黨夢(mèng)宇 殷高飛

摘? 要：目前自動(dòng)控制斷路器保護(hù)三段式線路時(shí)，存在控制器檢測(cè)結(jié)果不精準(zhǔn)，開關(guān)對(duì)三段式線路的保護(hù)不夠靈敏，通信裝置通信不及時(shí)等問題，為此提出基于三段式線路保護(hù)的自動(dòng)控制斷路器改造。增加自動(dòng)重合閘裝置，提高斷路器開關(guān)的靈敏度，縮短人為開合閘所浪費(fèi)的時(shí)間;計(jì)算斷路器控制器檢查三段式線路的周期，設(shè)置控制器最優(yōu)檢查周期，提高控制器對(duì)三段式線路的保護(hù)效率;增加通信裝置與控制器和三段式線路控制中心的無(wú)線通道接口，增加通信裝置與控制器無(wú)線通道，提高自動(dòng)控制斷路器信息傳遞效率。

關(guān)鍵詞：三段式;線路保護(hù);自動(dòng)控制;斷路器

0? ? 引言

目前電力的使用已經(jīng)滲入社會(huì)生活的各個(gè)方面，在使用過程中，對(duì)電能質(zhì)量的要求也在不斷提高。但電力行業(yè)發(fā)展到現(xiàn)在，目前的斷路器已經(jīng)不能滿足各行各業(yè)的用電需求，因此國(guó)內(nèi)外都在積極研究自動(dòng)控制斷路器的改造[1]。國(guó)外對(duì)自動(dòng)控制斷路器的研究起步較早，研制出一種框架式自動(dòng)控制斷路器，可以自動(dòng)測(cè)量電壓、頻率和功率;除此之外，還研制出一種塑殼斷路器，這種斷路器配置了眾多電力參數(shù)測(cè)量功能，可以精準(zhǔn)控制電力流轉(zhuǎn)[2]。相比較國(guó)外，國(guó)內(nèi)對(duì)自動(dòng)控制斷路器研究起步較晚，幾十年前，國(guó)內(nèi)最早研究出的是塑料外殼智能型斷路器，為國(guó)內(nèi)斷路器的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，在此后的幾年間，國(guó)內(nèi)先后在塑料外殼智能型斷路器上進(jìn)行改進(jìn)，研發(fā)出可通信塑殼斷路器，體積小，具有微處理等功能[3]。但是，隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大化，斷路器對(duì)電路的保護(hù)不再處于單一電路保護(hù)的水平，而是需要同一斷路器保護(hù)多條線路。因此，此次對(duì)基于三段式線路保護(hù)的自動(dòng)控制斷路器改造展開了研究。

某礦現(xiàn)有35 kV變電站，高壓室內(nèi)兩進(jìn)線柜無(wú)斷路器，操作停送電時(shí)，需要通過上級(jí)發(fā)電廠反饋至負(fù)荷柜分合斷路器后才能進(jìn)行。然而，該煤礦企業(yè)對(duì)電力系統(tǒng)供電的可靠性要求極高，通過上述操作方式檢修線路故障，切換供電線路，不僅時(shí)間間隔長(zhǎng)，而且由于人為操作中主觀因素的影響，極易發(fā)生誤操作，引起供電事故。所以，此次改造在進(jìn)線柜內(nèi)加裝自動(dòng)控制斷路器，增加設(shè)備自投裝置，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程操作、自動(dòng)投切功能與后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)及調(diào)度的“四遙”功能，當(dāng)線路出現(xiàn)故障后，還能夠自動(dòng)切換，不影響下級(jí)負(fù)荷正常運(yùn)行，保證供電的可靠性。

1? ? 基于三段式線路保護(hù)的自動(dòng)控制斷路器改造內(nèi)容

針對(duì)三段式線路保護(hù)，自動(dòng)控制斷路器的主要改造內(nèi)容如表1所示。

2? ? 改造過程

根據(jù)表1中自動(dòng)控制斷路器改造主要內(nèi)容，分析改造過程如下：

2.1? ? 提高斷路器開關(guān)靈敏度

三段式線路在運(yùn)行時(shí)會(huì)出現(xiàn)電流流通問題，出現(xiàn)大規(guī)模停電，甚至造成人身安全和設(shè)備安全事故，因此在保護(hù)三段式線路時(shí)，需要優(yōu)化斷路器開關(guān)，提高斷路器開關(guān)的靈敏度，促使斷路器可以在感應(yīng)到三段式線路電流流通出現(xiàn)問題的一瞬間，就停止三段式線路的電流流通，實(shí)現(xiàn)對(duì)三段式線路的保護(hù)[4]。因此，優(yōu)化斷路器開關(guān)，在原本的斷路器開關(guān)上增加自動(dòng)重合閘裝置，替代人為手動(dòng)閘，即在三段式線路保護(hù)前端的斷路器上安裝一個(gè)自動(dòng)重合閘裝置，如圖1所示。

圖1中，QF表示斷路器開關(guān)，A、B、C表示三段式線路，AAR表示自動(dòng)重合閘裝置，1、2、3即三個(gè)斷路器裝置。從圖1中可以看出，當(dāng)A、B、C三段式線路出現(xiàn)任何問題時(shí)，都會(huì)自動(dòng)閉合相應(yīng)的斷路器開關(guān)，此時(shí)，安裝在斷路器3上的自動(dòng)重合閘裝置也會(huì)瞬間控制斷路器開關(guān)閉合，阻斷電流的產(chǎn)生。當(dāng)三段式線路產(chǎn)生的故障為暫時(shí)性故障時(shí)，斷路器控制單元會(huì)及時(shí)收集三段式線路信息，自動(dòng)重合閘，恢復(fù)三段式線路的正常供電，此時(shí)重合閘處于閉合狀態(tài)，從而增加斷路器對(duì)三段式線路的自動(dòng)控制能力，縮短停電時(shí)間。增設(shè)了自動(dòng)重合閘的斷路器裝置，應(yīng)用在三段式供電線路中，當(dāng)運(yùn)行線路發(fā)生故障時(shí)，斷路器開關(guān)會(huì)執(zhí)行先跳動(dòng)作。此時(shí)設(shè)備會(huì)檢測(cè)三段式線路中的線路1，當(dāng)線路1無(wú)電壓無(wú)電流時(shí)，檢測(cè)線路2，當(dāng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)線路2中有電壓時(shí)，斷路器會(huì)自動(dòng)閉合開關(guān)。此時(shí)需要計(jì)算斷路器自動(dòng)閉合時(shí)間，即：采樣判斷+裝置動(dòng)作+跳閘指令=9 ms時(shí)，斷路器自動(dòng)閉合;當(dāng)分閘線圈動(dòng)作+斷路器分閘時(shí)間（固有分閘時(shí)間+不同期時(shí)間+熄弧時(shí)間）≈60 ms時(shí)，斷路器不會(huì)自動(dòng)閉合;當(dāng)采樣判斷+裝置動(dòng)作+合閘指令=10 ms，合閘時(shí)間≈100 ms時(shí)，判斷三段式線路存在故障。此時(shí)，如果不投入重合閘，當(dāng)三段式線路中的一條線路發(fā)生故障時(shí)，在0.2 s之內(nèi)可以再次供電，不會(huì)對(duì)三段式線路和斷路器運(yùn)行設(shè)備造成任何影響，只會(huì)產(chǎn)生一些電壓波動(dòng)。如果在此時(shí)投入重合閘，需要重新計(jì)算重合閘閉合時(shí)間，即跳閘+重合閘+跳閘+備自投合閘≈0.9 s（重合閘延時(shí)0.3 s及以下時(shí)），不會(huì)影響下級(jí)斷路器運(yùn)行，給下級(jí)設(shè)備帶來(lái)負(fù)荷，此時(shí)斷路器及三段式線路都可以正常運(yùn)行。

2.2? ? 設(shè)置控制器信息收集周期

斷路器的核心部件是控制器，可以實(shí)時(shí)收集線路的參數(shù)，并根據(jù)線路參數(shù)變化及時(shí)做出調(diào)整，給出相應(yīng)的控制信息，從而實(shí)現(xiàn)電力線路的遠(yuǎn)程管理[5]。因此，設(shè)信號(hào)直流分量為A0，基波頻率為w，諧波次數(shù)為n，且n為自然數(shù)，第n次諧波的正弦分量幅值為an，第n次諧波的余弦分量幅值為bn，則有：

f（t）=A0+■（ansin nwt+bncos nwt）? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

式中：f（t）為斷路器收集三段式線路參數(shù)的周期函數(shù);t為收集三段式線路參數(shù)的周期時(shí)間。

此時(shí)得到的f（t）為斷路器收集三段式線路參數(shù)的最優(yōu)周期。經(jīng)過設(shè)置后，控制器會(huì)在最優(yōu)周期內(nèi)循環(huán)檢查三段式線路，其檢查周期流程如圖2所示。

從圖2可以看出，控制器在檢測(cè)三段式線路過程中，會(huì)不斷初始化上一周期檢測(cè)到的信息，重復(fù)如圖2所示的檢查流程，檢查三段式線路可能存在的問題。當(dāng)圖2的流程出現(xiàn)問題時(shí)，控制器會(huì)自動(dòng)停止檢查，斷絕電流，保護(hù)三段式線路，并將故障信息通過通信裝置傳遞給三段式線路維護(hù)人員。若沒有發(fā)現(xiàn)故障，控制器會(huì)刷新上一次檢測(cè)結(jié)果，重新循環(huán)檢測(cè)三段式線路。

2.3? ? 增加通信裝置與控制器無(wú)線連接通道

在斷路器中，除了控制器外還有通信裝置，用于在發(fā)現(xiàn)三段式線路存在問題時(shí)，及時(shí)將故障信息傳遞給三段式線路檢修人員。因此，針對(duì)斷路器通信裝置進(jìn)行改造，通過增加通信裝置與控制器的無(wú)線連接通道，改善通信裝置與控制器通信的及時(shí)性。在斷路器通信裝置原有的接口上，增加通信裝置與控制器的無(wú)線通道接口，與此同時(shí)，增加斷路器的通信裝置與三段式線路維修控制中心的無(wú)線通道接口，提高信息的快速傳遞能力，從而形成同控制器與控制中心的雙鏈接通信形式。在此基礎(chǔ)上，增加以太網(wǎng)連接接口，抑制外界信號(hào)干擾，保障通信過程中數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸。

3? ? 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，此次自主控制斷路器改造，從斷路器開關(guān)、控制器和通信裝置三個(gè)方面著手，增加自主控制斷路器對(duì)三段式線路檢查的靈敏度、對(duì)電流控制的有效性以及對(duì)故障問題傳遞的及時(shí)性。但此次改造未考慮斷路器的電源、運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)和斷路器本身可能存在的故障問題，因此，在今后的研究中，還需從斷路器本身著眼，提高斷路器運(yùn)行的穩(wěn)定性及其對(duì)三段式線路的保護(hù)效率。

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收稿日期：2020-06-28

作者簡(jiǎn)介：黨夢(mèng)宇（1982—），男，陜西楊陵人，工程師，從事機(jī)電專業(yè)工作。

殷高飛（1990—），男，陜西洛南人，助理工程師，從事礦井建設(shè)工作。