基于提高10kV柱上開關(guān)動(dòng)作可靠性對(duì)涌流控制器改造的保護(hù)裝置

【摘 ?要】為提升10kV配電線路上柱上開關(guān)動(dòng)作的電流開斷能力及可靠性，縮小停電范圍，本文將在配電線路下安裝涌流控制器提升裝置，并設(shè)計(jì)一種保護(hù)涌流控制器運(yùn)行可靠的裝置。首先計(jì)算線路運(yùn)行過程參數(shù)，并根據(jù)參數(shù)結(jié)果作為判斷勵(lì)磁涌流的前提條件，以正確識(shí)別涌流，提升裝置運(yùn)行的可靠性。基于上述，設(shè)計(jì)保護(hù)裝置硬件框架，完成裝置設(shè)計(jì)。最后經(jīng)實(shí)驗(yàn)可知，本文方法所設(shè)計(jì)裝置具有較好的驅(qū)動(dòng)能力，且能夠有效實(shí)現(xiàn)可靠動(dòng)作及正確保護(hù)。

【關(guān)鍵詞】配電線路;帶電安全作業(yè);斷路器;涌流控制器;差動(dòng)電流

中圖分類號(hào)：TM56文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1引言

國(guó)內(nèi)對(duì)供電可靠性的要求越來越高，而直接連接用戶的10 kV配電線路是可靠性控制的關(guān)鍵。而具有電流開斷能力的柱上開關(guān)不僅能夠提高配電網(wǎng)運(yùn)行的靈活性，還可以減少故障檢修對(duì)電力供應(yīng)的影響。但是不同的設(shè)備組合及類型在使用和維護(hù)方面都存在一些問題。怎樣設(shè)計(jì)、選用合適的設(shè)備，充分發(fā)揮柱上開關(guān)的功能，是電網(wǎng)從事工作者十分關(guān)注的問題。

傳統(tǒng)的涌流控制器電流保護(hù)方法一般采用二次諧波制動(dòng)原理，但該原理存在以下幾種問題：一是難以選取正確有效的制動(dòng)比;二是識(shí)別對(duì)稱涌流時(shí)，存在誤判現(xiàn)象;三是當(dāng)前使用的變壓器磁特性發(fā)生變化，使涌流中的二次諧波占比減少，導(dǎo)致保護(hù)發(fā)生誤動(dòng)。

針對(duì)上述問題，學(xué)者們研究出了涌流識(shí)別方法，如電流波形特征識(shí)別法，該方法只需要識(shí)別涌流和短路電流的波形特征差異，不需要考慮電壓互感器工作狀態(tài)，這種方法對(duì)采樣頻率沒有特定要求，同時(shí)不會(huì)受到各種諧波的影響。該方法計(jì)算簡(jiǎn)單，計(jì)算量小，更適用于工程應(yīng)用。

210kV柱上開關(guān)運(yùn)行參數(shù)分析

2.1 10kV線路短路電流數(shù)值

在計(jì)算短路電流時(shí)，通常采用標(biāo)么值法來表征10kV線路短路狀態(tài)下的電壓、電流等數(shù)值。則標(biāo)么值的計(jì)算過程如下：

計(jì)算短路電流時(shí)，需獲取各個(gè)電器元件的電抗標(biāo)么值。但發(fā)電機(jī)、變壓器和電抗器，需按其額定值來計(jì)算單位價(jià)值。

2.2勵(lì)磁涌流的基波分量

勵(lì)磁涌流中的非周期暫態(tài)分量和鐵心剩余磁會(huì)在變壓器空投或外部排除故障時(shí)使變壓器鐵心飽和，交流電壓會(huì)使變壓器鐵心周期性地進(jìn)出飽和區(qū)。在進(jìn)入飽和區(qū)時(shí)，勵(lì)磁電流呈現(xiàn)出尖峰波特性，且具有較大的瞬時(shí)值;在退出飽和區(qū)時(shí)，勵(lì)磁電流呈現(xiàn)出斷續(xù)角特性，且具有較小的瞬時(shí)值，從而產(chǎn)生與交流電壓相同周期的勵(lì)磁涌流。則其前后半波不對(duì)稱值的基波分量為：

3勵(lì)磁涌流判據(jù)

通過識(shí)別勵(lì)磁涌流是否大于某個(gè)門坎值時(shí)，需要解決兩個(gè)問題：

①當(dāng)10kV線路短路電流為勵(lì)磁涌流時(shí)，基波分量差值的差異很小，容易造成保護(hù)誤動(dòng)。

②當(dāng)內(nèi)部故障電流為勵(lì)磁涌流時(shí)，若基波分量差值較大，則變壓器差動(dòng)保護(hù)可能延時(shí)動(dòng)作甚至拒動(dòng)。

為解決上述現(xiàn)象本文將設(shè)置勵(lì)磁涌流識(shí)別判據(jù)的約束條件：

式（7）中，表示判定為勵(lì)磁涌流的門坎值。通過上述式子可以看出，勵(lì)磁涌流識(shí)別判據(jù)反映了差動(dòng)電流基波分量的綜合不對(duì)稱度，并對(duì)采樣頻率無特殊要求，且不易受各次諧波的影響。同時(shí)，勵(lì)磁涌流識(shí)別判據(jù)易于構(gòu)造遞推算法，計(jì)算簡(jiǎn)單。

基于上述參數(shù)，設(shè)計(jì)涌流控制器的提升裝置硬件框架圖。本文所研制的涌流控制器保護(hù)裝置由單片機(jī)C8051F221及外圍電路模塊、模擬信號(hào)采集模塊及超級(jí)電容模塊等部分組成，結(jié)構(gòu)見圖1。

該控制器采用了二階壓控電壓源低頻濾波電路，其最大衰減頻率為-40 dB/10倍頻，在對(duì)無用信號(hào)進(jìn)行最大衰減時(shí)，使有用信號(hào)受影響最小。

4涌流控制器測(cè)試

為驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)裝置的有效性，本次實(shí)驗(yàn)采用了ZW32A-12/T630-20型戶外交流高壓真空斷路器。采用精度為0.5級(jí)6 A/75 mV的分流器和Fluke示波器作為測(cè)量?jī)x器。控制器的基準(zhǔn)電流見圖2。

圖2中，橫軸為時(shí)間，縱軸為分流器的電壓值，橫縱坐標(biāo)均為100 mv/格。由圖可知，基準(zhǔn)電流在5 A時(shí)持續(xù)50 ms左右輸出，在此時(shí)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)脫扣線圈，可使斷路器分閘。在斷路器合閘時(shí)突然施加故障電流，斷路器可靠動(dòng)作的 ?實(shí)測(cè)時(shí)間見表2。

表2中，斷路器分閘時(shí)間=過流延時(shí)時(shí)間+機(jī)械動(dòng)作時(shí)間（30～50 ms），本文將取40 ms。通過表2可知，本文設(shè)計(jì)裝置具有較好的驅(qū)動(dòng)能力，同時(shí)，能夠有效實(shí)現(xiàn)延時(shí)保護(hù)及可靠分閘。

5結(jié)語

10kV柱上開關(guān)控制器提升裝置是提升配網(wǎng)靈活性及供電可靠性的重要部件。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在其中安裝涌流控制器能夠有效提高開關(guān)的動(dòng)作可靠及有關(guān)使用性能。為進(jìn)一步確保涌流控制器的使用安全性，本文設(shè)計(jì)了一種基于提高10kV柱上開關(guān)動(dòng)作可靠性對(duì)涌流控制器改造的提升裝置，證明本文設(shè)計(jì)裝置能夠提高線路的靈活性及可靠性，即該裝置可有效起到對(duì)柱上開關(guān)動(dòng)作可靠性的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]李澍森，孫志英.12 kV配電柱上開關(guān)一二次融合關(guān)鍵技術(shù)之交流電壓傳感器[J].高電壓技術(shù)，2019，45（9）：2818-2826.

[2]吳立活，楊長(zhǎng)旭.110kV變電站10kV系統(tǒng)抗晃電優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2018（4）：143-147.

[3]李志全，隋東陽，劉玉民，等.客戶分界開關(guān)涌流保護(hù)的定值整定及保護(hù)配合[J].農(nóng)村電工，2015，（3）：28-28，29.

[4]周坤，趙法強(qiáng).一種10kV配電柱上智能開關(guān)萬能遙控器的研制[J].技術(shù)與市場(chǎng)，2019，26（1）：18-19+23.

[5]石小燕，任先文，丁恩燕，等.10kV高重頻開關(guān)組件設(shè)計(jì)[J].太赫茲科學(xué)與電子信息學(xué)報(bào)，2019，17（2）：168-172.

[6]Xu J，Wan H，Chen Z Y.Sharp Skirt Bandpass Filter-Integrated Single-Pole Double-Throw Switch With Absorptive OFF-State[J].IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques，2019，67（2）：704-711.

作者簡(jiǎn)介：

孫啟將（1973.1-）男，漢族，山東省濟(jì)寧市泗水縣人。職務(wù)職稱：運(yùn)檢部主任，本科，單位：國(guó)網(wǎng)泗水縣供電公司;研究方向：電力工程設(shè)計(jì)。

（作者單位：國(guó)網(wǎng)泗水縣供電公司）