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        新型饋線自動化分段器的功能設(shè)計(jì)

        2021-01-26 02:27:18黃建中
        農(nóng)村電氣化 2021年1期
        關(guān)鍵詞:分閘合閘分段

        黃建中

        (玉溪峨山供電局,云南 峨山653200)

        分段器是與線路重合閘配合使用,能識別并在無壓無流下自動隔離故障線段的開關(guān)設(shè)備。有電壓-時間型、電壓-電流型及電流計(jì)數(shù)型3種,一般使用電壓-時間型、電壓-電流型,而電流計(jì)數(shù)型在網(wǎng)內(nèi)難覓足跡。

        電壓-時間型分段器其動作邏輯是“得電合,失電分,短時供電會閉鎖”,它的“得電合”,指得電后各級開關(guān)逐級依次合閘送電,這存在非故障段恢復(fù)送電時間過長的缺點(diǎn)。且其得電合閘過程中要求只能有1 臺分段器合閘,才能避免對故障模糊判斷和越級隔離故障事件的發(fā)生。此兩個技術(shù)特點(diǎn),限制了電壓-時間型分段器宜安裝于饋線主干線上,且數(shù)量一般不能超過4臺。

        為了縮短非故障區(qū)恢復(fù)送電時間,電壓-電流型分段器采取結(jié)合故障電流復(fù)合判據(jù)實(shí)現(xiàn)故障隔離和非故障區(qū)的快速恢復(fù)供電的技術(shù)措施。它是在電壓-時間型功能邏輯上,增加了故障電流判據(jù)條件,并設(shè)置了“閉鎖分閘”功能,即:在開關(guān)得電合閘后設(shè)定時間內(nèi)沒有檢測到故障電流的情況下閉鎖分閘,并啟動閉鎖分閘復(fù)歸時間,以減少非故障區(qū)分段器的分閘次數(shù),提高非故障區(qū)停電時間。閉鎖分閘復(fù)歸時間整定須大于饋線自動化設(shè)備完成一個完整動作過程的時間,這在運(yùn)行方式變化(如轉(zhuǎn)供電使供電線路上的分段器數(shù)目增加),原按正常方式下所計(jì)算的閉鎖分閘復(fù)歸時間可能不滿足饋線自動化設(shè)備所完成一個完整動作過程的時間要求,這樣會造成故障越級隔離。另,當(dāng)電壓-電流型分段器閉鎖分閘時間內(nèi),又發(fā)生該分段器范圍內(nèi)故障,也會由上級分段器越級分閘隔離故障點(diǎn),甚至?xí)l(fā)生變電站出口線路開關(guān)重合閘不成功的事件,使停電范圍擴(kuò)大化。

        所以,針對電壓-時間型及電壓-電流型分段器所存在問題,本文提出一種新型電壓-電流型分段器的動作原理,以解決上述存在的問題。

        原電壓-電流型分段器其失壓分閘功能邏輯是“先判電壓,后判電流”,即無壓分閘,得壓合閘,若無故障電流,則閉鎖分閘。而新型分段器失壓分閘邏輯是“先判電流,后判電壓”,即失壓前存在故障電流才分閘,否則便保持合閘狀態(tài)。為了與原電壓-電流型分段器有所區(qū)分,結(jié)果失壓分閘動作邏輯特點(diǎn),把此種新型分段器定義為“電流-電壓型分段器”。

        1 電流-電壓型分段器的定值整定原則

        電流-電壓型分段器其主要參數(shù)有5個:失電延時分閘時間、得電延時合閘時間、關(guān)合確認(rèn)時間、故障復(fù)歸時間、故障電流,其中前3個參數(shù)與電壓-時間型分段器相同,后2個是電流-電壓型分段器所新增的參數(shù)。各參數(shù)的整定原則為:

        失電延時分閘時間Z:應(yīng)考慮了相鄰線路近端三相短路時電壓降為0 時避免分段器誤判失壓而分閘,并確保上級線路重合閘動作時分段器已分閘。公式為:

        得電延時合閘時間X:第一級分段器得電延時合閘時間是按變電站出口開關(guān)第2 次重合閘有效動作而整定,其他各級是防止相鄰上級開關(guān)合于故障后其分閘器誤合閘。公式分別為:一級:X≥+

        關(guān)合確認(rèn)時間Y:關(guān)合確認(rèn)時間應(yīng)在線路未端動作時間范圍內(nèi)均有效。公式為:Y≥+Δt2且≤-Δt2。

        故障復(fù)歸時間Tf:按失壓原因是由該線路故障所造成的有效時間而整定,其整定原則為保證線路故障所引起失壓分閘的動作期間,其線路故障狀態(tài)輸出均有效。公式為:Tf=Z+Δt1。

        故障電流:按最小故障電流,取一定靈敏度整定,確保故障時分段器產(chǎn)生線路故障狀態(tài)。

        相電流Idz=Imin/klm,零序電流Idz.0=3Imin.0/klm。

        參數(shù)字符說明:為相鄰線路過流保護(hù)末端動作時間;為相鄰線路重合閘時間;Δt1為時間裕度;Δt2為配合級差;為線路斷路器儲能時間;為相鄰線路重合閘充電時間;為上級開關(guān)關(guān)合確認(rèn)時間;為線路末端動作時間;為下級自動化開關(guān)得電合閘延時時間;Tmin為線路末端最小兩相短路電流;Tmin.0為線路最小零序電流或電容電流。

        某地區(qū)電網(wǎng),其變電站配網(wǎng)線路出口開關(guān)配置電流I 段、III 段保護(hù),III 段電流動作時限為0.7 s;配置小電流接地檢跳裝置,動作時限為5 s;重合閘為三相一次重合閘,重合閘時限為1.2 s。所以,當(dāng)重合閘充電時間取20 s,彈簧儲能時間取15 s,時間裕度取0.2 s,配合級差取2 s,則按整原則,該地區(qū)電流-電壓型分段器整定為:失壓分閘時限取0.9 s(0.7+0.2);得電延時合閘時間:線路第1級分段器取37 s(20+15+2),第2 級及以后均取9 s(7+2);關(guān)合確認(rèn)時間取7 s(5+2);線路故障狀態(tài)復(fù)歸時間取1.1 s(0.9+0.2);故障電流按靈敏度2計(jì)算取值。

        3 電流-電壓型分段器實(shí)例分析

        如圖1 所示,典型饋線及故障圖中,相關(guān)開關(guān)按上述定值完成設(shè)置。因配網(wǎng)線路接線變化頻繁,為保證轉(zhuǎn)供電的安全性,故要求聯(lián)絡(luò)開關(guān)均退出所有自動化及保護(hù)功能。

        圖1 典型饋線及故障示意圖

        0 s,故障發(fā)生;

        0.7 s,出口開關(guān)0 過流保護(hù)延時跳閘(設(shè)故障點(diǎn)在出口開關(guān)過流保護(hù)范圍,但不在整斷保護(hù)范圍內(nèi));

        0.7 s+0.9 s=1.6 s,線路開關(guān)1、1.1因失壓前通過故障電流,故失壓分閘。而開關(guān)2、3、2.1、2.2失壓前均未通過故障電流,故保持合閘位置;

        0.7 s+1.2 s=1.9 s,出口開關(guān)0 重合閘動作合閘;

        1.9 s+37 s=38.9 s,線路開關(guān)1得電合閘,開關(guān)2、3、2.1、2.2段恢復(fù)供電;

        38.9 s+9 s=47.9 s,線路分段器1.1 得電合閘,故障點(diǎn)通過電流;

        47.9 s+0.7 s=48.6 s,變電站出口開關(guān)0又過流保護(hù)延時跳閘;

        48.6 s+0.9 s=49.5s,線路開關(guān)1、1.1因失壓前通過故障電流,再次失壓分閘。而開關(guān)2、3、2.1、2.2失壓前均未通過故障電流,仍保持合閘位置;

        48.6 s+1.2 s=49.8 s,出口開關(guān)重合閘第2次動作合閘;

        49.8 s+37 s=86.8 s,線路分段器1 得電合閘,開關(guān)2、3、2.1、2.2段再次恢復(fù)供電。

        線路分段器1.1 得電保持合閘時間為:(48.6 s-47.9 s)<7 s(關(guān)合確認(rèn)時間),故線路分段器1.1 閉鎖合閘,開關(guān)保持分閘狀態(tài),隔離了故障點(diǎn)。

        其動作過程情況如圖2所示。

        按定值設(shè)置情況,圖1 如示故障點(diǎn)4 發(fā)生了永久性故障,按故障發(fā)生時0 s 為參照時限,其動作過程為:

        圖2 故障動作過程時序圖

        通過這個實(shí)例可看出,無故障段的分段器一直保持在合閘狀態(tài),即非故障段的分段器在故障判斷過程中不再分閘,使非故障區(qū)域用戶的停電時間明顯得以縮短。

        為了把電流-電壓型分段器與電壓-電流型分段器、電壓-時間型分段器比較,現(xiàn)選取不同故障點(diǎn),分別對電流-電壓型、電壓-電流型、電壓-時間型這三種分段器,分析其自動化開關(guān)動作情況。

        其動作過程如表1所示。

        表1 中涂紅單元格表示開關(guān)最終為正常供電狀態(tài),涂綠單位格表示開關(guān)最終為分閘狀態(tài),且處于閉鎖合閘狀態(tài)。通過表1可看出:

        涂紅單元格:3種分段器均相同,說明3種類別分段器均能正確恢復(fù)非故障段線路供電。

        涂綠單位格:電壓-電流型與電壓-時間型相同。對照圖1,涂綠單元格是故障點(diǎn)兩側(cè)開關(guān),均閉鎖合閘功能,所以對于電壓-電流型與電壓-時間型分段器的聯(lián)絡(luò)線段,可直接合上未閉鎖合閘的聯(lián)絡(luò)開關(guān),對非故障段線路轉(zhuǎn)供電。而對于電流-電壓型,只是故障點(diǎn)靠電源側(cè)的開關(guān)有閉鎖信息,而靠負(fù)荷側(cè)的分段器無閉鎖功能,故轉(zhuǎn)供電時,必須按聯(lián)絡(luò)線路方向,把失電分閘開關(guān)的下一個開關(guān)斷開,才能合上聯(lián)絡(luò)開關(guān)進(jìn)行轉(zhuǎn)供電。

        開關(guān)狀態(tài)變化情況:對于無故障電流通過的分段器,電流-電壓型分段器是保持合閘狀態(tài);電壓-電流型分段器是失壓后先分,再合,判斷故障電流是否通過再決定分,所以非故障區(qū)分段器在失壓后分、合各1次;電壓-時間型是失壓后分、合各2次。明確便看出電流-電壓型分段器有效提升了非故障區(qū)的快速恢復(fù)供電時間。

        另,對于上述3 種類型的分段器,在故障區(qū)其動作過程時間均一樣,只是非故障區(qū)的分段器動作過程時間不一樣。

        3 電流-電壓型分段器應(yīng)用評估

        3.1 優(yōu)點(diǎn)

        全線均可統(tǒng)一配置為相同的電流-電壓型分段器,而不必區(qū)分按主干線配置電壓型,支線配置電流型,避免對具有聯(lián)絡(luò)功能的線路難于進(jìn)行主、支線劃分。

        與電壓-時間型分段器一樣,其時間定值整定簡單,無上下級分段器逐級配合的要求,在同一電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)可取相同的時限定值。

        開關(guān)動作次數(shù)大大減少,減少了設(shè)備維護(hù)量,有效延長了設(shè)備生命周期。

        縮短了非故障線段停電時間,提高供電可靠性及客戶滿意度。

        有效避免分段器非控制范圍內(nèi)的原因所造成誤停電事件的發(fā)生,如上級電網(wǎng)在短期(關(guān)合確認(rèn)時間內(nèi))發(fā)生2 次瞬時故障而使分段器誤閉鎖合閘,而使用戶停電事件。

        3.2 缺點(diǎn)

        故障點(diǎn)靠負(fù)荷側(cè)分段器其X時限閉鎖功能無用。電流-電壓型分段器對故障點(diǎn)僅是電源側(cè)閉鎖合閘進(jìn)行隔離,而故障點(diǎn)靠負(fù)荷側(cè)的第一只分段器仍保持合閘位置,須操作斷開故障點(diǎn)靠負(fù)荷側(cè)第一只開關(guān)才能對后段線路轉(zhuǎn)供電。如圖1中故障點(diǎn)2發(fā)生了永久性故障,須操作斷開開關(guān)3,才能合上開關(guān)L1 對故障點(diǎn)的后段線路轉(zhuǎn)供電。所以,聯(lián)絡(luò)開關(guān)XL閉鎖功能建議不使用。但因配網(wǎng)線路接線方式變化復(fù)雜,考慮配網(wǎng)轉(zhuǎn)供電的安全性,目前所使用的分段器均不投入聯(lián)絡(luò)開關(guān)關(guān)合延時功能,即自動轉(zhuǎn)供電功能,故該缺陷不影響電流-電壓型分段器推廣使用。

        增加故障電流計(jì)算。目前所廣泛使用電壓-電流型分段器,對分段器定值整定均不須進(jìn)行線路故障電流計(jì)算。筆者認(rèn)為這屬一種運(yùn)行風(fēng)險,在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)生過線路末端故障,變電站出口開關(guān)一直未保護(hù)跳閘的情況,對設(shè)備、電網(wǎng)、人身風(fēng)險。所以,對于電壓-時間型分段器,也必須要求開展線路故障電流計(jì)算工作。以此來看,電流-電壓型分段器所開展的故障電流計(jì)算工作,本質(zhì)上是未增加任何整定計(jì)算工作量。

        4 電流-電壓型分段器配置及運(yùn)行注意事項(xiàng)

        電流-電壓型具有全線均配置為同一類型分段器的優(yōu)點(diǎn),但須注意以下幾點(diǎn):

        應(yīng)認(rèn)真校核變電站出口開關(guān)對線路末端故障靈敏度,如不滿足,則必須對相應(yīng)位置的分段器配置電流保護(hù)跳閘功能,故障時開關(guān)可靠跳閘來隔離故障點(diǎn)。

        對于中性點(diǎn)不接點(diǎn)系統(tǒng),其零序電流即為電容電流,難于精確計(jì)算整定,故應(yīng)注意計(jì)算值與運(yùn)行值對比,并據(jù)情況進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整,確保中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時,終端能輸出線路故障狀態(tài),失壓后可靠動作分閘。

        電流-電壓型分段器發(fā)生Y 時限合閘閉鎖事件,其故障點(diǎn)位于該開關(guān)至下級第一個電流-電壓型分段器之間的線段,下級第一個電流-電壓型分段器必須操作斷開,才能對后段線路轉(zhuǎn)供電。

        聯(lián)絡(luò)開關(guān)如投入自動化XL 功能,則故障自愈過程中,將造成轉(zhuǎn)供電電源線路出現(xiàn)2次短時停電,才會隔離故障點(diǎn)后供電正常。也就是說,在投入聯(lián)絡(luò)開關(guān)XL功能情況下,一個故障將造成2條線路各發(fā)生2次短時失電。

        表1 自動化開關(guān)動作過程對比

        5 結(jié)束語

        本文所提出的新型饋線自動化分段器,即電流-電壓型分段器,具有功能邏輯簡單,開關(guān)動作次數(shù)減少,全線路配置統(tǒng)一,保護(hù)定值通用等優(yōu)點(diǎn),提升了供電可靠性指標(biāo),降低了設(shè)備運(yùn)維及管理工作。所以,電流-電壓型分段器在配網(wǎng)線路中建議廣泛推廣應(yīng)用。

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