S/60S）進行第二次自動重合或者手動強送，如不成功，則不允許再強送。

目前國內主流保護廠家重合閘裝置動作邏輯：對于三相一次重合閘，重合成功后，如滿足充電條件，則在15-20S內完成充電（斷路器儲能時間一般在5-10S），此后保護再動作跳閘，如滿足重合閘裝置動作邏輯條件，就可以進行二次重合或者手動強送，遠遠小于額定的180S的時間間隔（雖然大部分情況下故障短路電流小于額定分斷短路電流），這還是在預設的一次重合閘正常動作行為工況之下的不符合標準行為，如果發生前述異常運行工況，重合閘裝置每次都會短暫重合成功于絕緣薄弱故障，由于監控人員沒有及時發現不加干預或者沒有發生前述控回斷線行為，最終后果是斷路器爆炸或者主設備損壞，期間可能造成系統振蕩、用戶因電能質量問題引發次生損害。

3、邏輯控制方法

目前國內主流保護廠家配網線路微機自動重合閘裝置邏輯均沒有針對此類故障的防范。前述故障雖然是個例，但不代表類似故障行為不會再次發生，如在配網系統發生單相非金屬性間隙性接地故障時，有可能造成異相絕緣薄弱處因電壓升高而短時間對地放電，造成兩相異地接地短路，當保護動作切除故障后，薄弱絕緣處可能短暫自恢復，重合成功，短時間后同樣故障會再次發生。因此如何防范，避免類似事件發生，提出如下邏輯控制方法：

國內配網線路微機重合閘裝置原理大部分都采用三相一次重合閘，也保留三相二次（三次/四次）重合閘功能（如國電南PSL641U、深圳南瑞ISA351G＼ISA367G）。應在重合閘裝置邏輯回路中設置脈沖計數器，啟動相應時間繼電器：對于三相一次重合閘，在第一次保護動作跳閘后，重合閘啟動，經延時發合閘脈沖，對裝置放電同時啟動脈沖計數器，脈沖計數器置“1”并觸發時間繼電器，經T1時間（0S-165S，根據斷路器額定操作順序選擇時限）延時后重合閘裝置滿足條件開始充電，充好電后，如在脈沖計數器開放時間內再次發生故障跳閘（脈沖計數器設定30min整組復歸），其他條件具備則進行第二次重合觸發，脈沖計數器置“2”并觸發時間繼電器，在T2時間之內（10-20min可選），當線路再次故障跳閘，第三次重合觸發，脈沖計數器置“3”。在設定時間T2之內第三次重合無論成功與否，應立即閉鎖重合閘并自保持（或者在設定的延時時間內自動復歸，延時時間考慮1個小時，根據地區運行經驗設定），這樣即使線路重合成功，在一定短延時后再次跳閘，裝置閉鎖重合閘。等待仔細檢查，直至故障排除，由專業人員遙控或者就地手動對重合閘裝置進行復位干預。對于三相多次重合閘功能，保證供電可靠性的同時亦應考慮額定操作順序時間間隔，允許在大于再次重合閘閉鎖時間內（一般規定5S）而小于60S內（多次重合閘裝置整組復歸時間），進行設定次數重合（不應超過三次），3次以后，無論重合成功與否，同上所述，應立即閉鎖重合閘并自保持，排除故障后由專業人員遙控或者就地手動對重合閘裝置進行復位干預。脈沖計數器可通過控制字設定其投退，一次、二次脈沖啟動時間繼電器可通過整定定值為0S配合三次重合閘。（邏輯框圖如圖1所示）

4、結論

上述方案可有效防止電力系統分正常運行工況下，重合閘頻繁動作行為造成人身、電網、設備事故事故發生，具有一定的工程實用價值。

參考文獻：

【1】中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會發布，中華人民共和國國家標準《高壓交流斷路器》（GB1984-2014）? ICS29.130.10，k43.

【2】國家能源局發布，中華人民共和國電力行業標準《高壓交流斷路器》 （DL/T402-2016） ICS29.240.01，k44.備案號53986-2016.

【3】中華人民共和國國家經濟貿易委員會發布《12-40.5KV高壓真空斷路器訂貨技術條件》（DL/T403-2000） ，k43.

【4】國電南京自動化股份有限公司，《PSL620系列數字式線路保護裝置技術說明書》.

【5】南瑞繼保，《RCS951系列高壓輸電線路成套保護裝置技術和使用說明書》.

【6】北京四方繼保自動化股份有限公司《CSC160系列數字式線路保護裝置說明書》.

【7】深圳南瑞科技有限公司《ISA367G線路保護測控裝置技術說明書》.

【8】許繼電氣股份有限公司《WXH-821B/G2微機線路保護測控裝置技術說明書》.

作者簡介：李豹生，（1971-? ） 男，本科學歷，從事電力系統繼電保護及二次設備運維管理，長期進行繼電保護事故處理、案例分析及原理研討工作。