自適應(yīng)切換聯(lián)絡(luò)開關(guān)的自愈方法

黃建中，黃紀(jì)元

（1．云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司峨山供電局，云南 峨山653200；2．齊齊哈爾大學(xué)，黑龍江 齊齊哈爾161006）

配網(wǎng)線路自愈，指線路故障自動(dòng)隔離，自動(dòng)合上線路聯(lián)絡(luò)開關(guān)，恢復(fù)故障點(diǎn)后段線路的供電。其自愈方式有兩種，一種是就地型自愈，另一種是主站控制自愈。

就地型自愈不依賴通信，僅需對聯(lián)絡(luò)開關(guān)處的配電終端設(shè)置合理參數(shù)，便由終端就地控制聯(lián)絡(luò)開關(guān)。缺點(diǎn)是當(dāng)配網(wǎng)接線方式或運(yùn)行方式發(fā)生變化，造成變電站出口開關(guān)至聯(lián)絡(luò)開關(guān)之間的分段器數(shù)目變化時(shí)，應(yīng)重新設(shè)置參數(shù)。

主站控制自愈不因配網(wǎng)運(yùn)行方式的變化而重新調(diào)整配電終端參數(shù)，它是由配電主站遙控聯(lián)絡(luò)開關(guān)。所以，隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，特別是無線5G技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，主站控制自愈技術(shù)得以普遍推廣應(yīng)用。

但是，不管是就地型自愈，還是主站控制自愈，目前均需提前固定聯(lián)絡(luò)開關(guān)的位置。若需變更聯(lián)絡(luò)開關(guān)位置，必須對配電自動(dòng)化終端及主站相關(guān)參數(shù)重新設(shè)置。而運(yùn)行中，因管轄范圍劃分調(diào)整、接線方式變化等原因，常需重新調(diào)整聯(lián)絡(luò)開關(guān)位置。

所以，有必要研究一種自適應(yīng)切換配網(wǎng)線路聯(lián)絡(luò)開關(guān)位置的自愈控制方法，以減少人員維護(hù)工作，并滿足靈活多變的配網(wǎng)運(yùn)行方式要求。

1 自適應(yīng)切換聯(lián)絡(luò)開關(guān)的方法

1.1 原理簡述

配網(wǎng)線路采用就地式電壓型配電自動(dòng)化終端，終端同時(shí)具有分段工作模式及聯(lián)絡(luò)工作模式功能，可根據(jù)運(yùn)行方式智能切換至對應(yīng)的工作模式。兩種模式相互閉鎖，即投入一種工作模式，另一種工作模式便自動(dòng)退出。終端除兩種工作模式外，還有一種初始狀態(tài)，即非工作模式下的初始狀態(tài)，此時(shí)終端無任何饋線自動(dòng)化功能邏輯。

電壓型配電自動(dòng)化具有功能邏輯簡單，故障定位及故障隔離準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。它的功能邏輯簡述為“有電合，無電分，短時(shí)供電會(huì)閉鎖”。“有電合”指開關(guān)得電后，經(jīng)X時(shí)限延時(shí)合閘；“無電分”指線路失電后，經(jīng)Z時(shí)限延時(shí)分閘；“短時(shí)供電會(huì)閉鎖”指：開關(guān)得電合閘后，若Y時(shí)限內(nèi)線路失電，則開關(guān)分閘，并Y閉鎖合閘，該情況下的閉鎖為正向閉鎖，開關(guān)正方向帶電不會(huì)得電合閘，而反方向得電則自動(dòng)解除閉鎖。單側(cè)得電，啟動(dòng)得電合閘邏輯，若X時(shí)限內(nèi)線路又失壓，則殘壓閉鎖合閘，該閉鎖為反方向閉鎖，即反方向得電不啟動(dòng)得電合閘功能，而正方向帶電則自動(dòng)解除閉鎖。所以，線路故障段兩側(cè)開關(guān)均分閘而有效隔離故障點(diǎn)，其故障線段電源側(cè)的開關(guān)有Y閉鎖合閘信號，負(fù)荷側(cè)的開關(guān)有X閉鎖（殘壓閉鎖）合閘信號。電壓型終端與變電站出口開關(guān)重合閘有效配合，能對故障線路段完成隔離，確保后段線路具備帶電條件，以便自愈，即轉(zhuǎn)供電。

1.2 配電自動(dòng)化終端技術(shù)要求

1.2.1 分段工作模式應(yīng)具備

失電延時(shí)分閘（Z時(shí)限分閘）；得電延時(shí)合閘（X時(shí)限合閘）；殘壓閉鎖合閘（X閉鎖合閘）；Y時(shí)限閉鎖合閘（Y閉鎖合閘）；操作分閘閉鎖自動(dòng)合閘；雙側(cè)有壓禁止自動(dòng)合閘；解除上述閉鎖合閘條件：操作合閘或“復(fù)位”。

1.2.2 聯(lián)絡(luò)工作模式應(yīng)具備

單側(cè)失壓延時(shí)告警或合閘（即XL功能），其單側(cè)失壓告警或合閘二者之間可選擇，本方法中應(yīng)選擇為“告警”；兩側(cè)失電則自動(dòng)退出聯(lián)絡(luò)工作模式。

1.2.3 啟用各種工作模式方法

啟用分段工作模式方法：開關(guān)由分到合，便自動(dòng)啟用分段工作模式，并閉鎖聯(lián)絡(luò)工作模式。

啟用聯(lián)絡(luò)工作模式方法：開關(guān)在分位，且開關(guān)兩側(cè)均有電，則啟用聯(lián)絡(luò)工作模式，并閉鎖分段工作模式。

進(jìn)入初始狀態(tài)方法：操作分閘或人工“復(fù)位”，初始狀態(tài)下終端無饋線自動(dòng)化功能邏輯。

終端工作模式啟用原理示意圖如圖1所示。

圖1 終端工作模式啟用原理示意圖

在圖1中的同步RS觸發(fā)器，其S端為置位端，R為復(fù)位端，SP為觸發(fā)脈沖輸入端，Rd為復(fù)位端，Q、Qˉ為輸出端。

開關(guān)由分（0態(tài)）到合（1態(tài)），同步觸發(fā)器1輸出端Q輸出高電平，即終端進(jìn)入分段工作模式，且Qˉ輸出端控制一個(gè)“與門”輸出為低電平，使聯(lián)絡(luò)工作模式無效。

開關(guān)分位與兩側(cè)有電的“與門”輸出有“0”態(tài)到“1”態(tài)變化，則同步RS觸發(fā)器2輸出高電平。之前終端若處初始狀態(tài)，則此時(shí)進(jìn)入聯(lián)絡(luò)工作模式；之前終端若處分段工作模式，則聯(lián)絡(luò)工作模式無效。

操作分閘或開關(guān)在分位時(shí)按“復(fù)位”鍵，則終端進(jìn)入初始狀態(tài)。需注意，開關(guān)在合位時(shí)，其“復(fù)位”鍵是無效的，這樣便避免了開關(guān)運(yùn)行時(shí)誤復(fù)位而使饋線自動(dòng)化功能失效。

終端可由聯(lián)絡(luò)工作模式直接切換至分段工作模式，但不能由分段工作模式直接切換到聯(lián)絡(luò)工作模式，而只能由分段工作模式先切換到初始狀態(tài)，再由初始狀態(tài)切換到聯(lián)絡(luò)工作模式。這符合現(xiàn)場運(yùn)行實(shí)際需要，即現(xiàn)場運(yùn)行中是不可能直接由分段工作模式切換到聯(lián)絡(luò)工作模式的，它必須先斷開開關(guān)（此時(shí)已自動(dòng)進(jìn)入初始狀態(tài)）或在分位時(shí)按“復(fù)位”鍵進(jìn)入初始狀態(tài)，再切換至聯(lián)絡(luò)工作模式。

所以，圖1中這種工作模式切換方式，符合電網(wǎng)企業(yè)所要求的“有且只有一種工作模式可投入運(yùn)行”的饋線自動(dòng)化終端技術(shù)規(guī)程。

另，為方便運(yùn)維人員正確識別終端處于何種狀態(tài)，在終端應(yīng)分別設(shè)置“分段”“聯(lián)絡(luò)”“初始”狀態(tài)指示燈。

1.3 配網(wǎng)線路切換（選擇）聯(lián)絡(luò)開關(guān)的操作步驟

1.3.1 對停電線路調(diào)整

選擇好聯(lián)絡(luò)點(diǎn)。對所選擇聯(lián)絡(luò)開關(guān)復(fù)位，進(jìn)入初始狀態(tài)，避免單側(cè)得電便自動(dòng)合上開關(guān)。從電源側(cè)依次操作（或自動(dòng)）合上各線路開關(guān)，一經(jīng)合上的開關(guān)，便自動(dòng)進(jìn)入或保持分段工作模式。待聯(lián)絡(luò)點(diǎn)開關(guān)兩側(cè)有電，則該開關(guān)自動(dòng)進(jìn)入聯(lián)絡(luò)工作模式。

1.3.2 運(yùn)行線路調(diào)整聯(lián)絡(luò)點(diǎn)

操作斷開新選擇為聯(lián)絡(luò)點(diǎn)的開關(guān)，此時(shí)開關(guān)進(jìn)入初步狀態(tài)，其單側(cè)得電合閘功能失效。

操作合上原聯(lián)絡(luò)開關(guān)，此時(shí)該開關(guān)自動(dòng)由聯(lián)絡(luò)工作模式切換為分段工作模式。

待新聯(lián)絡(luò)點(diǎn)開關(guān)兩側(cè)有電，則該開關(guān)自動(dòng)進(jìn)入聯(lián)絡(luò)工作模式。

1.4 對自適應(yīng)切換聯(lián)絡(luò)開關(guān)的評價(jià)

聯(lián)絡(luò)開關(guān)可隨著運(yùn)行方式變化，自適應(yīng)切換為相應(yīng)的分段模式或聯(lián)絡(luò)模式，故線路上的開關(guān)終端，均可按統(tǒng)一的整定原則設(shè)置定值參數(shù)，而不必隨運(yùn)行方式變更而調(diào)整定值。

2 智能識別聯(lián)絡(luò)開關(guān)的主站自愈算法

2.1 聯(lián)絡(luò)開關(guān)識別及控制原理

采用線路故障時(shí)配電終端實(shí)時(shí)故障信號觸發(fā)識別聯(lián)絡(luò)開關(guān)的方式。當(dāng)配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)收到某一線路開關(guān)殘壓閉鎖信號（可知，此時(shí)故障點(diǎn)在該開關(guān)前段，且該開關(guān)已斷開），通過網(wǎng)絡(luò)拓樸，沿著負(fù)荷側(cè)方向遍歷，查找開關(guān)是否有XL報(bào)警信息。找到后，主站識別為聯(lián)絡(luò)開關(guān)且自動(dòng)遙控合上該聯(lián)絡(luò)開關(guān)。

2.2 算法設(shè)計(jì)

智能識別聯(lián)絡(luò)開關(guān)的自愈控制程序框圖如圖2所示。

圖2 智能識別聯(lián)絡(luò)開關(guān)的自愈控制程序框圖

聯(lián)絡(luò)開關(guān)位置是通過故障時(shí)殘壓閉鎖信息觸發(fā)程序，查詢對應(yīng)的XL報(bào)警信息開關(guān)而識別為聯(lián)絡(luò)開關(guān)，并進(jìn)行遙控合閘完成自愈。而目前通用的主站自愈技術(shù)是采用“聯(lián)絡(luò)開關(guān)庫”方法，其要求聯(lián)絡(luò)開關(guān)位置固定。所以本文所述主站自愈方法靈活性高。

當(dāng)故障發(fā)生后，若故障點(diǎn)靠負(fù)荷側(cè)開關(guān)不在線，或與殘壓閉鎖開關(guān)的網(wǎng)絡(luò)拓樸連接的聯(lián)絡(luò)開關(guān)（發(fā)XL報(bào)警信息的開關(guān)）不在線，則僅影響后段線路的轉(zhuǎn)供電，對故障隔離絲毫不影響。

當(dāng)某開關(guān)誤發(fā)殘壓閉鎖信號時(shí)，因程序還需對該開關(guān)是否處于分位進(jìn)行判定，處于分位才啟動(dòng)自愈，所以這種措施能可靠避免誤發(fā)殘壓閉鎖信號而可能造成非同期合環(huán)的事件。

操作斷開開關(guān)，不會(huì)發(fā)殘壓閉鎖信號，故操作分閘不會(huì)出現(xiàn)自愈控制而轉(zhuǎn)供電的情況。此時(shí)，如需把操作斷開開關(guān)的后段線路進(jìn)行自動(dòng)轉(zhuǎn)供電，則采取程序操作方法實(shí)現(xiàn)。

3 實(shí)例分析

取3條聯(lián)絡(luò)的線路，此3條線路分別由不同變電站供電。配網(wǎng)線路接線及故障點(diǎn)示意圖如圖3所示。

圖3 配網(wǎng)線路接線及故障點(diǎn)示意圖

圖3中#1、#5、#9開關(guān)為變電站出口開關(guān)，配置電流保護(hù)及重合閘，其他開關(guān)均為線路智能柱上開關(guān)，配置電壓型功能，同時(shí)投入分段工作模式及聯(lián)絡(luò)工作模式。另，聯(lián)絡(luò)工作模式的XL功能不跳閘出口，僅報(bào)警。正常運(yùn)行方式為#4、#8開關(guān)為聯(lián)絡(luò)點(diǎn)，處于分位，其他開關(guān)均處于合位。線路開關(guān)通過無線公網(wǎng)與主站傳輸“三遙”信息。

3.1 自愈過程分析

在圖3中選取不同故障點(diǎn)對自愈過程分析。

3.1.1 線路末端故障

當(dāng)A點(diǎn)發(fā)生故障，故障后#7開關(guān)處于分位且Y時(shí)限閉鎖分閘，#4、#8開關(guān)均發(fā)XL時(shí)限報(bào)警，但線路未有殘壓閉鎖信息，所以主站不啟動(dòng)自愈控制。由此可見，線路未端故障時(shí)可靠隔離了故障點(diǎn)，但不進(jìn)行自愈控制。

3.1.2 故障位于兩只分段開關(guān)之間。

當(dāng)B點(diǎn)故障，故障后#6、#7開關(guān)分位，#6開關(guān)Y時(shí)限閉鎖合閘，#7開關(guān)殘壓閉鎖合閘，#4、#8開關(guān)均發(fā)XL時(shí)限報(bào)警，主站收到#7開關(guān)殘壓閉鎖信息，遍歷查找到#4（或#8開關(guān)）有XL時(shí)限報(bào)警信息，于是主站發(fā)令遙控合上#4（或#8開關(guān)），恢復(fù)#7開關(guān)后段線路供電。當(dāng)#4（或#8）開關(guān)合上后，#8（或#4）開關(guān)兩側(cè)有電，其XL時(shí)限報(bào)警消除，仍保持聯(lián)絡(luò)工作模式。

3.1.3 故障位于變電站出口開關(guān)與第一級分段開關(guān)之間

當(dāng)C點(diǎn)故障，故障后#5開關(guān)重合不成功，位于分位，#6開關(guān)分位且殘壓閉鎖合閘，#7開關(guān)失壓分閘。#4（或#8）開關(guān)啟動(dòng)XL時(shí)限報(bào)警。主站收到#6開關(guān)殘壓閉鎖信息，遍歷查找到#4（或#8開關(guān)）有XL時(shí)限報(bào)警信息，于是主站發(fā)令遙控合上#4（或#8開關(guān)），然后#7開關(guān)單側(cè)得電自動(dòng)合閘，恢復(fù)了#6開關(guān)后段線路供電。

通過上述分析，故障點(diǎn)隔離不依賴通信，而是由終端進(jìn)行就地隔離故障，其可靠性高，配網(wǎng)運(yùn)行安全性得以保證。如在故障時(shí)通信故障，也不影響故障點(diǎn)的隔離，僅影響了故障點(diǎn)后段線路的自愈恢復(fù)供電。

另自愈過程只要求故障點(diǎn)靠負(fù)荷側(cè)及聯(lián)絡(luò)點(diǎn)這兩只終端在線，便能正常完成自愈控制，而不受其他終端是否在線的影響。所以，此種主站自愈控制方式，對終端通信在線率的要求也極低。

3.2 聯(lián)絡(luò)開關(guān)位置調(diào)整示例

分別在運(yùn)行情況和線路停電情況下把聯(lián)絡(luò)開關(guān)由#4開關(guān)調(diào)整到#3開關(guān)。

3.2.1 運(yùn)行情況下調(diào)整

先把#3開斷開，此時(shí)#3開關(guān)自動(dòng)退出分段工作模式進(jìn)入初始狀態(tài)（其單側(cè)得電合閘功能失效）；然后合上#4開關(guān)，#4開關(guān)自動(dòng)由聯(lián)絡(luò)工作模式切換為分段工作模式；當(dāng)#3開關(guān)兩側(cè)帶電且處于分位，#3開關(guān)啟動(dòng)聯(lián)絡(luò)工作模式。

3.2.2 線路停電情況下的調(diào)整（如檢修后調(diào)整）

首先對#3開關(guān)復(fù)位，使之為初始狀態(tài)；然后依次合上#1、#2開關(guān)；接著合上#4開關(guān)，此時(shí)#4開關(guān)自動(dòng)切換為分段工作模式；最后#3開關(guān)兩側(cè)得電自動(dòng)進(jìn)入聯(lián)絡(luò)工作模式。

4 應(yīng)用中注意事項(xiàng)

圖實(shí)相符問題。當(dāng)線路改造使網(wǎng)絡(luò)拓樸變化時(shí)，主站應(yīng)及時(shí)維護(hù)接線圖，避免故障時(shí)通過殘壓閉鎖信號所觸發(fā)查詢到的聯(lián)絡(luò)開關(guān)是另一網(wǎng)絡(luò)拓樸中的開關(guān)，而造成誤合開關(guān)的事件發(fā)生。新建線路開關(guān)在首次投運(yùn)時(shí)，因其終端處于初始狀態(tài)，故不會(huì)“得電自動(dòng)合閘”。所以開關(guān)新設(shè)運(yùn)時(shí)應(yīng)人為操作合閘，并使終端啟動(dòng)饋線自動(dòng)化功能邏輯。

5 結(jié)束語

自適應(yīng)切換配網(wǎng)線路聯(lián)絡(luò)開關(guān)的自愈控制方法，功能可簡述為“聯(lián)絡(luò)自動(dòng)切換，故障就地隔離，自愈主站控制”，其具有很多優(yōu)點(diǎn)。

終端工作模式隨著運(yùn)行方式變化而自動(dòng)切換，滿足配網(wǎng)靈活多變的運(yùn)行方式要求。

切換聯(lián)絡(luò)開關(guān)不必更改參數(shù)，減少了配網(wǎng)自動(dòng)化運(yùn)維工作，也降低了作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)。

配網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線路可全線統(tǒng)一配置成相同功能的配電終端，這便于標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備管理，也有利于運(yùn)維工作開展。

故障就地隔離，不受終端通信影響，故其故障時(shí)開關(guān)動(dòng)作可靠。

采用故障時(shí)單個(gè)終端信號觸發(fā)主站識別聯(lián)絡(luò)開關(guān)并自愈控制，其算法簡單可靠，對終端通信在線率要求低。

所以，自適應(yīng)切換配網(wǎng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)的自愈控制方法，適合在配網(wǎng)線路推廣應(yīng)用。