淺述基于快速分閘的開關(guān)和智能控制器的故障隔離配網(wǎng)自動化方法

徐勤 徐舒妍

摘 要 隨著人們生活水平的進(jìn)步和社會科技的發(fā)展，人們對電力的需求越來越多。與此同時人們對用電安全的要求也逐步提升。本文就快速分閘的開關(guān)和智能控制器的故障隔離配網(wǎng)自動化方法進(jìn)行研究，旨在得出最佳的故障隔離配網(wǎng)自動化方法，提升開關(guān)和智能控制器的快速切除和故障隔離效率，提高配網(wǎng)的供電可靠性。

關(guān)鍵詞 開關(guān);智能控制器;故障隔離;配網(wǎng)自動化

當(dāng)前我國提出了建設(shè)智能電網(wǎng)及提升配網(wǎng)自動化覆蓋率的要求，這些國家政策的發(fā)布有效推進(jìn)了配電網(wǎng)自動化技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用。而故障隔離配網(wǎng)自動化方法就是其中一項(xiàng)。開關(guān)和智能控制器故障隔離配網(wǎng)一般由快速分?jǐn)嚅_關(guān)、智能控制器及電流電壓傳感器組成，通過合理的優(yōu)化設(shè)置連接后可實(shí)現(xiàn)與變電站出線開關(guān)的動作時間配合，從而提升系統(tǒng)快速切除和故障隔離效率，是提高配電網(wǎng)供電穩(wěn)定性的一個有效保障。

1故障隔離配網(wǎng)自動化方法提出的背景

配網(wǎng)是指配電網(wǎng)，是給城鎮(zhèn)及鄉(xiāng)村供電的載體，配網(wǎng)管理效率、運(yùn)行情況的好壞直接關(guān)系到電力用戶的生活舒適度，甚至關(guān)系到用戶及家人的人身安全，對社會和人們來說具有重要意義。我國配電網(wǎng)建網(wǎng)初期，企業(yè)管理者更重視發(fā)電和輸電效率，而忽視了配電和用電環(huán)節(jié)的建設(shè)。而幾番城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村電網(wǎng)改造中也基本都是投入大量資金來升級、更換配電系統(tǒng)的硬件設(shè)施，配電網(wǎng)的自動化管理意識模糊，在自動化建設(shè)方面的投入很少，自動化建設(shè)長期處于起步階段[1]。但是隨著社會科技的進(jìn)一步發(fā)展，越來越多的行業(yè)自動化應(yīng)用效果顯現(xiàn)出來。加之人們用電量的增加，使得人們對配網(wǎng)可靠性的要求越來越高。國家和企業(yè)也逐步提升了對配電網(wǎng)自動化建設(shè)的認(rèn)知，開展大力提倡、建設(shè)配網(wǎng)自動化，以提升我國的供電質(zhì)量。此時，越來越多的配電網(wǎng)自動化技術(shù)方案被提出來，用以提升供電的安全性和穩(wěn)定性。本文研究的基于快速分閘的開關(guān)和智能控制器的故障隔離配網(wǎng)自動化方法就是其中的一種。因?yàn)檫@種方法正如一道防護(hù)墻一樣，可以成功地將故障和供電用戶隔離開，避免故障影響供電用戶，所以本文將這種技術(shù)稱為“配電防火墻”技術(shù)。

2“配電防火墻”技術(shù)方法

2.1 方法原理簡介

配電網(wǎng)中經(jīng)常會因?yàn)閱蝹€電力用戶的范圍內(nèi)的問題引發(fā)整條供配電線路的停電問題，降低配電網(wǎng)供電的可靠性和穩(wěn)定性，影響。例如10kV架空線路用戶進(jìn)線段或者用戶進(jìn)線開關(guān)內(nèi)測發(fā)生故障，本來是單個電力用戶的問題，但是一旦出現(xiàn)單個用戶內(nèi)部保護(hù)動作時限與變電站出線開關(guān)保護(hù)配合不當(dāng)?shù)膯栴}，就會造成變電站出線開關(guān)保護(hù)掉閘。而這些故障問題不是短期問題，而是長期問題的話，就會引發(fā)其變電站出線開關(guān)重合失敗，進(jìn)而引發(fā)整條配電線路停電，進(jìn)而給電力用戶生活及供電公司聲譽(yù)造成很大影響[2]。而“配電防火墻”技術(shù)應(yīng)用的目的就是通過應(yīng)用能很快檢測并發(fā)現(xiàn)故障的職能控制器來迅速檢測好發(fā)現(xiàn)故障，并在極短的時間內(nèi)做出反應(yīng)，利用快速分閘開關(guān)再變電站出線開關(guān)動作前完成故障的隔離、切斷工作，避免本條線路上出線開關(guān)跳閘問題的出現(xiàn)，將故障用戶的故障問題范圍限制在極小的范圍內(nèi)，進(jìn)而避免本線路上其他非故障用戶的正常用電遭受影響，提高供電可靠率。

2.2 技術(shù)方案組成及完成的基礎(chǔ)技術(shù)條件

“配電防火墻”技術(shù)方案的組成包括快速分閘開關(guān)、智能控制器及高精度電流、電壓傳感器等，下面我們將這些必備技術(shù)條件做一下介紹：

（1）快速分閘開關(guān)。按照上面介紹而言，快速分閘開關(guān)的作用是在配電網(wǎng)變電站出線開關(guān)傳遞故障問題前快速反應(yīng)切除故障并實(shí)現(xiàn)隔離，進(jìn)而避免故障問題的延伸。所以對快速分閘開關(guān)的隔離速度有一定的要求。當(dāng)前配電網(wǎng)變電站的出線開關(guān)對應(yīng)的故障判斷反應(yīng)時間一般是60毫秒到80毫秒間，所以要求快速切斷開關(guān)的反應(yīng)速度在60毫秒之下。而目前配電網(wǎng)中的很多彈簧操縱機(jī)構(gòu)的戶外架空線柱上開關(guān)或者彈簧操縱機(jī)構(gòu)的環(huán)網(wǎng)箱的分閘反應(yīng)時間大多在50到120毫秒間，加上分閘時間分散問題，這些開關(guān)都不能承擔(dān)快速切除故障及隔離的能力。所以我們的技術(shù)方法中應(yīng)用了一種新研究出來的永磁操動機(jī)構(gòu)開關(guān)，這種開關(guān)的與普通開關(guān)的主要差別在于用電磁線圈代替彈簧來驅(qū)動開關(guān)的合、分閘，利用其形成的磁力來控制開關(guān)的狀態(tài)。其中永磁機(jī)構(gòu)具有組成較為簡單、零部件少等特點(diǎn)，尤其是跟彈簧操作機(jī)構(gòu)而言，僅有其零部件的十分之一，與此同時其動鐵芯直接和開關(guān)動作端連接減少了其反應(yīng)傳動環(huán)節(jié)，有效保證了快速反應(yīng)的時間。研究表明開關(guān)分閘時間不超過26ms。

（2）智能控制器。對智能控制器的要求不僅是要具備智能控制的作用，可以對故障進(jìn)行智能準(zhǔn)確的判斷，并及時發(fā)出相應(yīng)的信號傳輸?shù)椒珠l開關(guān)上，令分閘開關(guān)做出反應(yīng)。上面提到必須在60毫秒之內(nèi)完成所有動作。而50赫茲系統(tǒng)一個整波傳播過程至少需要20毫秒的時間，也就是按照傳播算法，將信號發(fā)出傳送給分閘開關(guān)，至少需要20毫秒，開關(guān)分閘時間用26毫秒的時間，就會耗時46毫秒，這樣耗時太久。因此應(yīng)用這種方法時需要設(shè)計在故障出現(xiàn)的首半波內(nèi)就能算出故障并輸出信號，并采用IGBT方式進(jìn)行信號輸出，保證判斷及輸出分閘信號時間不超過10毫秒。

（3）電流、電壓傳感器。智能控制器是根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部輸出的數(shù)據(jù)來做出具體的故障判斷，要保證判斷的準(zhǔn)確性，就必須保證數(shù)據(jù)的精確性。因此必須保證電壓、電流等傳感器的精度符合采樣數(shù)據(jù)的精度要求，因此本方案執(zhí)行過程中應(yīng)用非傳統(tǒng)電磁式電流、電壓互感器，消除傳統(tǒng)電磁式、電壓互感器的高頻諧波分量問題，保證精度達(dá)到0.5級甚至更高級。

3結(jié)束語

總而言之，采用“配電防火墻”技術(shù)有利于避免單一用戶電力故障引發(fā)的整條線路停電及故障問題。但是在實(shí)際配電網(wǎng)中應(yīng)用此技術(shù)時，必須充分考慮線路的具體情況，選用符合要求的快速分閘開關(guān)、智能控制器及電流、電壓傳感器等，保證相關(guān)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及判斷、信號傳輸及分閘反應(yīng)的速度，及時完成切除界內(nèi)故障并隔離的目的。

參考文獻(xiàn)

[1] 矯健.配網(wǎng)自動化在隔離配網(wǎng)故障中的應(yīng)用探究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016，（32）：214.

[2] 鄧明.配網(wǎng)自動化在隔離配網(wǎng)故障及處理應(yīng)用[J].通訊世界，2016，（19）：166-167.

作者簡介

徐勤（1964-），男，浙江紹興人;學(xué)歷：本科，工程師，高級技師，現(xiàn)就職單位：國網(wǎng)浙江杭州市蕭山區(qū)供電有限公司錢江供電所，研究方向：電氣工程及其自動化。