10kV配網架空線路饋線自動化技術探討

摘 要:本文作者通過對10kV10kV配網架空線路饋線自動化工作原理及保護配置方案進行了探討，提出了饋線自動化的故障處理措施，并就方案的特點進行了總結。

關鍵詞:10kV配網架空線路饋線自動化故障處理

中圖分類號:TM7文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)09(a)-0142-02

1 饋線自動化工作原理

本模式為10kV中性點消弧線圈接地系統研發的饋線自動化模式，該模式成套設備由壓型柱上負荷開關、電壓型監控終端及三相-零序組合式電壓互感器三組件組成，成套設備采用電壓－時限工作原理，與變電站出線斷路器配合，完成故障的隔離和非故障區間的供電恢復。

1.1 短路故障處理原理

當線路發生短路故障時，變電站出線斷路器保護跳閘，經過大于3.5秒后第一次重合閘，柱上負荷開關一側得電后逐級延時合閘，當合閘到故障點后，變電站出線斷路器再次跳閘，同時監控終端通過電壓－時限邏輯判斷出故障點并閉鎖故障點兩端負荷開關，保證負荷開關再次得電后不合閘(此次重合閘是為了判斷故障點并隔離故障點);變電站出線斷路器第二次重合閘，恢復故障點前端線路供電，聯絡開關延時合閘，自動恢復故障點后端線路供電。

1.2 接地故障處理原理

由于10kV系統是小電流接地系統，發生單相接地故障時，整個10kV系統都有零序電壓，此時需要通過人為的拉線法找出故障線路。當找出故障線路后，再人為合上線路出口斷路器，柱上負荷開關單側得電后延時逐級合閘，合閘到非故障區段線路，監控終端檢測不到零序電壓，合閘到故障區段線路后，監控終端檢測到零序電壓，此時監控終端給負荷開關發出分閘命令成功隔離故障，同時故障點后端監控終端感受到一個瞬時電壓也成功閉鎖。聯絡開關經延時后，自動合閘恢復故障點后端線路供電。

2 饋線自動化保護配置方案(斷路器＋負荷開關＋智能控制器)

本方案涉及的主要設備為饋線出線斷路器、主干線分段斷路器、主干線分段負荷開關、分支線分界斷路器、分支線分界負荷開關、分支線用戶分界負荷開關。

2.1 饋線出線斷路器

饋線出線斷路器配置二次重合閘，設速斷保護、帶時限過流保護、零序保護裝置。速斷和過流保護動作時間整定為0.3s，零序保護時間整定為1s。一次重合閘延時5s，二次重合閘延時60s。二次重合閘閉鎖時間為5s。

2.2 主干線分段斷路器——配備時限電流保護

在饋線主干線上設置一臺饋線自動化分段斷路器。分段斷路器配置三相電流互感器和零序電流互感器，具有分斷相間短路電流、負荷電流和零序電流的功能。饋線自動化分段斷路器連接饋線自動化控制器。

主干線分段斷路器FB(配備時限保護)將主干線分為兩段，分段原則主要考慮線路的負荷分布，開關兩側的饋線負荷或線路長度應盡可能相等。

2.3 主干線分段負荷開關

在主干線上設置饋線自動化分段負荷開關，實現自動隔離故障區域。分段負荷開關配置三相電壓互感器、電流互感器，具有分斷負荷電流的功能。主干線分段負荷開關可以根據實際需要設置多臺，可設置在主干線的任何位置。饋線自動化分段負荷開關連接饋線自動化控制器。

2.4 分支線分界斷路器—— 配備時限電流保護

分支線分界斷路器設置在主干線的大分支線首端，其作用主要是隔離分支線上發生的故障。分段斷路器配置三相電流互感器、零序電流互感器，具有分斷相間短路電流、負荷電流和零序電流的功能，分支線分段斷路器配置饋線自動化控制器。

在主干線分段斷路器(FB)電源側的分支線上，分支線分界斷路器可整定相間短路動作時限為0.15s，零序保護0.6s，并可在第二級分支線上再增加一個分支線用戶分界斷路器，相間短路保護動作時限整定為0s，零序保護0.3s。

分支線分界斷路器可選擇設置在負荷較重、線路延伸距離長且發生故障次數較多的大分支線首端。在一條線路上不宜設置多臺電流保護動作時間為0s的分界斷路器，避免瞬時故障引起斷路器跳閘。

2.5 分支線分界負荷開關

分支分界負荷開關安裝在分支線首端，其作用主要是隔離發生在分支線上的故障。分支線分界負荷開關配置三相電壓和電流互感器、零序互感器，具有分斷負荷電流和零序電流的功能，自動隔離單相接地故障，分支線分界負荷開關連接饋線自動化控制器。

分支線以設置分支線分界負荷開關為主，所帶負荷較重的大分支線可在分支線首端設置分支線分界斷路器，下級設置分界負荷開關。

2.6 分支線用戶分界負荷開關

分支線用戶分界開關裝設在10kV配網架空線路分支線用戶出門位置的責任分界點，具有分斷負荷電流以及自動隔離單相接地故障的能力，配置三相電流互感器和零序電流互感器。若分支線上只有一個用戶，可在分支線首端設置分支線用戶分界負荷開關，無需設置分支線分界負荷開關，分支線用戶分界負荷開關連接饋線自動化控制器。

分支線用戶分界負荷開關與分支線分界負荷開關的功能基本相同，應選擇安裝在重要用戶與公網線路的責任分界點，尤其是曾多次發生用戶出門事故的用戶。

綜上所述，根據饋線自動化保護配置方案，結合圖1詳細對不同故障點故障隔離過程的可行性進行分析及說明。(如圖1）

CB為帶時限保護(過流:0.30s，零序1.0s)和二次重合閘功能的饋線出線斷路器;FB為帶時限保護(過流:0.15s，零序0.6s)和二次重合閘功能的主干線分段斷路器;FSW1～FSW2為主干線分段負荷開關;ZB1為帶時限保護(速斷0s，零序0.3s)和二次重合閘功能的分支線分界斷路器;ZSW1為分支線分界負荷開關;YSW1～YSW3為分支線用戶分界負荷開關;LSW為聯絡開關;方框表示斷路器，圓圈表示負荷開關;開關填充黑色表示閉合，填充白色表示分閘。

3 饋線自動化的故障處理

3.1 主干線分段斷路器電源側的故障處理(隔離故障恢復供電所需時間為70s)

FSW1和FB之間發生永久故障，CB保護動作跳閘，FSW1、FSW2、ZSW1、YSW1～3在失壓后跳閘，CB在5s后重合閘，FSW1一側有壓，延時5s合閘，由于是永久故障，CB再次跳閘，FSW1失壓分閘，并閉鎖合閘，CB在60s后第二次重合閘，重合成功。FSW1成功隔離故障，隔離故障耗時約70s見圖2。

3.2 主干線分段斷路器負荷側的故障處理(隔離故障恢復供電所需時間:70秒)

FSW2和ZSW1之間發生永久故障，FB保護動作跳閘，FSW2、ZSW1、YSW3失壓后快速分閘，FB在5s之后重合閘，FSW2一側有壓，延時5s合閘，由于是永久故障，FB再次跳閘，FSW2分閘并閉鎖合閘，FB在60s后第二次重合閘。FSW2成功隔離故障，隔離故障耗時約70秒見圖3。

3.3 分支線分界負荷開關負荷側發生永久故障(隔離故障恢復供電所需時間:75秒)

ZSW1和YSW3之間發生永久故障，FB保護動作跳閘，FSW2、ZSW1、YSW3失壓后快速分閘，FB在5s后重合閘，FSW2一側有壓，在延時5s后合閘。FSW2在3s后閉鎖分閘，ZSW1一側有壓，在延時5s后合閘，由于是永久故障，FB再次跳閘，ZSW1分閘并閉鎖合閘，FSW2保持合閘，FB在60s后第二次重合閘。ZSW1成功隔離故障，隔離故障耗時約75秒。（如圖4）

3.4 分支線分界斷路器負荷側發生永久故障(隔離故障恢復供電所需時間:5s)

ZB1與YSW1/YSW2之間發生永久故障，ZB1保護動作跳閘，ZB1在5s后重合閘，由于是永久故障，ZB1再次跳閘并閉鎖合閘，ZB1成功隔離故障，隔離故障耗時約5s。(如圖5）

3.5 分支線用戶分界負荷開關用戶側發生永久故障(隔離故障恢復供電所需時間:80秒)

用戶YSW3發生永久故障若是相間短路故障，FB保護動作跳閘，FSW2、ZSW1、YSW3失壓后快速分閘。(若是單相接地故障，YSW3跳閘隔離故障，其余開關不動作)。FB在5s后重合閘。FSW2一側有壓，在延時5s后合閘。FSW2在3s后閉鎖分閘。ZSW1一側有壓，在延時5s后合閘。ZSW1在3s后閉鎖分閘。YSW3一側有壓，在延時5s后合閘。由于是永久故障，FB保護動作跳閘，YSW3分閘并閉鎖合閘，FSW2、ZSW1保持合閘。FB在60s后第二次重合閘。YSW3成功隔離故障，隔離故障耗時約80s。（如圖6）

4 結語

綜合上述，該方案的特點為:

①設置主干線分段斷路器(配備時限保護)將主干線分為兩段，第二分段發生故障由主干線分段斷路器自動切除，不會引起變電站出線斷路器跳閘，相當于減少了50％變電站出線斷路器的跳閘，同時縮小了故障引起的停電范圍，保障了上一級線路的正常供電。

②只有饋線出線開關到第一個分段斷路器(負荷開關)之間區域發生永久性故障時才會導致饋線出線開關重合不成功，其余區域如果發生故障將能得到迅速隔離，跳閘后重合成功，變電站出線開關重合成功率將得到大幅提高，可達到90％以上。

③分段負荷開關具有分閘閉鎖功能，減少了恢復供電時逐級合閘的時間，減少了非故障段的停電時間。

④用戶分界負荷開關的應用有效隔離了用戶側單相接地故障，不會引起的上一級線路跳閘，減少了用戶出門事故。

⑤無需通信手段即可實現故障的迅速隔離，若配合通信手段可實時監控各開關的狀態，開關動作時向后臺發送故障信號，實現故障的快速定位。同時，實時采集監視饋線潮流和開關運行信息。

參考文獻

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