10 kV農網架空線路的智能化提升實踐案例

毛之俊，何官清

（國網浙江省電力有限公司衢州供電公司，浙江 衢州 324000）

由于農村電網中10 kV架空線路覆蓋廣闊，運行環境較為復雜，引起開關動作因素多、跳閘停電率高。傳統的10 kV饋線方式故障判斷困難、隔離故障點時間長，需要通過反復的人工拉合開關試送進行縮小范圍、確定故障點[1]。原先采用SF6柱上開關，雖然提高配電網的供電可靠性，但跳閘后不能自動重合，各個柱上開關之間跳閘電流和時間無法配合，對瞬時性故障，反而擴大停電范圍[2]；同時缺少通信功能，難以為故障排查提供信息輔助。類似雷擊、用戶側設備故障、風雨天的樹木碰線、小動物誤登桿等瞬時故障停電原因，需要在故障范圍內，逐基登桿進行檢查，往往耗費了大量人力和時間的情況下，卻很難精確查明故障點或故障原因。

2017年國家電網有限公司正式發布了Q/GDW 10370—2016《配網技術導則》[3-4]，對配電網繼電保護和自動裝置、配電自動化及信息化進行了重新明確和重要規定，對未來配電自動化系統的建設與應用具有重要指導意義[5]。饋線自動化[6-7]作為配電自動化系統最為重要的功能之一，對快速處理配電網故障、提升供電可靠性與搶修效率具有重要作用，其實現方式主要包括集中型和就地型兩種方式[8-9]。

在架空線路上安裝具有自動化功能的柱上開關（統稱智能開關），發生故障時柱上開關能自動隔離故障區域，縮短故障查找的事件，迅速恢復非故障區域的正常停電，是饋線自動化的主要實施理念[10]

智能開關重合閘功能的正常投運，是饋線自動化功能實現的主要基礎。現階段用于判別瞬時故障和永久故障、進行縮小故障隔離范圍、提升供電可靠性和用戶滿意度的重要措施。未來是網格內聯絡網架故障智能診斷和供電自適應恢復的重要節點。

本文立足衢州地區的多丘陵地形特點，選擇最具代表性的35 kV荊溪變電站10 kV學院Q512線為實踐對象，通過2019—2020年的運行故障數據分析，羅列不同原因引起的停電次數進行分類，并橫向查找衢州地區同類原因引起停電時的瞬時過電流值清單，確定引起智能開關動作的過電流停電故障主要原因。通過對統計的大數據進行比對分析，推導與現象相適應的計算公式，在不違反智能開關重合閘整定值的相關規定的前提下，得到相對理想的瞬時動作和重合閘整定的取值。

借助Ⅳ區主站系統的遠程操作功能，將測算出的理想智能開關重合閘整定值及重合閘時間值錄入，替換原值并投入試運行。同時監測統計在雷擊、用戶側設備故障、風雨天的樹木碰線、小動物誤登桿等因素，瞬時故障引起的停電，實現自動重合閘整定的效果，在對2020年整定取值調整前后運行狀況的比對分析后，提出較為適合多丘陵地形的重合閘整定值和時間設置，最終通過現場數據實測驗證計算公式的合理性。

1 整定值調整前運行狀況

1.1 故障事件情況

1.1.1 故障原因分析

10 kV學院Q512線自2018年9月進行柱上開關智能化改造后至2020年9月底，共累計發生停電事件12起，引起停電事件的原因分析歸類，如表1所示。

表1 10 kV學院Q512線停電事件的原因分類

根據不同原因引起的停電次數進行分類后發現，雷擊引起的瞬時過電流、小動物和樹木碰線引起的相間短路過電流是引起10 kV學院Q512線跳閘的主要原因。

1.1.2 故障原因次數統計

2018年9月—2020年9月底，衢州地區柯山片區6個網格因同類型故障原因引起停電的次數54起，如表2所示。

表2 柯山片區停電事件的原因分類

同時段因雷擊引起的瞬時過電流、小動物和樹木碰線引起的相間短路過電流，是引起停電事件的主要原因。

1.2 參考整定值動作情況

根據原智能開關的出廠整定，主線分段開關的過流動作設整定值都默認為400 A，動作時間500 ms；一級分支線，整定值都默認為300 A，動作時間400 ms；二級分支線，整定值都默認為200 A，動作時間300 ms。鑒于農村電網運維環境的復雜性，以及供電安全角度，因此分支線上的智能開關自動重合閘功能一直未發揮作用。

2 整定值調整方案的論證

2.1 整定調整依據

根據Ⅳ區主站系統中的統計數據可以發現，2019年1月1日至2020年4月30日，10 kV學院Q512線共發生智能開關跳閘引起的停電事件5次，且均為10 kV學院Q512線49#桿分支線上智能開關動作，其中引起主線停電事件4起，發生概率80%。如表3所示。

針對這一現象做進一步原因分析發現，是由于分支開關與上一級分段開關動作電流值設定相同，且動作延時時間大于分段開關，因而出現分支線故障不跳分支開關、跳主線分段開關的現場。

因此，本文選定49#桿智能開關作為重合閘整定取值調整的實踐對象。

從理論上要實現分支線開關整定值調整，需要對四個相關因素進行數據查找和分析，包括：變電站內過流整定值和重合閘時間、主線分段開關的整定值及時間、智能開關后段掛接用戶的負荷情況、后段開關重合閘動作時間。

35 kV荊溪變電站內對10 kV學院Q512線Ⅱ段過流整定值為540 A，過流Ⅱ段時間800 ms（49#桿屬于線路后段，如圖1所示），重合閘時間0 s。

主線分段開關21#桿和36#桿為柱上開關（非智能開關），過流整定值為600A，過流時間400 ms。

10 kV學院Q512線49#桿分支線上配變負荷4650 kVA。

10 kV學院Q512線49#桿分支線后段的開關，都是柱上開關，未設定重合閘功能，因此本文中忽略該因素。

表3 Ⅳ區主站系統10 kV學院線故障統計

圖1 荊溪變電站10 kV學院Q512線單線圖

2.2 整定調整方案

2.1.1 動作整定取值

根據上述四個已知的因素，對10 kV學院Q512線49#桿分支智能開關的級差保護設置，設定動作電流值和動作時間應小于上一級開關的動作值。根據智能開關的設置原理，結合現場情況和歷史運維數據的分析，經測算后數字取整，得到Q512線49#桿分支智能開關理想整定取值應為500A。

由于現有49#桿已安裝的智能開關最大整定值僅有400 A，結合該線路上配變都未出現重過載情況，因此對負荷總額值進行適當調整，同時提高裕量，經測算后數字取整，得到的理想整定取值應為400A。

根據上下級保護事件級差的配合原則[10]：相間故障時，斷路器跳閘時間值計算：根據智能開關自身的取值設定規則，確定立項取值為300 ms。

2.1.2 重合閘時間取值

根據《國網衢州供電公司配網保護配置及整定（征求意見稿）》第13條規定：對于變電站過流I段投入且動作時限為0 s的線路，一級分支重合閘時間建議取20 s，二級分支線重合閘時限取25 s。

對照線路單線圖可知，10 kV學院Q512線49#桿分支屬于一及分支，根據文件要求對智能開關的重合閘時限設定為20 s，調整前后的整定值和動作時間配置情況如表4所示。

表4 10 kV學院Q512線49#桿智能開關參數設置

表5 荊溪變電站10 kV學院Q512線智能開關安裝后故障停電情況

3 整定值調整后運行狀況

3.1 整定方案的實施效果

10 kV學院Q512線49#智能開關安裝后，自2019年1月1日—2020年9月30日，共發生停電事件7起，系統數據如表5所示。

2020年4月30日—9月30日，10 kV學院Q512線49#桿智能開關調整后，共發生停電事件2起、重合閘成功2次，重合閘成功率100%，未造成主線停電事件。

自2020年4月30日對10 kV學院Q512線49#桿智能開關整定值調整后，10 kV學院Q512線49#桿后段分支線供經歷了兩次故障停電事件，均為瞬時過電流事件，原因分別是用戶側故障1次、雷擊過電流1次。兩次事件均未造成主線停電，并且在避開過電流后自動重合閘成功，實現了正常送電。重合閘成功率如表6所示。

表6 10 kV學院Q512線49#桿參數調整后效果

4 結束語

通過2020年5—9月的運行檢測，尤其是迎峰度夏期間（7—9月）的運行成效，說明在丘陵地區，該智能開關整定值設定具有較高的可行性，可以針對不同線路，進行不同參數值的合理配置，滿足線路自動化的運維需要。

本開關整定計算，為一線員工提供簡便有效的方法，為推進架空線路智能化實踐應用提供了理論依據和選型方法。對已實現兩聯絡或三聯絡的網架，如“合閘速斷+聯絡通信”或“合閘速斷+聯絡通信+主站系統”提供切實有效的研判數據，出現智能開關重合閘失敗時，可以通過兩次停電時限判斷故障位置，通過GPRS/SMS通信方式，在幾十秒的時間內，使最靠近故障點的后端智能開關斷開，實現故障點兩端的隔離；然后根據預定方案，使故障點的后側正常設備通過聯絡開關的關合，將負荷掛接至另一聯絡線路上實現正常供電[11]。