，，

(1.國網(wǎng)成都供電公司，四川 成都 610041；2.國網(wǎng)四川省電力公司電力科學(xué)研究院，四川 成都 610041；3.國網(wǎng)四川省電力公司，四川 成都 610041)

0 引 言

目前，農(nóng)村配電網(wǎng)發(fā)生的故障主要有兩類：永久性故障和瞬時(shí)性故障。其中瞬時(shí)性故障約占故障總數(shù)的80%以上。當(dāng)線路發(fā)生瞬時(shí)故障時(shí)，斷路器通過過流保護(hù)會跳閘，線路處于停電狀態(tài)，如果線路未裝設(shè)重合閘裝置，線路不再送電，大大影響了供電可靠性。因此重合閘對配電網(wǎng)的持續(xù)供電和穩(wěn)定運(yùn)行起到重要的作用。

目前，影響重合閘成功率的研究多針對更高電壓等級的輸電網(wǎng)[1-6]，對農(nóng)村配電網(wǎng)領(lǐng)域的研究較少?，F(xiàn)在大部分的農(nóng)村配電網(wǎng)普遍裝設(shè)了重合閘裝置但重合成功率卻不高。因此有必要對農(nóng)村配電網(wǎng)重合閘成功率的影響因素進(jìn)行深入分析和研究。

首先總結(jié)了10 kV線路重合閘整定原則及相關(guān)規(guī)定，然后對影響農(nóng)村配電網(wǎng)10 kV線路重合閘成功率的相關(guān)因素進(jìn)行了詳細(xì)的分析，最后依據(jù)短時(shí)停電的定義和要求，梳理了幾點(diǎn)建議，為電力企業(yè)在提高農(nóng)村配電網(wǎng)10 kV線路重合閘成功率方面提供參考。

1 重合閘整定原則及相關(guān)規(guī)定

1.1 《3～110 kV電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行整定規(guī)程》規(guī)定

《3～110 kV電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行整定規(guī)程》DL/T 584-2007[7]對單電源線路的三相重合閘整定時(shí)間進(jìn)行了規(guī)定。

根據(jù)規(guī)程要求，單電源線路的三相重合閘時(shí)間應(yīng)該同時(shí)大于短路點(diǎn)斷電后電弧的去游離時(shí)間以及線路斷路器及其操作機(jī)構(gòu)具備再次動(dòng)作條件的時(shí)間。

因此，規(guī)程認(rèn)為單側(cè)電源線路的三相一次重合閘動(dòng)作時(shí)間宜大于0.5 s，同時(shí)為提高線路重合成功率，可酌情延長重合閘動(dòng)作時(shí)間。

1.2 《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置整定計(jì)算》規(guī)定

《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置整定計(jì)算》[8]中對線路單電源供電負(fù)荷重合閘整定原則進(jìn)行了如下規(guī)定：

當(dāng)線路短路故障引起斷路器跳閘后，負(fù)荷中無法自啟動(dòng)的設(shè)備應(yīng)自動(dòng)跳閘。而負(fù)荷中允許重新帶電的設(shè)備，則可以在斷路器重合成功后恢復(fù)供電。重合閘時(shí)間的整定主要取決于短路點(diǎn)電弧的去游離時(shí)間。用戶負(fù)荷中不能參加自啟動(dòng)的設(shè)備須自動(dòng)跳閘。允許重新帶電的負(fù)荷，在斷路器重合后恢復(fù)供電，重合閘時(shí)間主要決定于故障點(diǎn)去游離時(shí)間。

因此，在重合閘動(dòng)作時(shí)間的整定方面，可考慮如下兩種情況：

1)對于不對應(yīng)起動(dòng)方式，其重合閘動(dòng)作時(shí)間tch1整定為

tch1=txyl+ty-th

(1)

式中：txyl為故障點(diǎn)電弧消弧及去游離時(shí)間；ty為裕度，一般可取為0.1～0.15 s；th為斷路器合閘時(shí)間。

2)對于保護(hù)起動(dòng)方式，其重合閘動(dòng)作時(shí)間還應(yīng)包括斷路器跳閘時(shí)間，其具體整定公式為

tch2=ts+txyl+ty-th

(2)

式中，ts為斷路器跳閘時(shí)間。

相關(guān)整定示意如圖1所示，圖中tch2是考慮斷路器分閘時(shí)間的重合閘動(dòng)作時(shí)間。

然而，式(1)和式(2)在使用過程中，卻面臨故障點(diǎn)電弧消弧及去游離時(shí)間txyl難以確定的困難。大多僅能依靠經(jīng)驗(yàn)，在現(xiàn)場工程中為了提升斷路器重合閘成功率，保證在斷路器重合閘后瞬時(shí)性故障已經(jīng)可靠消除，單側(cè)電源線路重合閘動(dòng)作時(shí)間一般取0.8～1 s。

圖1 重合閘整定示意

1.3 小結(jié)

根據(jù)《3～110 kV電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行整定規(guī)程》DL/T 584-2007 和《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置整定計(jì)算》可以發(fā)現(xiàn)，考慮到保護(hù)動(dòng)作時(shí)間、斷路器動(dòng)作時(shí)間以及斷路器斷口熄弧特性相對固定，10 kV配電網(wǎng)線路重合閘時(shí)間主要與故障點(diǎn)斷電熄弧去游離時(shí)間緊密相關(guān)。如果在斷路器重合前，非永久性故障點(diǎn)已經(jīng)成功熄弧，重合閘操作即可成功，否則重合閘將失敗。

根據(jù)這一原則，下面將對重合閘成功與否的影響因素進(jìn)行分析。

2 影響重合閘成功率相關(guān)因素

2.1 潛供電流對重合閘影響分析

潛供電流是影響較高電壓等級輸電網(wǎng)重合閘成功與否的主要因素[9-11]。對于10 kV配電網(wǎng)同桿并架線路可能會因?yàn)闈摴╇娏鞔嬖谟绊懼睾祥l動(dòng)作。

農(nóng)村配電網(wǎng)線路中存在同桿并架線路時(shí)，當(dāng)某回線路上發(fā)生短路故障后，繼電保護(hù)將故障線路跳開，但同桿并架的另一回線路仍然處于正常運(yùn)行狀態(tài)。此時(shí)，由于非故障線路與故障線路間的電容和互感，導(dǎo)致故障點(diǎn)電弧電流無法降低至0，增加電弧滅弧難度。在此狀態(tài)下，故障點(diǎn)電弧中流過的電流稱為潛供電流。由于潛供電流增加了故障點(diǎn)滅弧的難度，延長了故障點(diǎn)滅弧時(shí)間，可能導(dǎo)致自動(dòng)重合閘后故障點(diǎn)絕緣未成功恢復(fù)，引發(fā)重合閘失敗。

然而，依托PSCAD仿真軟件對10 kV線路進(jìn)行潛供電流計(jì)算發(fā)現(xiàn)，在典型參數(shù)下，5 km同桿并架10 kV線路出現(xiàn)兩相或三相短路時(shí)，故障線路上潛供電流不到3 A，感應(yīng)電壓不超過300 V，難以形成穩(wěn)定的弧道，不會對故障點(diǎn)熄弧產(chǎn)生影響。

2.2 異步電動(dòng)機(jī)對重合閘影響分析

文獻(xiàn)[12-13]認(rèn)為配電網(wǎng)末端異步電動(dòng)機(jī)可能會對重合閘成功產(chǎn)生影響，主要有以下兩方面原因：

1)當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)失電后，由于其轉(zhuǎn)速無法瞬間到0，電動(dòng)機(jī)將在一段時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)異步發(fā)電機(jī)狀態(tài)，向故障點(diǎn)注入電流，影響線路故障點(diǎn)熄弧。

2)由于異步電動(dòng)機(jī)失電殘壓的存在，電源恢復(fù)時(shí)可能會引起大的沖擊電流，大的沖擊電流可能會危及配電線路保護(hù)裝置的工作可靠性，使繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)作，保護(hù)跳閘使重合閘重合不成功。

然而，大量調(diào)研發(fā)現(xiàn)，異步電動(dòng)機(jī)負(fù)荷其實(shí)對10 kV配電網(wǎng)線路重合閘成功率影響不大。主要原因?yàn)槟壳肮I(yè)電動(dòng)機(jī)大多采用接觸器進(jìn)行投切，對于常見型號的接觸器來說，當(dāng)其電壓跌落至45%～55%UN時(shí)，接觸器將出現(xiàn)低壓脫扣釋放，延長釋放時(shí)間為15～40 ms。由此可見，當(dāng)重合閘時(shí)間整定在秒級時(shí)，負(fù)荷電動(dòng)機(jī)早已經(jīng)脫扣，無法提供短路電流和沖擊電流，不會影響重合閘成功率。

2.3 配電系統(tǒng)勵(lì)磁涌流對重合閘影響分析

當(dāng)配電系統(tǒng)中變壓器空載投運(yùn)或故障切除后電壓恢復(fù)時(shí)，可能出現(xiàn)數(shù)值較大的勵(lì)磁涌流，其數(shù)值可達(dá)額定電流6～8倍。

配電線路一般裝設(shè)有電流速斷和定時(shí)過流保護(hù)。根據(jù)三段式電流保護(hù)的整定原則，定時(shí)過流保護(hù)只按照最大負(fù)荷電流進(jìn)行整定，其動(dòng)作整定值可能小于勵(lì)磁涌流電流值。特別是在配電線路發(fā)生瞬時(shí)性故障后，一旦重合閘裝置動(dòng)作，斷路器經(jīng)一定延時(shí)后會再次合閘，線路末端斷路器在重新上電后，將出現(xiàn)勵(lì)磁涌流。如果勵(lì)磁涌流大于定時(shí)過流保護(hù)整定值，開關(guān)將再次跳閘，導(dǎo)致重合閘不成功。

2.4 “滑落性延時(shí)故障”對重合閘影響分析

從10 kV配電線路故障統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，線路故障發(fā)生的主要原因?yàn)閮上嗑€路同時(shí)與樹枝相碰出現(xiàn)的相間短路故障，或者當(dāng)外力拋擲鐵絲等導(dǎo)體滑落于兩相導(dǎo)線間產(chǎn)生的相間短路。

此類故障并非永久性故障。然而，與傳統(tǒng)瞬時(shí)性故障不同，該故障不會因斷路器的觸頭滅弧而自動(dòng)消失。它需要等待樹枝等物體從線路上滑落后，方能消除故障。工業(yè)界稱其為“滑落性延時(shí)故障”。

由于物體具體滑落沒有固定時(shí)間，一旦線路重合時(shí)，物體還沒有脫離輸電線路，保護(hù)裝置將視其為永久性故障，導(dǎo)致線路重合失敗。

綜上所述，10 kV配電網(wǎng)線路重合閘成功率主要受到滑落性延時(shí)故障的影響，因此需要對其重點(diǎn)分析。

3 重合閘時(shí)間整定原則

3.1 重合閘時(shí)間整定對滑落性故障的適應(yīng)性

由于物體具體滑落沒有固定時(shí)間，難以據(jù)其進(jìn)行精確整定。但是，對于過流保護(hù)而言，考慮到保護(hù)整定時(shí)間0.5 s、斷路器分閘時(shí)間0.13 s、合閘時(shí)間0.2 s，當(dāng)重合閘整定時(shí)間由2 s增加至2.5 s時(shí)，允許滑落性故障的延時(shí)，將從2.83 s增加至3.33 s，這時(shí)對于滑落性延時(shí)故障來說，重合成功的可能性就非常大。

對于速斷保護(hù)而言，忽略保護(hù)動(dòng)作時(shí)間，考慮斷路器分閘時(shí)間0.13 s、合閘時(shí)間0.2 s，當(dāng)重合閘整定時(shí)間由2 s增加至2.5 s時(shí)，允許滑落性故障的延時(shí)，將從2.33 s增加至2.83 s，對于滑落性延時(shí)故障的重合成功率也有提升。

3.2 重合閘整定時(shí)間的建議

電能質(zhì)量國際標(biāo)準(zhǔn)IEEE 1159-1995規(guī)定：一相或多相電壓瞬時(shí)跌落到0.1 p.u.以下的事件統(tǒng)稱為中斷[14](interruption)。其中，如果中斷時(shí)間持續(xù)半個(gè)周波至3 s稱為瞬間中斷(momentary interruption)；持續(xù)時(shí)間范圍在3 s至1 min的為瞬時(shí)中斷(temporary interruption)；如果中斷持續(xù)時(shí)間超過1 min的事件稱為持續(xù)中斷。

電壓短時(shí)中斷對用戶負(fù)荷影響可按停電持續(xù)時(shí)間對負(fù)荷的影響劃分為4類[15-16]：1)一般敏感負(fù)荷，分鐘級的短時(shí)停電即暫時(shí)中斷就會對其造成影響和危害；2)敏感負(fù)荷，秒級的短時(shí)停電即瞬時(shí)中斷就會對其造成影響和危害；3)特別敏感負(fù)荷(幾十至幾百毫秒)，即瞬間中斷就會對其造成影響和危害；4)嚴(yán)格負(fù)荷(毫秒級，0.02 s內(nèi))，即短時(shí)停電就會對其造成影響和危害。

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，由于重合閘重合的整個(gè)過程會造成秒級的短時(shí)停電，為了減少對一般敏感負(fù)荷和敏感負(fù)荷的影響，希望將短時(shí)停電控制為瞬間中斷的停電事件，所以故障跳閘不應(yīng)超過3 s，建議重合閘時(shí)間整定為2.5 s較為合適。

3.3 延長重合閘整定時(shí)限的影響

建議將重合閘時(shí)間延長至2.5 s，因此，需要著重分析延長重合閘整定時(shí)限對照明負(fù)荷、電動(dòng)機(jī)負(fù)荷兩類負(fù)荷的影響。

1)對于照明負(fù)荷，重合閘時(shí)間從1 s提升至2.5 s，均會導(dǎo)致照明中斷，但是時(shí)間上的差異對人體感受也沒有太顯著的區(qū)別，不會影響負(fù)荷的使用感受。

2)對于電動(dòng)機(jī)負(fù)荷，由于農(nóng)電企業(yè)中的電動(dòng)機(jī)都有接觸器等低壓脫扣裝置，反應(yīng)時(shí)間均在3個(gè)周波左右，因此當(dāng)重合閘時(shí)間整定在秒級時(shí)，負(fù)荷電動(dòng)機(jī)早已經(jīng)脫扣，因此重合閘時(shí)間的延時(shí)對于電動(dòng)機(jī)負(fù)荷而言沒有太多的影響。

綜上所述，延長重合閘的整定時(shí)限，對農(nóng)電用戶而言不會有多大的影響。相反，如果重合時(shí)限取得過短，導(dǎo)致短路點(diǎn)絕緣來不及恢復(fù)，反而會引起重合閘重合失敗，增加停電時(shí)間，對用戶將造成更多不便。因此，適當(dāng)?shù)匮娱L重合閘的重合時(shí)限，對于提高重合閘的重合成功率以及提高供電的穩(wěn)定性與可靠性都有非常大的幫助。

4 結(jié) 語

1)從《3～110 kV電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行整定規(guī)程》DL/T 584-2007及重合閘時(shí)間整定原則可以發(fā)現(xiàn)，考慮到保護(hù)動(dòng)作時(shí)間、斷路器動(dòng)作時(shí)間以及斷路器斷口熄弧特性等相對固定，10 kV配電網(wǎng)線路重合閘時(shí)間的整定主要與故障點(diǎn)斷電熄弧去游離時(shí)間緊密相關(guān)。如果在斷路器重合前，非永久性故障點(diǎn)已經(jīng)成功熄弧，重合閘操作即可成功，否則重合閘將失敗。但上述標(biāo)準(zhǔn)均未對整定時(shí)間作嚴(yán)格要求。

2)分析表明，勵(lì)磁涌流、潛供電流以及用戶中異步電動(dòng)機(jī)均不會對重合閘成功率產(chǎn)生顯著的影響。影響重合閘成功率的主要因素為滑落性延時(shí)故障的延時(shí)長度。

3)對于過流保護(hù)而言，當(dāng)重合閘整定時(shí)間由2 s增加至2.5 s時(shí)，允許滑落性故障的延時(shí)將從2.83 s增加至3.33 s。對于速斷保護(hù)而言，忽略保護(hù)動(dòng)作時(shí)間，當(dāng)重合閘整定時(shí)間由2 s增加至2.5 s時(shí)，允許滑落性故障的延時(shí)也將從2.33 s增加至2.83 s。此時(shí)對于滑落性延時(shí)故障來說，重合成功的可能性就非常大。

4)為了減少對一般敏感負(fù)荷和敏感負(fù)荷的影響，希望將短時(shí)停電控制為瞬間中斷的停電事件，所以重合閘時(shí)間不應(yīng)超過3 s，建議整定為2.5 s較為合適。

5)由于農(nóng)電企業(yè)中的電動(dòng)機(jī)都有啟動(dòng)設(shè)備，當(dāng)重合閘時(shí)間整定在秒級時(shí)，負(fù)荷電動(dòng)機(jī)早已經(jīng)脫扣，因此重合閘時(shí)間的延時(shí)對于電動(dòng)機(jī)負(fù)荷而言沒有太多的影響。同樣，對于照明等負(fù)荷而言，重合閘時(shí)間從2 s提升至2.5 s對人體感受也沒有太顯著的區(qū)別。因此，延長重合閘的整定時(shí)限，對農(nóng)電用戶而言不會有多大的影響。相反，如果較短的重合時(shí)限引起重合閘重合失敗，再進(jìn)行強(qiáng)送成功，致使停電時(shí)間也相應(yīng)增加，對用戶將造成更多不便。