尹茂林，施冬明，霍 健，劉 博，臧宏偉

（國網(wǎng)山東省電力公司濟南供電公司，濟南 250012）

電壓型聯(lián)絡開關非正常自動合閘對配網(wǎng)的影響分析

尹茂林，施冬明，霍 健，劉 博，臧宏偉

（國網(wǎng)山東省電力公司濟南供電公司，濟南 250012）

由于電壓型饋線自動化聯(lián)絡開關動作過程受到自身“電壓—時序”邏輯控制，在非故障情況下可能會錯誤觸發(fā)自動轉供程序而合閘，造成環(huán)網(wǎng)線路長期合環(huán)運行、故障范圍擴大等問題。在介紹電壓型饋線自動化系統(tǒng)動作原理的基礎上，分析電壓型聯(lián)絡開關非正常自動合閘的原理及過程，以實際案例分析其導致接地故障影響范圍擴大的過程及原因，并提出了相應的防范措施。

配電網(wǎng)；電壓型；聯(lián)絡開關；自動合閘

0 引言

10 kV配電系統(tǒng)配置饋線自動化開關可以實現(xiàn)故障區(qū)間自動隔離以及非故障區(qū)間迅速恢復供電，確保供電可靠性［1］?！半妷骸獣r間型”饋線自動化開關因其結構簡單、可靠性高等優(yōu)點在城郊及農(nóng)村地區(qū)配電網(wǎng)得到廣泛應用［2］。但由于電壓型聯(lián)絡開關動作過程受到自身“電壓—時序”邏輯控制，在無閉鎖狀態(tài)時，會在非故障情況下錯誤觸發(fā)自動轉供邏輯而合閘，這種電壓型聯(lián)絡開關“偷合”的情況會造成環(huán)網(wǎng)線路長期合環(huán)運行、擴大故障停電范圍等一系列問題，嚴重時可能危及人身和設備安全。因此，對電壓型聯(lián)絡開關非正常自動合閘的原理及其對配電網(wǎng)的影響進行分析研究有很重要意義。

在介紹電壓型饋線自動化系統(tǒng)動作原理的基礎上，分析電壓型聯(lián)絡開關非正常自動合閘的原理及過程，并以一實際案例分析了這種電壓型聯(lián)絡開關“偷合”情況導致接地故障影響范圍擴大的過程及原因，最后針對這種非正常自動合閘的情況提出了相應的防范措施。

1 電壓型聯(lián)絡開關非正常自動合閘動作原理

1.1 電壓型饋線自動化開關動作原理

“電壓—時間型”饋線自動化系統(tǒng)基于電壓、時間配合的原理進行工作［3］，依據(jù)“電壓—時間型”開關來電即合、無壓釋放的動作特性，與變電站內開關重合閘配合，通過開關兩側TV以及時間繼電器實現(xiàn)的電壓時序邏輯，確定故障區(qū)段位置，并閉鎖故障區(qū)段兩側開關的來電合閘的功能，實現(xiàn)故障區(qū)段的“就地隔離”［4］。配合站內開關二次合閘以及聯(lián)絡開關按照主站程序控制合閘，恢復非故障區(qū)段供電。

在如圖1所示的“手拉手”線路中，CB1、CB2分別為線路甲、線路乙的站內開關，S1～S6為兩條線路上的電壓型分段開關，L1為線路甲與線路乙間聯(lián)絡開關。在正常狀態(tài)下，聯(lián)絡開關處于分位。

若線路甲在F點發(fā)生永久性故障，CB1保護動作跳閘，S1、S2、S3相繼失壓而斷開，1 s后 CB1重合，S1、S2按照一定時間延遲依次投入，合閘至S2時，站內開關CB1檢測到故障再次跳閘。故障區(qū)間兩側開關S2、S3檢測到故障電壓而閉鎖，不再合閘。之后，CB1二次合閘，S1經(jīng)一定延時后投入，依次恢復S2前段供電。聯(lián)絡開關L1在主站判斷故障區(qū)間已隔離后，由主站程序控制合閘，通過線路乙恢復S3后段線路供電。

圖1 電壓-時間型饋線自動化線路結構

1.2 電壓型聯(lián)絡開關非正常自動合閘動作過程

對結構如圖2所示的電壓型聯(lián)絡開關，根據(jù)其自身“電壓—時序”動作原理，當開關兩側TV任意其一檢測電壓為零，而另一檢測電壓不為零時，會觸發(fā)開關自動轉供條件而合閘，為了實現(xiàn)電壓型饋線自動化系統(tǒng)中聯(lián)絡開關由主站程序控制，防止聯(lián)絡開關在線路非故障停電情況下自動合閘，在實際運行中，將電壓型聯(lián)絡開關在“單側失壓”情況下自動合閘動作進行閉鎖。

圖2 電壓型聯(lián)絡開關結構示意圖

閉鎖分為遙控閉鎖和“兩側失壓”閉鎖。遙控閉鎖投入的條件為開關接到遙控分閘的信號，退出條件為開關經(jīng)遙控或現(xiàn)場合閘；“兩側失壓”閉鎖的退出條件則為開關兩側均失去電壓，即處于 “兩側失壓”閉鎖狀態(tài)中的電壓型聯(lián)絡開關兩側TV檢測電壓均為零時，閉鎖將退出。

在正常運行時，電壓型聯(lián)絡開關閉鎖在“動作”狀態(tài)，防止開關在一側線路非故障停電情況下 “偷合”。若因為某種原因，閉鎖狀態(tài)退出，開關將在單側失電情況下啟動自動轉程序而合閘。

假設如圖2所示的電壓型聯(lián)絡開關處于熱備用狀態(tài)，通過“兩側失壓”閉鎖，若TV2故障，聯(lián)絡開關檢測不到線路乙側的電壓，在這種情況下，一旦線路甲操作停電，則TV1檢測線路甲側電壓也為零，根據(jù)開關閉鎖解除條件，在“兩側失壓”情況下，開關解除閉鎖。此后，在線路甲送電時，TV1檢測線路甲側有壓，TV2由于故障，檢測線路乙側無壓，聯(lián)絡開關根據(jù)“單側有壓”條件，將啟動轉供程序，自動合閘。這種聯(lián)絡開關在非故障情況下不受控制 “偷合”的現(xiàn)象，即為電壓型聯(lián)絡開關非正常自動合閘。

電壓型聯(lián)絡開關非正常自動合閘動作原理與過程如圖3所示，圖中，時間軸上方為聯(lián)絡開關兩側TV檢測到的電壓，時間軸下方為開關動作情況；CB1表示線路甲站內開關，L1表示聯(lián)絡開關，td表示聯(lián)絡開關啟動合閘倒計時到實際合閘的時間延遲。

圖3 電壓型聯(lián)絡開關非正常自動合閘動作原理

2 電壓型聯(lián)絡開關非正常自動合閘對配網(wǎng)的影響

10 kV配電線路通過配置自動化聯(lián)絡開關實現(xiàn)停電檢修或故障情況下負荷的轉供［5］，提高供電可靠性。但若出現(xiàn)電壓型聯(lián)絡開關非正常自動合閘的情況，將會導致配電網(wǎng)在非正常方式下運行，造成環(huán)網(wǎng)線路長期合環(huán)運行和接地故障范圍擴大等問題。

2.1 環(huán)網(wǎng)線路長期合環(huán)運行

10 kV配電線路在合環(huán)調電操作時會出現(xiàn)短時合環(huán)運行的情況，由于其造成的電磁環(huán)網(wǎng)及合環(huán)電流等問題，正常情況下，10 kV配電線路合環(huán)運行不允許超過15 min［6］。電壓型聯(lián)絡開關非正常自動合閘會造成配電線路在失去調控人員監(jiān)視情況下長期合環(huán)運行。

目前，地區(qū)電網(wǎng)已形成220 kV環(huán)網(wǎng)運行、110 kV向10 kV輻射供電的輸配電格局［7］，若合環(huán)運行的兩條10 kV線路來自不同母線，會構造出輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)之間及其內部的電磁環(huán)網(wǎng)，對系統(tǒng)的經(jīng)濟運行以及動穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性造成不利影響。

配電網(wǎng)合環(huán)瞬間會產(chǎn)生較大的沖擊電流，合環(huán)運行時線路間會存在較大的合環(huán)電流［8］。在如結構圖1所示的配網(wǎng)線路中，若開環(huán)運行時，L1兩側電壓分別為U1和U2，則合環(huán)穩(wěn)態(tài)電流Ic為

式中：∑Z為兩條10 kV線路及所屬變壓器等值阻抗之和。若Ic的幅值為Im，則沖擊電流IM可表示為

由式（1）和式（2）可以看出，如果聯(lián)絡開關兩側電壓差較大，合環(huán)電流及沖擊電流都將對配網(wǎng)的穩(wěn)定運行產(chǎn)生不利影響。因此在正常情況下，合環(huán)調電操作前，調控人員需對合環(huán)電流進行校驗，并在合環(huán)過程中密切監(jiān)視電流情況。若出現(xiàn)聯(lián)絡開關“偷合”現(xiàn)象，合環(huán)在無校驗、無監(jiān)視情況下進行，產(chǎn)生的合環(huán)電流及沖擊電流將可能會造成線路過載、跳閘等異?；蚬收?。

2.2 擴大接地故障范圍

在結構如圖1所示的配網(wǎng)系統(tǒng)中，假設F點發(fā)生單相接地故障，若變電站A、變電站B均經(jīng)消弧線圈接地，則系統(tǒng)仍可繼續(xù)運行，調控人員需通過試斷開方法確定接地線路，若在試斷開過程中，電壓型聯(lián)絡開關L1出現(xiàn)“偷合”情況，會使線路甲、乙同時與接地點F發(fā)生電氣連接，擴大故障影響范圍，并對調控人員正確判斷接地線路、查找故障點造成干擾。

若變電站B經(jīng)小電阻接地，發(fā)生接地時將直接由零序保護切除故障線路，如果聯(lián)絡開關在F點接地情況下出現(xiàn)“偷合”情況，CB2將檢測到零序電流而跳閘，造成線路乙停電，擴大故障停電范圍［9］。

3 實例分析

以某地區(qū)110 kV Z站10 kV 1號母線、10 kV 2號母線接地故障處理過程為例，分析說明電壓型聯(lián)絡開關非正常自動合閘對配電網(wǎng)的影響。110 kV Z站位于該地區(qū)西南城郊，除用戶專線外，其他10 kV出線均配置“電壓—時間型”饋線自動化功能。110 kV Z站10 kV系統(tǒng)如圖4所示，圖中，L233為線路7與線路8間聯(lián)絡開關。

12月23日凌晨，Z站10 kV1號母線、10 kV 2號母線C相接地到零，無選線信息。由于10 kV 1號母線TV故障，調控人員首先下令將10 kV 1、2號母線短時分列運行，觀察10 kV 2號母線電壓，接地信號未消失，恢復原運行方式（10 kV 1、2號母線并列運行）后，按照用戶通知好的順序依次試斷開10 kV 2號母線的10 kV出線線路9、線路7、線路8（每次試斷開后開關立即閉合），接地信號均未消失，由此初步判斷此故障不是單條線路接地情況。

圖4 Z站10 kV系統(tǒng)結構

重新檢查站內設備后，按照多條線路同相接地試斷開方法進行第二輪試斷開。依次遙控斷開線路9的023開關、線路7的017開關、線路8的020開關（斷開后不再閉合），接地信號消失。閉合線路7的017開關，接地線號發(fā)出，即斷開該開關，接地消失，由此判斷10 kV線路7發(fā)生C相接地故障。

隨即遙控閉合線路8的020開關，接地信號未發(fā)出，閉合線路9的023開關，接地信號未發(fā)出；1 min后，接地信號重新發(fā)出，調控人員立即遙控斷開線路9的023開關，接地未消失；斷開線路8的020開關，接地消失，據(jù)此初步判斷10 kV線路8為另一條接地線路。

試斷開結束后，運檢人員帶電巡視線路7、線路8，發(fā)現(xiàn)線路7故障點，線路7轉為檢修狀態(tài)（聯(lián)絡開關L233轉為冷備用狀態(tài)），處理故障。線路8多次巡視無法找出故障點，后試送電良好；線路7故障處理結束后送電良好。而后，將聯(lián)絡開關L233由冷備用恢復為熱備用狀態(tài)，運維人員現(xiàn)場閉合L233線路8側刀開關后，L233自動閉合，調控人員立即遙控斷開聯(lián)絡開關；并令運維人員閉合聯(lián)絡開關線路7側開關，系統(tǒng)恢復故障前運行方式。

經(jīng)故障后檢查、分析，此次故障中，接地線路為10 kV線路7，其與線路8間聯(lián)絡開關L233處于“兩側失壓”閉鎖狀態(tài)。由于L233在線路7側的TV故障，無法檢測到線路7側實際電壓，使得聯(lián)絡開關在調控人員第一次試斷開線路8后閉鎖退出，啟動轉供程序自動合閘，造成兩條10 kV線路同時與接地點存在電氣連接，導致故障出現(xiàn)雙線同相接地的象征。試斷開過程中該聯(lián)絡開關與線路7的017開關、線路8的020開關動作情況如圖1所示，圖中td表示聯(lián)絡開關啟動合閘倒計時到實際合閘的時間延遲。

圖5 試斷開過程中開關動作過程

對照圖5，分析此次接地故障處理過程可以發(fā)現(xiàn)，聯(lián)絡開關L233的3次“偷合”情況對配網(wǎng)接地故障處理造成影響。

第一次試斷開線路8，L233“偷合”使線路7、線路8同時與接地點存在電氣連接，故障呈“雙線同相接地”象征。由圖5可以看出，第一次試斷開接地線路 7的時刻為 5∶55，由于 L233“偷合”，接地故障并未消失，直至第二輪試斷開結束，時刻為7∶59，因此，L233“偷合”導致試斷開接地環(huán)節(jié)延長時間超過2 h。

第二輪試斷開中，斷開線路8的020開關后，L233無壓釋放，閉合020開關后，L233檢測“單側有壓”自動閉合，延遲td，對調控人員準確判斷“第二條接地線路”產(chǎn)生干擾，增加了相關線路反復停送電次數(shù)，降低了供電可靠性。

故障處理結束后，L233在運維人員現(xiàn)場閉合線路8側開關后，自動閉合，對運維人員人身安全造成威脅。

4 防范措施

根據(jù)電壓型聯(lián)絡開關非正常自動合閘的原理及其造成的后果，可以在配電網(wǎng)規(guī)劃及調度操作方面采取一定措施，減輕這種“偷合”現(xiàn)象對配網(wǎng)安全穩(wěn)定運行造成的不利影響。

合理設計配電網(wǎng)供電結構，盡量避免“手拉手”聯(lián)絡線路出自同一10 kV母線的供電模式，并采取變壓器10 kV側安裝短路電流限制器［5，10］等措施，降低配電線路合環(huán)運行時的短路電流。

對于電壓型聯(lián)絡開關，遙控閉鎖相比 “兩側失壓”閉鎖更穩(wěn)定，在遙控閉鎖狀態(tài)下，不易發(fā)生非正常自動合閘的情況，因此，可將電壓型聯(lián)絡開關調至遙控閉鎖狀態(tài)，提高運行可靠性。

對于電壓型配電自動化線路，在線路停電檢修時應確保聯(lián)絡開關兩側開關在斷開位置。調控人員在運維人員現(xiàn)場閉合聯(lián)絡開關兩側開關前，應確認開關“單側有壓合閘”處于“閉鎖”狀態(tài)，試斷開接地等操作時應密切注意聯(lián)絡開關的動作情況，防止聯(lián)絡開關“偷合”造成故障范圍擴大。

5 結語

電壓型饋線自動化聯(lián)絡開關在閉鎖退出狀態(tài)下，會在非故障情況下錯誤觸發(fā)自動轉供邏輯而合閘，造成環(huán)網(wǎng)線路長期合環(huán)運行、故障范圍擴大等問題。詳細梳理了電壓型聯(lián)絡開關非正常自動合閘的原理及過程，并分析了其對配網(wǎng)的影響。對Z站10 kV母線接地處理過程的分析，說明了電壓型聯(lián)絡開關非正常自動合閘會造成配網(wǎng)故障范圍擴大，降低配網(wǎng)供電可靠性的原因。應在配電網(wǎng)規(guī)劃及調度操作等方面采取相應的防范措施，減少這種現(xiàn)象對配網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的不利影響。

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The Impact of Abnormal Automatic Closing of Voltage Type Loop Switches on Distribution Network

YIN Maolin，SHI Dongming，HUO Jian，LIU Bo，ZANG Hongwei
（State Grid Jinan Power Supply Company，Jinan 250012，China）

As the operation of voltage type loop switches is controlled by the“voltage-time”logic，loop switches may be closed as a result of the automatic transfer program trigged by a mistake，which can cause problems like the overtime loopclosing operation for feeders and the fault impact scope expansion.The forming reason and process of the abnormal automatic closing of voltage type loop switches is analyzed based on the principle of voltage-time type feeder automation.Through the analysis of the treatment process of a grounding fault，it is proved that the abnormal automatic closing of voltage type loop switches can cause the expansion of the impact scope of grounding faults.Precautionary measures are proposed at last to avoid these problems.

distribution network；voltage type；loop switch；automatic close

TM732

B

1007－9904（2017）01－0019－04

2016-07-27

尹茂林（1965），男，工程師，從事電網(wǎng)調度與控制相關工作。