張延泰

（廣東集明電力工程有限公司，廣東 東莞 523071）

配網(wǎng)自動化建設(shè)已經(jīng)成為配電網(wǎng)配套建設(shè)的一項重要內(nèi)容，目前南網(wǎng)對所屬供電區(qū)域的配電自動化已明確規(guī)定了覆蓋率和建設(shè)要求，配電自動化建設(shè)投資也在逐年加大，因此做好自動化設(shè)備的應(yīng)用，對提高配電自動化覆蓋率和投資效益有著重要意義。

就地型饋線自動化不依賴與主站通信，由配電自動化終端根據(jù)自身的控制邏輯就地實現(xiàn)故障定位、隔離和恢復(fù)非故障區(qū)域供電的一種自動化技術(shù)，是一種省投資、效果好、投資收益率高的一種自動化建設(shè)模式。

1 自動化開關(guān)的數(shù)量及布點要求

1.1 自動化開關(guān)的數(shù)量配置

實施饋線自動化必然要對原有的開關(guān)進行自動化改造，或新建線路開關(guān)采用自動化開關(guān)。采用自動化開關(guān)數(shù)量越多，受故障影響的用戶數(shù)和時間就越小，但工程造價越高，而且兩者并不是線性關(guān)系。南方電網(wǎng)公司按照10kV線路故障發(fā)生位置統(tǒng)計分析得出，發(fā)生在配網(wǎng)線路主干線、分支線故障分別占43%和57%，其中一級分支線和二級以后支線的故障比例分別為24%和33%，主干線各分段之間故障比例基本符合平均規(guī)律。并選取10kV架空饋線典型接線方式，通過配置不同數(shù)量自動化開關(guān)進行效益分析得出了配電自動化開關(guān)數(shù)量和投資收益的關(guān)系，如表1所示。

根據(jù)表1可以得出，隨著自動化開關(guān)數(shù)量的增加，投資投資收益大幅下降，為達到投資省，效益大的目標(biāo)，經(jīng)論證將10kV架空饋線主線的分段和聯(lián)絡(luò)開關(guān)改為自動化開關(guān)總體投資收益最高，且分段開關(guān)數(shù)量不超過3臺，最多不超過4臺（含聯(lián)絡(luò)開關(guān)）。

表1 配置不同數(shù)量自動化開關(guān)效益分析

1.2 自動化開關(guān)的布點

1）電壓-時間型自動化開關(guān)的布點

實施電壓-時間型饋線自動化的線路，應(yīng)綜合考慮線路長度、負荷、用戶數(shù)等因素，主干線選用自動化負荷開關(guān)應(yīng)按“三分段一聯(lián)絡(luò)”規(guī)劃，主干線設(shè)兩臺自動化分段開關(guān)，當(dāng)主干線線路較長，可酌情增加1臺自動化分段開關(guān)，即主干線分段開關(guān)和聯(lián)絡(luò)開關(guān)合計不超過4臺；分支線路當(dāng)長度較長、設(shè)備或線路老舊、故障較頻繁的，如供電可靠性要求不高，該分支線可設(shè)置自動化負荷開關(guān)；如供電可靠性要求較高，則該分支線可設(shè)置自動化斷路器。

2）電壓-電流型自動化開關(guān)的布點

實施電壓-電流型饋線自動化的線路，應(yīng)綜合考慮線路長度、負荷、用戶數(shù)等因素對主干線進行分段。一般情況下，主干線宜設(shè)2～3個分段負荷開關(guān)，將線路分成3～4段。由于電壓-電流型自動化開關(guān)在變電站開關(guān)第一次重合閘后若沒有檢測到故障信息后，將閉鎖分閘，也就是說此開關(guān)在變電站開關(guān)第二次重合閘時處于閉合狀態(tài)，此時若線路較長，且故障發(fā)生在線路末端時，由于勵磁涌流的緣故，可能會引起變電站開關(guān)誤動，影響非故障區(qū)域的恢復(fù)供電，因此當(dāng)線路較長，主干線、分支線用自動化分段開關(guān)分段超過5段時，應(yīng)配置1臺主干線分段斷路器，并設(shè)置于線路前三分之一位置，既可以滿足縮短停電范圍的要求，又可以實現(xiàn)有效地減少變電站出線開關(guān)跳閘次數(shù)的效果。分支線路當(dāng)長度較長、設(shè)備或線路老舊、故障較頻繁的，可設(shè)置自動化開關(guān)。

3）真空斷路器自動化開關(guān)的布點

線路主線和分支線上配置真空斷路器自動化開關(guān)，雖然在一定程度上能滿足縮短停電范圍和減少變電站出線開關(guān)跳閘次數(shù)要求，但真空斷路器自動化開關(guān)在繼電保護方面不能保證上下級之間的選擇性，根據(jù)《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》GB 50020—2009“4.0.6供配電系統(tǒng)應(yīng)簡單可靠，同一電壓等級的配電級數(shù)高壓不宜多于兩級，低壓不宜多于三級”的規(guī)定和本規(guī)范條文說明4.0.6款“電力系統(tǒng)容許繼電保護的時限級數(shù)對10kV來說正常也只限于二級，如配電級數(shù)超過三級，則中間一級勢必要與上一級和下一級之間無選擇性”。因此對于10kV線路上應(yīng)限制斷路器的使用，為了達到“二級”配電級數(shù)要求，每回線路主線上和分支線上各最多配置1臺斷路器自動化開關(guān)投資收效率最高。

2 10kV柱上自動化開關(guān)典型應(yīng)用方案

2.1 電壓-時間型自動化開關(guān)的典型應(yīng)用方案

1）系統(tǒng)示意圖

圖1中，CB為帶時限保護（限時速斷，過流，零序）和二次重合閘功能的饋線出線斷路器；FSW 1、FSW 2為主干線電壓-時間型分段負荷開關(guān)；ZSW 1為分支線電壓-時間型負荷開關(guān)；LSW為聯(lián)絡(luò)開關(guān)。

圖1 電壓-時間型自動化開關(guān)的典型接線圖

2）自動化開關(guān)的功能要求

假設(shè)斷路器CB繼電保護動作時間整定為0s，零序保護時間整定為0s（小電阻接地系統(tǒng)）。一次重合閘時間和二次重合閘時間均整定5s。

負荷開關(guān)FSW 1、FSW 2均為得電合閘，失電分閘，在得電后7s延時合閘，得電后3s內(nèi)失壓或合閘后3s內(nèi)失壓，開關(guān)分閘且閉鎖合閘。

負荷開關(guān)ZSW 1為得電合閘，失電分閘，在得電后12s延時合閘，合閘后3s內(nèi)失壓，則閉鎖合閘；

負荷開關(guān)LSW，當(dāng)開關(guān)兩側(cè)有壓時，開關(guān)分閘且閉鎖合閘，當(dāng)開關(guān)一側(cè)失壓，開關(guān)另一側(cè)有壓，則延時45s后合閘，合閘后3s內(nèi)失壓，則開關(guān)分閘且閉鎖合閘。

3）自動化開關(guān)的動作原理

當(dāng)K 1點發(fā)生永久故障時，變電站饋線開關(guān)CB繼電保護動作分閘，電壓-時間型自動化負荷開關(guān)FSW 1、FSW 2、ZSW 1都因線路失壓而分閘，聯(lián)絡(luò)開關(guān)因一側(cè)失壓，開始計時。5s后，CB開關(guān)第一次重合閘，由于K 1點為永久故障，CB開關(guān)因繼電保護動作分閘，并閉鎖二次重合閘，同時FSW 1開關(guān)因得電3s內(nèi)失壓而閉鎖合閘。聯(lián)絡(luò)開關(guān)LSW在一側(cè)失電45s后，延時合閘，7s后FSW 2延時閉合，12s后ZSW 1延時合閘，F(xiàn)SW 1因閉鎖合閘， 不能合閘，至此K1故障點被隔離，非故障區(qū)域恢復(fù)供電，總耗時64s。

當(dāng)K 2點發(fā)生永久故障時，變電站饋線開關(guān)CB繼電保護動作分閘，電壓-時間型自動化負荷開關(guān)FSW 1、FSW 2、ZSW 1都因線路失壓而分閘，聯(lián)絡(luò)開關(guān)因一側(cè)失壓，開始計時。5s后，CB開關(guān)第一次重合閘，7s后FSW 1延時合閘，由于K 2點為永久故障，CB開關(guān)因繼電保護動作分閘，同時FSW 1開關(guān)因合閘后3s內(nèi)失壓閉鎖合閘，同時FSW 2開關(guān)因得電3s內(nèi)失壓閉鎖合閘。5s后CB開關(guān)第二次重合閘，聯(lián)絡(luò)開關(guān)LSW在一側(cè)失電45s后，延時合閘，F(xiàn)SW 1和FSW 2因閉鎖合閘，不能合閘，至此K2故障點被隔離，非故障區(qū)域恢復(fù)供電，總耗時45s。

當(dāng)K3點發(fā)生永久故障時，變電站饋線開關(guān)CB繼電保護動作分閘，電壓-時間型自動化負荷開關(guān)FSW 1、FSW 2、ZSW 1都因線路失壓而分閘，聯(lián)絡(luò)開關(guān)因一側(cè)失壓，開始計時。5s后，CB開關(guān)第一次重合閘，7s后FSW 1延時合閘，7s后FSW 2延時合閘，由于K 3點為永久故障，CB開關(guān)因繼電保護動作分閘，同時FSW 2開關(guān)因合閘后3s內(nèi)失壓閉鎖合閘，同時LSW開關(guān)因得電3s內(nèi)失壓閉鎖合閘。5s后CB開關(guān)第二次重合閘，7s后FSW 1延時合閘，12s后ZSW 1開關(guān)延時合閘。FSW 2和LSW開關(guān)因閉鎖合閘，不能合閘，至此K3故障點被隔離，非故障區(qū)域恢復(fù)供電，總耗時43s。

當(dāng)K4點發(fā)生永久故障時，變電站饋線開關(guān)CB繼電保護動作分閘，電壓-時間型自動化負荷開關(guān)FSW 1、FSW 2、ZSW 1都因線路失壓而分閘，聯(lián)絡(luò)開關(guān)因一側(cè)失壓，開始計時。5s后，CB開關(guān)第一次重合閘，7s后FSW 1延時合閘，7s后FSW 2延時合閘，12s后ZSW 1延時合閘，由于K 4點為永久故障，CB開關(guān)因繼電保護動作分閘，F(xiàn)SW 1、FSW 2、ZSW 1開關(guān)失壓后延時分閘，ZSW開關(guān)因合閘后3s內(nèi)失壓閉鎖合閘。5s后CB開關(guān)第二次重合閘，7s后FSW 1延時合閘，7s后FSW 2開關(guān)延時合閘。LSW開關(guān)因兩側(cè)有壓，開關(guān)分閘且閉鎖合閘。至此K4故障點被隔離，非故障區(qū)域恢復(fù)供電，總耗時50s。

2.2 電壓-電流型自動化開關(guān)的典型應(yīng)用方案

1）系統(tǒng)示意圖

圖2 電壓-電流型自動化開關(guān)的典型接線圖

圖2中，CB為帶時限保護（限時速斷，過流，零序）和二次重合閘功能的饋線出線斷路器；FSW 1、FSW 2為主干線電壓-電流型分段負荷開關(guān)；FB為帶時限保護（限時速斷，過流，零序）和重合閘功能的分段斷路器，ZB1為帶時限保護（限時速斷，過流，零序）和重合閘功能的分支分界斷路器，F(xiàn)SW 1、FSW 2為主干電壓-電流型分段負荷開關(guān)；LSW為聯(lián)絡(luò)開關(guān)。

2）自動化開關(guān)的功能要求

假設(shè)斷路器CB繼電保護動作時間整定為0.3s，零序保護時間整定為1s（小電阻接地系統(tǒng)）。一次重合閘時間和二次重合閘時間均整定5s。

主干線分段斷路器FB過流保護時間為0.15s，零序保護時間為0.6s，兩級過流保護的時間級差為0.15s，零序保護的時間級差為0.4s，一次重合閘時間和二次重合閘時間均整定5s。

分支分界斷路器ZB1繼電保護動作時間整定為0，零序保護時間整定為0（小電阻接地系統(tǒng)），ZB1一次重合閘時間和二次重合閘時間均整定5s。

負荷開關(guān)FSW 1、FSW 2均為得電合閘，失電分閘，在得電后7s延時合閘，合閘3s內(nèi)未檢測到故障電流閉鎖分閘，否則分閘后閉鎖合閘，得電后3S內(nèi)失壓，則閉鎖合閘。

負荷開關(guān)LSW為聯(lián)絡(luò)自動化開關(guān)，當(dāng)開關(guān)兩側(cè)有壓時，開關(guān)分閘且閉鎖合閘，當(dāng)開關(guān)一側(cè)失壓，開關(guān)另一側(cè)有壓，則延時45s后合閘，合閘后3s內(nèi)失壓，則閉鎖合閘。

3）自動化開關(guān)的動作原理

當(dāng)K1和K2點發(fā)生永久故障時，開關(guān)的動作原理同電壓-時間型負荷開關(guān)相同，但故障隔離時間有所減少，當(dāng)K1點發(fā)生永久故障時，故障隔離時間為52s，當(dāng)K 2點發(fā)生永久故障時，故障隔離時間為45s。

當(dāng)K3點發(fā)生永久故障時，分段斷路器FB繼電保護動作分閘，電壓-電流型自動化負荷開關(guān)FSW 2因線路失壓而分閘，聯(lián)絡(luò)開關(guān)因一側(cè)失壓，開始計時。5s后，F(xiàn)B開關(guān)第一次重合閘，7s后FSW 2延時合閘，由于K3點為永久故障，F(xiàn)B開關(guān)因繼電保護動作分閘，同時FSW 2開關(guān)因合閘3s內(nèi)檢測到故障電流分閘并閉鎖合閘，同時LSW開關(guān)因得電3s內(nèi)失壓閉鎖合閘。5s后FB開關(guān)第二次重合閘。FSW 2和LSW開關(guān)因閉鎖合閘，不能合閘，至此K3故障點被隔離，非故障區(qū)域恢復(fù)供電，總耗時17s。

當(dāng)K4點發(fā)生永久故障時，分支分界斷路器ZB1繼電保護動作分閘，5s后ZB1開關(guān)第一次重合閘，由于K4點為永久故障，CB開關(guān)因繼電保護動作分閘，并閉鎖二次重合閘，至此K 4故障點被隔離，非故障區(qū)域持續(xù)供電，總耗時5s。

可見，采用電壓-電流型自動化開關(guān)的故障隔離的時間會更少，效果會更好。

3 自動化開關(guān)存在的問題及其解決建議

3.1 自動化開關(guān)方案應(yīng)用存在的問題分析

1）電壓-時間型自動化開關(guān)的控制功能主要是以開關(guān)兩側(cè)是否存在電壓為分合閘的判斷依據(jù)，當(dāng)開關(guān)PT出現(xiàn)故障或PT熔絲熔斷時，開關(guān)因單側(cè)失壓而誤動作，出現(xiàn)環(huán)網(wǎng)線路非法合環(huán)轉(zhuǎn)供電，聯(lián)絡(luò)開關(guān)轉(zhuǎn)供會引起對側(cè)環(huán)網(wǎng)線路變電站側(cè)開關(guān)動作跳閘，擴大故障范圍。

2）如因主網(wǎng)線路或主變或10kV母線故障引起10kV母線失壓，在該段母線的10kV饋線開關(guān)沒有分閘的情況下，饋線自動化自動轉(zhuǎn)供電功能啟用后，將會形成向10kV母線反送電，形成一回10kV線路帶該段母線全部負荷的情況，容易造成該部分的10kV線路熱穩(wěn)定越限，或者出現(xiàn)多條10kV電源反送至該段母線的情況，造成多個電源非法并聯(lián)的情況，擴大故障范圍。

3.2 自動化開關(guān)方案應(yīng)用存在問題的解決建議

1）消除PT故障的措施可以從兩個方面入手，一方面選用優(yōu)良廠家的互感器，另一方面在設(shè)計時要做好設(shè)備接地和防雷措施，設(shè)備安裝前應(yīng)對二次回路絕緣能力進行檢測。關(guān)于針對自動化開關(guān)邏輯判斷功能過于簡單的問題，建議多采用電壓-電流型自動化負荷開關(guān)，另外可增加上傳環(huán)網(wǎng)開關(guān)位置變化信息等輔助措施來避免開關(guān)誤動。

2）為避免主網(wǎng)線路或主變或10kV母線故障引起10kV母線失壓時，防止由于線路自動轉(zhuǎn)供電而向變電站失壓母線反送電的問題，建議在變電站出口#1塔（桿）上安裝一臺電壓-時間型負荷開關(guān)，只在開關(guān)電源側(cè)安裝1臺電壓互感器，開關(guān)功能要求在電源側(cè)有電壓時延時合閘，電源側(cè)失壓后延時分閘，可有效減少向變電站母線反送電的現(xiàn)象。

4 結(jié)論

10kV架空線就地型饋線自動化特別適用于以架空（混合）線路為主的城市郊區(qū)，且網(wǎng)架較完善、用戶較密集、線路故障高、通信條件差的區(qū)域，通過改變開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)來改變電網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)，有效的降低配電網(wǎng)線損，提高系統(tǒng)的經(jīng)濟性，通過對負荷的監(jiān)測和控制，進行負荷調(diào)整，使負荷均衡化，消除過載，提高供電質(zhì)量，通過對故障的準(zhǔn)確定位和迅速隔離，來提高供電可靠性。

[1] 東莞供電局配網(wǎng)自動化技術(shù)實施方案. 東莞供電局,2011. 6.

[2] 戶外交流高壓真空斷路器使用說明書. 許繼電氣配網(wǎng)事業(yè)部珠海許繼電氣有限公司.

[3] 廣東電網(wǎng)公司配網(wǎng)自動化建設(shè)工作要求,廣東電網(wǎng)公司, 2012. 8.