基于智能開關設備的配電網線路自動化技術研究

廣東電網有限責任公司佛山高明供電局 葉冠林

1 引言

近幾年，隨著電網技術的不斷成熟，智能開關設備的類型逐漸豐富，線路運行監測形式愈加完善。但就實際情況而言，雖然我國在配電網結構形式方面不斷優化，但效果卻并不明顯，究其原因，主要是部分城市配電線路技術研究傳統，易在使用中出現單相接地故障，影響用戶端正常用電。由此可見，圍繞基于智能開關設備的配電網線路自動化故障管理進行研究尤為關鍵，可幫助工作人員實現故障修復。

2 智能開關設備的功能

2.1 主干線路分段開關

線路自動化技術運用的過程中主要包括兩方面內容，由于此種技術形式需要滿足測控要求，因此工作人員會在主干線路與其他分支線路周圍增設監控設備，之后針對不同的故障形式設計處理方案，從而實現線路故障區域隔離與切除的管控效果。主干線路分段開關如圖1所示。

圖1 主干線路分段開關

由圖1可知：當延時設置情況下，開關在檢測到電流之后，測控裝置均會在延時結束之后自動開啟開關；當線路處于失壓狀態時，系統線路會開始脫扣分閘；X 閉鎖，是指測控設備在延時狀態下出現線路失壓時，便會進行自動反向閉鎖處理；Y 閉鎖，在開關處于關閉狀態時，會自動開展Y 計時，若是在此過程中出現了失壓狀況，則會進行正向閉鎖處理；在線路處于Y 計時，若是假設此時的零序電壓為3U0且已經超過預期要求，則測控設備在檢測之后會自動跳閘處于鎖定狀態，在接觸以上狀態之前，線路無法閉合[1]。

2.2 分支線路分界開關

主要是指用戶分界開關設計的重點包括：

一是失壓分閘。當電流過大超出預期設計數值之后，會自動記錄此時的狀態并進行標識，開關會在失壓環境下進行分閘操作，以此保護線路。

二是零序過流環境下，系統會開始分閘并使線路處于閉鎖狀態。在實際工作中，若是零序電流超過預期數值，則測控設備會自動進行以上操作。

三是重合閘操作。線路開關在完成前期的分閘操作之后，會自動開啟重合閘，使其處于延時狀態，在完成延時后會自動開啟合閘操作，此時會再次出現開關閉鎖的情況，若是能夠按照要求正常開展重合閘操作，則要使其處于復位狀態。

3 配電網線路自動化技術故障處理方案

3.1 主干線路間短路處理

本方案對主干線短路故障處理提出了多種形式，設備線路結構如圖2所示，第一種方式要求在前期需要設置重合閘延時時間，將其設定為5s。假設在線路運行的過程中，圖中的C 區域出現嚴重的瞬時短路情況，則線路中的FCB 會立即呈現跳閘狀態，此時K1、K2、K3幾個區域會在失壓的狀態下自動斷開。此時FCB 會在延時完成之后重新處于重合狀態，開關也會在延時之后逐步關閉，從而重新運行電路[2]。

第二種方式則是對變電站的出現開關進行處理使其在結構上呈現二次重合閘的形式，其中第一次屬于快速類型，延時僅為1s，第二次則是正常的延時裝置，中間的時間耗費設定為5s。依舊假設圖中C 區域出現瞬時短路情況，則FCB 跳閘，此時的三個開關會在失壓環境的影響下出現斷開情況，在第一次僅為1s 便會重合，K1、K2、K3開關會瞬間完成閉合操作，從而解決故障，保障線路的正常運行[3]。

3.2 其他線路短路處理

第一種形式假設變電站前期設計為一次重合閘，延時時間為5s。若是在線路運行的過程中，E 出現瞬時故障情況，則FCB 跳閘，三個開關會處于斷開狀態，此時K4會因為受到失壓的影響出現分閘狀況，K5則不受影響，依舊處于閉合狀態。在延時時間之后，FCB 會自動重合，三個開關逐漸呈現閉合狀態，此時整個線路除了E 區域的故障段，其他線路均會正常供電。在K4分閘完成之后會自動運行重合閘，在結束以上操作之后才會對E 區域進行正常的供電處理，從而解決故障問題。假設E 區域出現長時間的短路故障情況，則前期的處理形式與短時間故障相似，但是不同的是K4區域會受到影響，FCB 會處于跳閘階段，導致K4產生閉鎖操作，直至FCB 重新重合之后，才會關閉重合閘，從而完成線路隔離，減少故障區域對其他區域的影響。

第二種故障是指，設置二次重合閘，與主干線故障情況的處理相似，依舊第一次為快速，第二次為正常的延時設置時間分別為1s 以及5s。此時，假設E 區域出現故障問題，且類型為瞬間故障短路，則FCB 跳閘，三個開關會處于斷開狀態，此時K4會因為受到失壓的影響出現分閘狀況，而K5則不受影響。在1s 延時之后，會開啟第一次重合閘操作，FCN 重合，K1、K2、K3隨之立即處于關閉狀態，此時除了E 區域其他線路均會恢復線路運行。假設此時E 區域為長時間的故障狀況，則前期與之前的處理方式相同，但是K4區域會啟動重合閘，之后FCB 會在其影響下出現跳閘狀況，導致K4呈現閉鎖狀態，直至二次重合閘重合之后，K4會恢復狀態，并實現故障隔離處理。

3.3 線路單相接地處理

單相接地故障分為兩種，假設C 區域出現單相接地問題，則會產生零序電壓，此時便會收到警告。若是此時工作人員可以精準度掌握故障線路，之后對FCB 進行操作，則K1、K2會依次呈現關閉狀態。尤其是在K2關閉之后，技術人員便可通過ZPD 了解線路中零序電壓的變動狀況，直至完全消失。此時測控設備便會自動認定C 段處于接地故障，K2會在短時間內進行閉鎖設置，而K3則處于失電情況還會自動閉鎖。此時D 點在連接聯絡點時整個線路便會開啟故障區域隔離。然而此種形式對變電站的線路選擇要求較高，若是不能夠滿足精準度要求，則需要以人工操作的手段檢測哪一條為故障區域，并在認定線路問題之后恢復其他線路的正常運行。第二種，則是指分支線路存在單相接地故障。此種情況下，若是假設E 點出現單相接地問題，則此時K4區域內部的TA 會對線路進行檢測，發現存在零序電流，而測控裝備則會在FKI 延時完成之后認定E區域存在長時間的接地問題，從而使K4處于閉鎖狀態。而K5則會檢測線路的負荷狀態，之后按照設定值狀況，判定故障情況，此時K5不受到影響。而對于小電阻接地來講，FK1、FK2為了能夠滿足零序需求，通常會設置延時為0s，從而確保在線路出現接地問題時，分支線路會立即進行處理，從而切除接地故障，確保可以不影響其余區域的正常運行。

4 線路自動化技術分析以及優缺點研究

4.1 變電站重合閘

一方面，若是為以此重合閘設置，則說明其內部使用的是我國最為常見的繼電保護形式，此種形式可以在不影響其他區域管理的前提下，運用以此重合閘完成故障區域隔離。然而在使用的過程中也會因為延時時間的影響減緩開關閉合的靈敏度，會提高供電恢復的時間成本。另一方面，若是設置為二次重合閘裝置，兩次判定的側重點也會有所區別，一次合閘主要是判斷故障的屬性，二次判定才能夠進行故障區域定位。此種技術運用的過程中相比于前一種形式可在短時間內瞬間恢復系統的供電，但是由于第二次才能夠明確故障區域的具體位置，因此也會提高短路沖擊，需要相關人員及時的根據設計情況進行運行優化與完善。

4.2 時限式接地故障

若是屬于時限式接地短路，則判定形式與上文的其他類型相似，在原理上依舊是主線路開關會按照原理要求進行故障監測，并判定單相接地，此種形式依舊具備原有自動化的相應優勢，并且減少了故障檢測設備的運用。運用此種形式可以在不接地系統中更加高效地進行故障處理，但是也存在時限式故障處理的不足，在恢復供電的過程中需要逐級處理才能夠滿足故障恢復需求。

4.3 借助分界開關管控分支線路

對于分支線路來講，依舊是運用電流檢測的形式進行區域定位和確認。在具體工作中，一方面是支線T 區域為測控點區域，此時的檢測只需要在選線方面確保精準度便可以，整體來看較為便捷。另一方面則是在實際工作中，分支線路存在故障問題，且為接地故障，此時的處理需要盡可能地保障變電站的正常運行，需要借助分接開關處理進行故障區域的切除隔離。需要注意分支線路也可以通過安裝開關的方式，按照時限式的原理要求完成故障區域的監測和管控。

5 通信研究

本文介紹的自動化形式所依托的技術內容屬于分布式的一種，此種技術不需要借助通信便可實現故障的區域定位以及隔離，因此整體操作更加便捷，在實際工作中可優先運用“無通信”形式開展相應設置。線路自動化的過程中，細節處理尤為關鍵，因此也可以將其看為配電網自動化的基礎內容，分析的主干區域的智能開關設置以及分線的智能開關裝置均包含通信功能，前期設有接口區域，接口的設計與運用主要是以CDMA 為主。其中CDMA在運用的過程中存在通信速度較快、成本低、穩定性、安全性、顯性質量較強的特點，可以滿足高效數據傳輸的需求。與其他的技術形式相比，后期維護難度較小，安裝難度較低，是最為科學的一種通信形式。

在具體工作中，要求技術人員需要在智能開關區域運用CMDA 進行測控設施的連接，并完成參數設置，從而運用測控軟件完成操控。通信的過程中開關的數據信息會實時顯示，并為工作人員提供線路運行的相關參數內容，使其可以實時的了解保護情況以及運行過程中的異常內容。

6 線路自動化綜合特點研究

一是此種測控技術形式可以在“無通信”的環境下實現故障區域的識別定位以及隔離操作，可解決過往技術運用中的停電環境下的相應問題。二是原理簡單易懂，減少了電路運算環節，設備產品化優勢明顯。三是應用的過程中不受中性點接地形式的影響，適應性較強，可運用在多種場景工作中。因此在后續的工作中，要求相關人員應該加大對此種自動化技術形式的關注，并提升自身工作能力，強化技術運用，為相關行業的長遠發展奠定良好的基礎。

7 結語

對于電力企業來講，怎樣運用技術形式實現配電網故障自動監控是工作的關鍵，也是強化電力保護的重要研究內容。本文所分析的自動化技術是一種經過驗證的新型手段，滿足我國現階段配電網結構需要，能夠盡可能保障線路安全與穩定，為電力企業可持續發展提供技術支持。為此在后續的工作中要強化對此技術的關注，從而發揮技術優勢，為電網建設創造條件。