淺析電壓-時(shí)間型配電自動(dòng)化開(kāi)關(guān)整定原則

李海鐸，余國(guó)波，鮑小鋒，彭丹輝，廖龍

（1. 云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司瑞麗供電局，云南 瑞麗 678600；2. 云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司玉溪供電局，云南 玉溪 653100；3. 云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司麗江供電局，云南 麗江 674200；4. 云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司德宏供電局，云南 德宏 678400）

0 前言

隨著電壓-時(shí)間型配電自動(dòng)化開(kāi)關(guān)在10 kV架空線路的不斷推廣應(yīng)用，配電自動(dòng)化開(kāi)關(guān)的邏輯動(dòng)作正確性顯得尤為重要，而整定計(jì)算又是配電自動(dòng)化開(kāi)關(guān)正確動(dòng)作核心與關(guān)鍵，因此本文主要是探究配電自動(dòng)化開(kāi)關(guān)X時(shí)限、Y時(shí)限、Z時(shí)限的整定計(jì)算原則，同步梳理配網(wǎng)繼電保護(hù)與配電自動(dòng)化開(kāi)關(guān)之間的邏輯配合關(guān)系，旨在提升配電自動(dòng)化開(kāi)關(guān)邏輯動(dòng)作正確性、準(zhǔn)確隔離故障區(qū)域，做到快速恢復(fù)非故障區(qū)域的可靠供電。

1 電壓-時(shí)間型配電自動(dòng)化開(kāi)關(guān)動(dòng)作原理簡(jiǎn)介

電壓-時(shí)間型配電自動(dòng)化開(kāi)關(guān)廣泛應(yīng)用于10 kV架空線路，其具備得電合閘、失電分閘、連續(xù)分閘閉鎖、正向閉鎖、反向閉鎖、合到零壓閉鎖等一系列自動(dòng)化功能，故障發(fā)生時(shí)，通過(guò)線路開(kāi)關(guān)間邏輯配合，利用線路二次重合閘實(shí)現(xiàn)故障區(qū)域的就地識(shí)別、隔離以及非故障區(qū)域快速恢復(fù)供電。電壓-時(shí)間型是最為常見(jiàn)的就地重合式饋線自動(dòng)化模式，根據(jù)不同的應(yīng)用需求，增加電流輔助判據(jù)，形成了電壓電流時(shí)間型和自適應(yīng)綜合型等派生模式。

1.1 X時(shí)限整定原則

配電自動(dòng)化開(kāi)關(guān)得電合閘時(shí)限通常被簡(jiǎn)稱為X時(shí)限。得電合閘一般是指：開(kāi)關(guān)在分位位置、一側(cè)有電（一般額定電壓80%，176 V）、一側(cè)無(wú)電（一般額定電壓30%，66 V），得電延時(shí)時(shí)間到，則控制開(kāi)關(guān)合閘。動(dòng)作邏輯如圖1所示。

圖1 配電自動(dòng)化開(kāi)關(guān)得電合閘動(dòng)作邏輯

X時(shí)限整定原則可以分為兩種情況：

1）變電站側(cè)出口斷路器不具備二次重合閘功能，則首臺(tái)配電自動(dòng)化開(kāi)關(guān)整定主要考慮兩個(gè)因素，一是站內(nèi)斷路器的儲(chǔ)能時(shí)間，一般開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能時(shí)間為6～12 s；二是線路重合閘充電時(shí)間，充電時(shí)間一般為15～20 s。需要躲過(guò)站內(nèi)斷路器儲(chǔ)能時(shí)間、重合閘充電時(shí)間，一般來(lái)說(shuō)首臺(tái)配電自動(dòng)化開(kāi)關(guān)X時(shí)限整定為32 s，即：X≥12+20=32 s。

2）非首臺(tái)配電自動(dòng)化開(kāi)關(guān)則不需要考慮站內(nèi)斷路器儲(chǔ)能時(shí)間、重合閘充電時(shí)間，只需考慮大于上一級(jí)開(kāi)關(guān)的Y時(shí)限即可，即：上一級(jí)開(kāi)關(guān)的Y時(shí)限與下一級(jí)開(kāi)關(guān)的X時(shí)限是同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，上一級(jí)開(kāi)關(guān)確認(rèn)故障不在范圍之內(nèi)以后，才允許下一級(jí)開(kāi)關(guān)得電合閘。一般非首臺(tái)配電自動(dòng)化開(kāi)關(guān)X時(shí)限整定為9 s。

以上是X時(shí)限的整定原則不需要變電站10 kV出線間隔具備二次重合閘功能，即：通過(guò)延長(zhǎng)首個(gè)配電自動(dòng)化開(kāi)關(guān)得電合閘時(shí)間，兩次使用“一次重合閘”使其具備“二次重合”的功能。若變電站10 kV出線間隔具備二次重合閘功能，則可直接使用二次重合閘功能。

1.2 Y時(shí)限整定原則

配電自動(dòng)化開(kāi)關(guān)合到故障確認(rèn)時(shí)間通常被稱為Y時(shí)限。合到故障確認(rèn)時(shí)間一般是指：若分段開(kāi)關(guān)合閘之后在設(shè)定時(shí)限（可整定）之內(nèi)線路失壓，則開(kāi)關(guān)自動(dòng)分閘并閉鎖合閘。

Y時(shí)限整定原則：Y時(shí)限必須比變電站10 kV側(cè)最長(zhǎng)的保護(hù)動(dòng)作時(shí)間還要長(zhǎng)，否則Y時(shí)限無(wú)法形成有效閉鎖，可能進(jìn)入“死循環(huán)”。一般來(lái)說(shuō)，變電站10 kV線路保護(hù)一般配置三段式過(guò)流保護(hù)（大多數(shù)情況投入過(guò)流Ⅰ段、過(guò)流Ⅲ段）、小電流接地選線（變電站中性點(diǎn)改造后可投入穩(wěn)態(tài)零序過(guò)流保護(hù)），三段式過(guò)流保護(hù)的最長(zhǎng)動(dòng)作時(shí)間小于1 s，文獻(xiàn)[1]小電流接地選線時(shí)間為3～10 s。因此Y時(shí)限必須比小電流接地選線時(shí)間要長(zhǎng)，若小電流接地選線時(shí)間為5 s，則Y時(shí)限建議設(shè)置為7 s；若小電流接地選線時(shí)間為10 s，則Y時(shí)限建議設(shè)置為12 s。

1.3 Z時(shí)限整定原則

配電自動(dòng)化開(kāi)關(guān)雙側(cè)（A側(cè)是電源側(cè)、B側(cè)是負(fù)荷側(cè)）失電分閘時(shí)間通常被稱為Z時(shí)限。失電分閘時(shí)間一般是指：具有失電后延時(shí)分閘功能，開(kāi)關(guān)在合位，雙側(cè)失壓、無(wú)流，經(jīng)過(guò)失電延時(shí)時(shí)間后，控制開(kāi)關(guān)分閘。動(dòng)作邏輯如圖2所示。

圖2 配電自動(dòng)化開(kāi)關(guān)失電分閘動(dòng)作邏輯

Z時(shí)限整定原則：

1）失電分閘與變電站10 kV側(cè)線路重合閘是同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，要考慮變電站10 kV側(cè)線路重合閘時(shí)間，即：在重合閘時(shí)間之內(nèi)必須完成配電自動(dòng)化開(kāi)關(guān)失電分閘的動(dòng)作，因此Z時(shí)限需比重合閘時(shí)間短；

2）當(dāng)上一級(jí)電源點(diǎn)故障跳閘（重合閘未動(dòng)作之前）或者備自投動(dòng)作期間，此時(shí)所有10 kV線路乃至整個(gè)變電站處于短時(shí)失壓狀態(tài)，若Z時(shí)限小于上一級(jí)電源點(diǎn)備自投時(shí)間或者上一級(jí)電源點(diǎn)重合閘時(shí)間，則配電自動(dòng)化開(kāi)關(guān)將依次分閘，待全站復(fù)電后又依次得電合閘，為避免出現(xiàn)此類狀況，建議Z時(shí)限要大于上一級(jí)電源點(diǎn)備自投動(dòng)作時(shí)間。綜上所述，Z時(shí)限一般建議整定為：6 s。

1.4 正向閉鎖邏輯

文獻(xiàn)[2]介紹正向閉鎖原理，即：開(kāi)關(guān)得電延時(shí)合閘執(zhí)行完畢后，進(jìn)入故障確認(rèn)時(shí)間（Y時(shí)限），本級(jí)開(kāi)關(guān)在Y時(shí)限內(nèi)檢測(cè)到線路失壓，則開(kāi)關(guān)立刻分閘（此時(shí)不執(zhí)行失電分閘Z時(shí)限邏輯），并產(chǎn)生正向閉鎖，點(diǎn)亮閉鎖信號(hào)燈。

1.5 反向閉鎖邏輯

文獻(xiàn)[3]介紹反向閉鎖原理，即：當(dāng)上一級(jí)開(kāi)關(guān)合閘后（上一級(jí)開(kāi)關(guān)包含變電站出口開(kāi)關(guān)），本級(jí)開(kāi)關(guān)進(jìn)入得電延時(shí)合閘的邏輯判別，如果本級(jí)開(kāi)關(guān)在X時(shí)限內(nèi)得電狀態(tài)不能持續(xù)保持，也就是通常所說(shuō)的產(chǎn)生殘壓，則產(chǎn)生反向閉鎖，點(diǎn)亮閉鎖信號(hào)燈。

1.6 合到零壓閉鎖邏輯

滿足4個(gè)條件觸發(fā)合到零壓閉鎖功能：

1）開(kāi)關(guān)在分閘位置；

2）合閘前未檢測(cè)到零序電壓；

3）開(kāi)關(guān)位置從分閘到合閘的狀態(tài)變化；

4）Y時(shí)限之內(nèi)檢測(cè)到零序電壓（零序電壓大于整定值），則控制開(kāi)關(guān)快速分閘并進(jìn)入邏輯閉鎖狀態(tài)。閉鎖邏輯如圖3所示。

圖3 合到零壓閉鎖閉鎖邏輯

1.7 連續(xù)分閘閉鎖邏輯

在設(shè)定時(shí)間內(nèi)開(kāi)關(guān)連續(xù)分閘N次就會(huì)觸發(fā)連續(xù)分閘閉鎖功能，觸發(fā)后則不允許開(kāi)關(guān)合閘。該功能主要是為了避免開(kāi)關(guān)短時(shí)間內(nèi)頻繁分合閘，從而造成設(shè)備損壞，一般可設(shè)置為：5 min/3次。

2 誤整定實(shí)例分析

2.1 基本概況

10 kV廣董線長(zhǎng)15.85 km，掛接配變20余臺(tái)，主干線#29桿安裝配電自動(dòng)化開(kāi)關(guān)1臺(tái)，設(shè)置為電壓-時(shí)間型邏輯功能，定值為：X：32 s，Y：7 s，Z：6 s。

變電站側(cè)10 kV廣董線配置三段式過(guò)流保護(hù)、重合閘以及小電流接地選線等常規(guī)保護(hù)功能，其中過(guò)流Ⅰ段：1500 A/0.1 s；過(guò)流Ⅲ段：650 A/0.6 s；重合閘時(shí)間：8 s；小電流選線零序電壓?jiǎn)?dòng)幅值：20 V，跳閘時(shí)間：10 s。

2020年2月10日故障跳閘后，供電所運(yùn)維人員開(kāi)展故障巡線，當(dāng)天在10 kV廣董線#37桿處發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，故障為：#37桿A相避雷器擊穿。故障示意圖如圖4所示。

圖4 10 kV廣董線故障示意圖

圖5 變電站側(cè)10 kV出口開(kāi)關(guān)動(dòng)作情況

圖6 #29桿G01斷路器動(dòng)作情況

2.2 故障過(guò)程及動(dòng)作原理分析

第一過(guò)程：2020年2月10日11時(shí)38分18秒左右，10 kV廣董線#37桿A相避雷器絕緣擊穿，變電站側(cè)小電流接地選線裝置啟動(dòng)，11時(shí)38分28秒站內(nèi)小電流選線裝置選跳10 kV廣董線，此時(shí)線路全線失壓，#29桿G01斷路器延時(shí)Z時(shí)限后失壓分閘（第1次分閘）；

第二過(guò)程：經(jīng)重合閘延時(shí)后（第1次重合閘），11時(shí)38分36秒10 kV廣董線重合閘動(dòng)作，線路前段帶電。經(jīng)過(guò)32 s延時(shí)，11時(shí)39分08秒#29桿G01斷路器得電保持X時(shí)限后開(kāi)關(guān)得電合閘，開(kāi)關(guān)合閘后進(jìn)入Y時(shí)限故障判別邏輯，由于變電站側(cè)小電流選線10 s后跳閘，躲過(guò)#29桿GO1斷路器故障識(shí)別Y時(shí)限，即：在Y時(shí)限內(nèi)變電站開(kāi)關(guān)未跳閘、線路未失壓，則#29桿G01斷路器默認(rèn)故障不在本級(jí)開(kāi)關(guān)后段。因此，變電站側(cè)小電流選線再次選跳10 kV廣董線，線路全線失壓，#29桿G01斷路器再次失壓分閘（第2次分閘）；

第三過(guò)程：經(jīng)重合閘延時(shí)后（第2次重合閘），11時(shí)39分26秒10 kV廣董線068斷路器重合，得電保持X時(shí)限后，#29桿G01斷路器得電合閘，合到故障點(diǎn)后又跳閘（重復(fù)第二過(guò)程），進(jìn)而引起配電自動(dòng)化開(kāi)關(guān)失壓分閘（第3次分閘）。此時(shí)配電自動(dòng)化開(kāi)關(guān)與變電站側(cè)小電流選線已經(jīng)進(jìn)入“死循環(huán)”，即：10 kV廣董線#37桿處A相避雷器擊穿這一永久性故障點(diǎn)一直存在，但是配電自動(dòng)化開(kāi)關(guān)雖然在反復(fù)動(dòng)作但是一直未能徹底將故障點(diǎn)切除，進(jìn)而出現(xiàn)開(kāi)關(guān)反反復(fù)復(fù)跳閘的現(xiàn)象。最后，#29桿G01斷路器啟動(dòng)連續(xù)分閘閉鎖功能，在300 s內(nèi)連續(xù)分閘3次后，將#29桿配電自動(dòng)化開(kāi)關(guān)閉鎖在分閘位置。

第四過(guò)程：經(jīng)重合閘延時(shí)后（第3次重合閘），11時(shí)40分16秒10 kV廣董線068斷路器重合，此時(shí)#29桿G01斷路器已經(jīng)分閘閉鎖，自動(dòng)恢復(fù)#29桿G01斷路器前段線路供電。綜上所述，將各過(guò)程動(dòng)作時(shí)間、斷路器分合閘動(dòng)作情況整理為表1。

表1 斷路器動(dòng)作時(shí)序以及分合閘情況

2.3 存在問(wèn)題及整改建議

經(jīng)過(guò)梳理，同步對(duì)照配電自動(dòng)化開(kāi)關(guān)整定原則以及動(dòng)作邏輯分析，發(fā)現(xiàn)小電流選線跳閘時(shí)間設(shè)置不合理，未考慮與10 kV廣董線#29桿配電自動(dòng)化開(kāi)關(guān)Y時(shí)限進(jìn)行邏輯配合，即：110 kV芒嶺變小電流選線跳閘時(shí)間10 s大于電壓-時(shí)間型配電自動(dòng)化開(kāi)關(guān)Y時(shí)限7 s，在Y時(shí)限內(nèi)無(wú)法形成有效閉鎖，造成故障點(diǎn)即使在#29桿后段仍無(wú)法進(jìn)行故障閉鎖以及隔離。建議調(diào)整110 kV芒嶺變小電流接地選線裝置跳閘時(shí)間，由10 s調(diào)整為5 s，按照《云南電網(wǎng)配電網(wǎng)繼電保護(hù)運(yùn)行整定指導(dǎo)意見(jiàn)（2021版）》開(kāi)展整定，使其滿足配電自動(dòng)化邏輯動(dòng)作Y時(shí)限的要求，整條線路形成有效、合理的邏輯配合，準(zhǔn)確隔離故障區(qū)域。

3 誤閉鎖實(shí)例分析

3.1 基本概況

10 kV南京里線長(zhǎng)30.30 km，掛接配變47臺(tái)，主干線#33桿、#67桿、#85桿為配電自動(dòng)化開(kāi)關(guān)且設(shè)置為電壓-時(shí)間型；變電站側(cè)10 kV南京里線配置三段式過(guò)流保護(hù)、重合閘以及小電流選線跳閘等常規(guī)功能，主要保護(hù)定值詳見(jiàn)圖7所示。

圖7 10 kV南京里線故障示意圖

經(jīng)過(guò)巡視發(fā)現(xiàn)，10 kV南京里線故障：#94桿至#95桿之間線路有樹(shù)木搭線，如圖7所示。

3.2 故障過(guò)程及動(dòng)作原理分析

第一過(guò)程：2022年4月11日18時(shí)07分18秒左右，10 kV南京里線#94至#95桿之間有樹(shù)木搭線，導(dǎo)致變電站側(cè)過(guò)流Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作，此時(shí)線路全線失壓，18時(shí)07分24秒10 kV南京里線#33桿、#67桿、#85桿G01斷路器失壓分閘。

第二過(guò)程：經(jīng)重合閘延時(shí)后，18時(shí)07分26秒10 kV南京里線重合閘動(dòng)作成功，線路前段帶電。經(jīng)過(guò)X時(shí)限延時(shí)，18時(shí)07分59秒#33桿G01斷路器得電保持X時(shí)限后開(kāi)關(guān)得電合閘；18時(shí)08分08秒#67桿G01斷路器得電保持X時(shí)限后開(kāi)關(guān)得電合閘；18時(shí)08分17秒#85桿G01斷路器得電保持X時(shí)限后開(kāi)關(guān)得電合閘，在Y時(shí)限內(nèi)未失壓。

第三過(guò)程：18時(shí)08分41秒故障點(diǎn)處的樹(shù)木再次搭接線路，變電站側(cè)過(guò)流Ⅰ段動(dòng)作跳閘，18時(shí)08分47秒10 kV南京里線#33桿、#67桿、#85桿G01斷路器失壓分閘。

第四過(guò)程：經(jīng)重合閘延時(shí)動(dòng)作后，線路前段帶電。18時(shí)09分22秒10 kV南京里線#33桿G01斷路器得電合閘；18時(shí)09分31秒#67桿G01斷路器得電合閘；18時(shí)09分40秒#85桿G01斷路器得電合閘，合到故障點(diǎn)且在Y時(shí)限內(nèi)失壓（變電站側(cè)出口斷路器跳閘），于18時(shí)09分41秒立刻分閘并觸發(fā)電源側(cè)正向閉鎖信號(hào)；18時(shí)09分46秒10kV 南京里線#33桿、#67桿G01斷路器失壓分閘，同時(shí)#33桿、#67桿、#85桿G01斷路器滿足連續(xù)分閘閉鎖條件（5 min內(nèi)連續(xù)分閘3次），因此觸發(fā)斷路器閉鎖信號(hào)。配電自動(dòng)化開(kāi)關(guān)閉鎖信號(hào)如圖8所示。

圖8 閉鎖合閘SOE記錄

綜上所述，為便于讀者理解整過(guò)動(dòng)作過(guò)程，將各過(guò)程動(dòng)作時(shí)間、斷路器分合閘動(dòng)作情況整理為表2，供參考。

表2 斷路器動(dòng)作時(shí)序以及分合閘情況

3.3 存在問(wèn)題及整改建議

經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，10 kV南京里線發(fā)生間歇性、重復(fù)性故障，導(dǎo)致#33桿、#67桿配電自動(dòng)化開(kāi)關(guān)出現(xiàn)誤閉鎖的情況，擴(kuò)大故障停電范圍，存在以下問(wèn)題：

1）#33桿、#67桿、#85桿G01斷路器僅投入合到零壓閉鎖功能、未投入合到故障快速閉鎖功能，即：在發(fā)生相間故障時(shí)，需變電站跳閘切除故障，會(huì)造成非故障區(qū)段的開(kāi)關(guān)多次分閘，最終觸發(fā)連續(xù)分閘閉鎖功能。

2）#33桿、#67桿、#85桿G01斷路器未投入短時(shí)失壓分閘閉鎖功能。當(dāng)線路末端發(fā)生故障后，非故障區(qū)段開(kāi)關(guān)第一次得電合閘且走完Y時(shí)限后進(jìn)入短時(shí)失壓分閘閉鎖狀態(tài)，可以避免非故障區(qū)段的開(kāi)關(guān)不必要的分閘、合閘。

3）#33桿G01斷路器的Y時(shí)限為9 s，與#67桿G01斷路器的X時(shí)限9 s邏輯不配合，即：當(dāng)#33桿故障確認(rèn)完畢，#67桿就已經(jīng)得電合閘，兩者剛好在時(shí)間“臨界點(diǎn)”同時(shí)完成故障確認(rèn)以及得電合閘動(dòng)作，若故障點(diǎn)在#67桿后段，極有可能會(huì)造成開(kāi)關(guān)誤閉鎖。

建議整改措施：

1）#33桿、#67桿G01斷路器投入合到零壓閉鎖功能、投入合到故障快速閉鎖功能、投入短時(shí)失壓分閘閉鎖功能。

2）調(diào)整#33桿G01斷路器Y時(shí)限，由9 s調(diào)整為7 s。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著配電自動(dòng)化開(kāi)關(guān)在10 kV配網(wǎng)線路的廣泛應(yīng)用，會(huì)帶來(lái)一些可能未曾接觸過(guò)的新問(wèn)題，雖然目前不能窮盡可能出現(xiàn)的所有問(wèn)題，但是作為專業(yè)技術(shù)人員應(yīng)該充分吃透配電自動(dòng)化開(kāi)關(guān)整定原則，理解動(dòng)作原理，進(jìn)一步糅合配網(wǎng)繼電保護(hù)的相關(guān)要求，使之完全配合，形成清晰的邏輯路線，才能做到準(zhǔn)確隔離故障點(diǎn)，有效杜絕誤閉鎖，快速恢復(fù)非故障區(qū)域供電，不斷提升供電可靠性。