10kV架空线配电自动化系统的初步实施

摘要：分析10kV馈线保护的二次重合闸与柱上真空开关（PVS）的配合，实现10kV架空线配电自动化系统的初级阶段——电压型馈线自动化，即当发生故障时，及时准确地确定故障点，方便维修人员处理，自动隔离故障点，恢复非故障区间供电，减小客户停电时间和停电范围。同时介绍了广州电力局电压型馈线自动化的应用实例。
关键词：配网自动化系统 重合闸 柱上真空开关
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1　前言
　　广州电力局10kV架空线路大量采用了SF6柱上开关。这种柱上开关虽然能提高配电网的供电可靠性，但它无法判断瞬时性和永久性故障，跳闸后不能自动重合，而各个柱上开关的跳闸电流和时间无法配合，对于瞬时性故障，反而扩大停电范围，增加客户停电时间。为了进一步提高配电网的供电可靠性，1999年广州局引入配电自动化系统，经技术经济比较，采用配电自动化系统的初级阶段——电压型馈线自动化，并在110kV江村变电站10kV馈线（架空线）F6试运行（辐射网）。
2　配网自动化系统的基本概念
　　配电自动化系统是通过自动或手动方式，遥控和监测高压配电线上的开关设备和线路参数，以便实现自动隔离故障区间，以最佳的方式恢复非故障区域供电，为用户提供经济、可靠、稳定的电力供应。
　　配电自动化系统分三个阶段实施：馈线自动化、遥测遥控自动化、计算机辅助配电自动化。
　　第一阶段一般采用电压型馈线自动化设备，由PVS（柱上真空开关），SPS（电源变压器）、FDR（故障搜查控制器）、FSI（故障指示器）组成。具有自动隔离故障区间，恢复非故障区域供电的功能。
　　第二阶段在第一阶段的基础上，增加RTU（带检测功能的遥控终端单元）和通讯设备，实现各柱上开关的监控功能（遥控、遥测、遥信、遥调）。
　　第三阶段在第二阶段的基础上，完善配电自动化调度端，实现配网的全面计算机管理。
　　第二、第三阶段需要有可靠的通讯手段支持，这方面投资大，而第一阶段投资小，见效快。
3　电压型馈线自动化
3．1　电压型馈线自动化设备工作原理及整定
（1）PVS（柱上真空开关）
　　具有失压瞬时脱扣功能，并能够与控制器配合实现自动合闸。
（2）FDR（故障搜查控制器）
PVS的控制元件，有两个时间参数需要整定。
　　X时间：真空开关的自动合闸时间，指从柱上开关电源侧有压至该柱上开关合闸的时延。X时间整定范围：7×N（s），N＝1，2，3，…，12。
　　Y时间：故障检测时间，指柱上开关合闸后，若在未超过Y时限的时间内又失压，则该柱上开关分闸并被闭锁在分闸状态，待下一次电源侧有压时不再自动重合；若超过Y时限，柱上开关可以进行再一次重合。Y时间整定范围：5s或10s，现整定为5s。
维持时间：（3．5±0．5）s，供电源故障确认用。
（3）SPS（电源变压器）
　　小型干式变压器，给FDR提供工作电源、PVS提供操作电源。
（4）FSI（故障指示器）
　　根据10kV馈线开关的分合时间，判断线路故障范围。
　　由于广州局的110kV变电站都是无人值班站，已实现了监控，可以不安装FSI。利用监控中记录的10kV馈线第一次重合与第二次跳闸之间的时间，来判断故障区间。
3．2　10kV馈线二次重合闸的工作原理及整定
　　10kV馈线架空线一般只要求重合一次，重合时　　间整定为1s。为配合电压型馈线自动化，通过修改微机保护的软件，实现二次重合闸，具体如下。
3．2．1　第一次重合闸时间T1
　　由于FDR维持时间为（3．5±0．5）s，为了保证FDR可靠工作，T1取5s。而且10kV架空线第一次重合闸成功率在70％以上，T1取5s可以尽快恢复供电。
3．2．2　第二次重合闸时间T2
　　为了保证10kV馈线发生永久故障，二次重合闸失败后，10kV馈线开关动作时间范围在开关额定操作循环之内，T2取180s。开关额定操作循环：0～0．3s～CO～180s～CO，对于弹簧操作机构，储能时间约15s。T2要求大于储能时间。
3．2．3　第二次重合闸闭锁时间T3
　　在第一段（馈线开关至第一台柱上开关之间）发生故障时，其短路水平很高。为防止大电流对开关及变压器的冲击，在第一段发生永久故障时，一次重合失败后应该闭锁第二次重合闸。柱上开关最小合闸时间为7s，如馈线在第一次重合后再跳闸的延时小于5s，说明在第一段发生永久故障，应该闭锁第二次重合闸。故障点在第一个柱上开关以外时，馈线在第一次重合后再跳闸的时间大于7s，不会闭锁第二次重合闸。T3取5s。
3．2．4　重合闸充电时间T
　　二次重合成功后，在180s之内，如再发生故障跳闸，馈线开关不再重合，以保证10kV馈线开关动作时间范围在开关额定操作循环之内。T取180s。
　　另一方面，当两条支路同时发生永久故障时，会造成10kV馈线三次重合；最靠近永久故障点的柱上开关闭锁失灵时，会造成10kV馈线无限次重合。为了防止多次重合，二次重合要求具有闭锁功能：当二次重合后，闭锁重合闸，如果馈线开关在合闸状态（二次重合成功）持续180s（重合闸充电时间）后自动解除重合闸闭锁，再次投入重合闸。而全线送电时间（10kV馈线开关合闸至最后一台柱上开关合闸的时间）不能大于重合闸充电时间，避免柱上开关闭锁失灵时造成无限次重合。对于辐射网最多安装25台柱上开关（180s／7s），对于开环网最多各安装12台柱上开关。
3．3　馈线保护重合闸与PVS配合的过程（辐射网）
　　当10kV馈线故障后，馈线保护动作跳闸，线路失压，各柱上开关失压脱扣跳闸。5s后馈线第一次重合，对于瞬时性故障，各柱上开关按靠近电源点的先后次序和X时间合闸。对于永久性故障，如故障点在第一段，馈线保护再一次动作跳闸，第二次重合闸被闭锁；如故障点不在第一段，各柱上开关依次合闸，当最靠近故障点的柱上开关合闸后，馈线保护再次动作跳闸，各柱上开关失压脱扣跳闸，最靠近故障点的柱上开关被闭锁，180s后馈线第二次重合，各柱上开关依次合闸，由于最靠近故障点的柱上开关被闭锁，故障点被隔离，故障点前的区间恢复送电。调度值班员根据馈线保护第一次重合后再跳闸的延时，迅速判断故障点所在的区间。
4　江村站F6电压型馈线自动化的实例
4．1　有关设备
（1）馈线开关
　　真空开关，电磁操作机构。开关额定操作循环：0～0．3s～CO～180s～CO。
（2）柱上真空开关
　　VSP5－15JSAT，珠海许继电气有限公司引进东芝技术生产。该产品采用模块式结构，具有良好扩展性，通过增加元件，方便地从第一阶段发展到第三阶段，而不浪费前一阶段的投资。
（3）馈线保护
　　ISA－1H（L－2A），南瑞深圳所生产。经厂家修改保护程序，具有二次重合闸功能。馈线重合闸的整定按前所述。
　　F6保护定值：限时速断0．3s，定时过流1．0s，零序过流1．0s。
4．2　F6系统一次接线（见图1）

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4．3　F6柱上开关定值（见表1）

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　　利用监控中记录的10kV馈线第一次重合与第二次跳闸的时间间隔和保护动作方式，判断故障区间，它们之间的关系如表2所示（没有考虑开关跳闸固有时间、开关辅助触点变位时间、从站端到调度端信号传输及处理时间等）。

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4．6　F6实际动作分析
　　2001年，F6发生18次故障，其中1次永久故障如下：
调度端记录：
Jun 12 2001 18：10：12．238　江村站　F6零序过流动作
Jun 12 2001 18：10：17．353　江村站　F6一次重合动作
Jun 12 2001 18：10：47．659　江村站　F6零序过流动作
Jun 12 2001 18：13：45．657　江村站　F6二次重合动作
　　分析：F6第一次跳闸后，5．115s第一次重合；
F6第一次重合后，30．306s第二次跳闸；F6第二次跳闸后，177．998s第二次重合。
　　判断：从第一次重合与第二次跳闸之间的时间差30．306s，故障点应在⑤区间，如果是永久故障，柱上开关D被闭锁。
　　结果：经实际查线，发现双雅联＃09－1杆B相避雷器爆烂（双雅联在水沥支＃02杆），柱上开关D被闭锁。
　　结论：分析与线路查线结果相符。
5　结论
　　经过一年多的试运行，江村站F6电压型馈线自动化达到设计要求，积累了运行经验。试运行中，发现第二次重合闸、重合闸充电时间180s太长，不利于迅速恢复供电。
　　第二次重合闸、重合闸充电时间180s，是为了二次重合闸失败后，10kV馈线开关动作时间范围在开关额定操作循环之内；避免最靠近永久故障点的柱上开关闭锁失灵时，造成10kV馈线无限次重合，也间接决定线路上柱上开关台数。在实际应用中，辐射网安装8台柱上开关，开环网各安装4台，已满足需要，即全线送电时间8×7＝56（s）。而开关额定操作循环（0～0．3s～CO～180s～CO）标准制定的背景是针对少油开关的，真空开关额定操作循环可以采用60s。60s也大于馈线开关弹簧操作机构的储能时间。改为60s后，10kV馈线电磁型保护可以采用许继的ZSC－4三相三次重合闸继电器，因为其第二、三次重合闸时间只有2～99s。
　　对于10kV馈线真空开关，广州局现将第二次重合闸、重合闸充电时间改为60s，并采用开环网的电压型馈线自动化，在10kV架空线路上广泛应用，进一步提高配电网的供电可靠性。