一種控制配網(wǎng)線路微機自動重合閘頻繁重合動作邏輯方法

摘? 要：電網(wǎng)中運行的線路自動重合閘裝置在提高供電可靠性的同時必須兼顧設(shè)備及系統(tǒng)安全性，不正常動作會引起人身及電網(wǎng)設(shè)備事故。國內(nèi)斷路器廠家額定操作順序與保護廠家重合閘裝置傳統(tǒng)邏輯之間存在矛盾，在傳統(tǒng)的自動重合閘邏輯中增加控制邏輯電路，可以有效防止重合閘裝置短時間內(nèi)頻繁重合對人身、設(shè)備、電網(wǎng)造成的損害。

關(guān)鍵詞：斷路器;額定操作順序;自動重合閘;頻繁重合;控制邏輯

0引言：針對一起35KV真空斷路器短時間內(nèi)頻繁重合動作行為進行分析，并對國內(nèi)斷路器廠家額定操作順序與保護廠家重合閘裝置傳統(tǒng)邏輯之間存在的矛盾，提出防止自動重合閘裝次置短時間多次頻繁重合的解決方案。

1斷路器短時間內(nèi)多次重合動作行為分析

2020年7月5日19時39分至19時43分之間，35kV康X架空線路 3207開關(guān)先后5過流I段出口動作跳閘，均重合成功（時間間隔分別為19S、55S、60S、104S）。19時55分（經(jīng)過12分鐘）第6次故障時，因控回斷線，線路再次故障時開關(guān)拒動，主變后備保護動作切除故障。

經(jīng)分析，該35kV開關(guān)柜存在線路側(cè)接地刀閘口與母排距離僅100豪米左右（空氣絕緣，國標(biāo)≥300毫米）隱患，故障發(fā)生時雷雨，該線路走廊雷電頻繁。雷電場強能量干擾線路，引發(fā)開關(guān)柜地刀處空氣絕緣耐壓不足，母排對接地刀閘弧光放電，保護動作切除故障，重合閘啟動，此時雷電能量侵擾釋放，絕緣暫時恢復(fù)，重合成功。但短時間內(nèi)（19秒左右），雷電再次侵擾線路，再次引發(fā)此處薄弱的空氣絕緣擊穿，弧光短路，保護動作跳閘，重合閘各項條件具備，再次啟動重合，此時侵擾能量釋放，絕緣又暫時恢復(fù)，重合成功。此后動作結(jié)果分析均是此原因。

此次故障短時間內(nèi)對主變進行多次近區(qū)短路沖擊，僥幸未引起主變絕緣擊穿。斷路器未引發(fā)爆炸，未引發(fā)設(shè)備人身事故，但給主變及斷路器的電壽命使用造成極大傷害。

經(jīng)分析，保護裝置動作正確，按照預(yù)定的自動重合閘裝置動作邏輯行為也正確，但：自動重合閘短時間內(nèi)（4min）頻繁動作行為是否正常（5次開斷短路電流，5次重合成功），是否符合電氣設(shè)備及電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行條件，答案顯而易見，存在如下危害：

1）斷路器在短時間內(nèi)切斷多次短路電流，斷路器遮斷容量顯著下降，加上之前運行過程中切斷故障短路電流次數(shù)，可能已經(jīng)超出廠家規(guī)定的短路電流切斷次數(shù)，不排除再次切斷故障短路電流時開關(guān)遮斷容量不足，發(fā)生爆炸事故。

2）電力系統(tǒng)短時間內(nèi)多次受到故障沖擊，可能引起系統(tǒng)振蕩。

3）穿越短路電流對主變等主設(shè)備多次沖擊造成損壞。

4）分斷短路電流時間間隔小于斷路器額定操作順序的時間間隔，額定時間間隔之內(nèi)多次分斷短路電流，造成觸頭的磨損和燒蝕，影響電壽命使用，極端情況下會引發(fā)斷路器因遮斷容量不足爆炸，擴大事故。

根據(jù)《高壓交流斷路器》（GB1984-2014）、《高壓交流斷路器》（DL/T402-2016）、《12-40.5KV高壓真空斷路器訂貨技術(shù)條件》（DL/T403-2000），規(guī)定斷路器額定操作順序有兩種選擇：

a）O- t-CO-t'-CO（用于自動重合閘），其中t=0.3S;t'=180S 。尚有兩個取值15S（用于40.5KV以下快速自動重合閘）或60S可代替。

b） CO-t″-CO（不用于自動重合閘），其中t″=15S 。

目前40.5KV及以上斷路器各廠家均按照如下額定操作順序進行試驗：O-0.3S-CO-180S-CO 。

因此，前述斷路器動作行為已經(jīng)嚴重違反額定操作順序時間。

2、國內(nèi)斷路器廠家標(biāo)定的額定操作順序與保護廠家重合閘裝置邏輯之間存在矛盾

標(biāo)準中的斷路器額定操作順序是在試驗室中為了驗證斷路器開斷和關(guān)合短路電流能力以及是否具備免維護，具有較長電壽命而規(guī)定的一個試驗順序的各個操作之間的時間間隔。同時也應(yīng)該是設(shè)備運行中操作順序和時間間隔的允許值。標(biāo)準中的時間間隔最大值（180S，甚至規(guī)定可以延長至10min）取值，主要是考慮少油斷路器開關(guān)油絕緣強度恢復(fù)時間，試驗站的限制（有可能達不到15S＼60s＼180s）。在有人值班變電所，運維人員從中控室到開關(guān)場確認檢查，再行強送電時間大約也是180S。但現(xiàn)在斷路器使用真空及SF6介質(zhì)滅弧，絕緣強度恢復(fù)快，同時無人值守站所大量投運，因此部分真空斷路器具備15S（ABB/VD4/40.5KV及以下，額定開斷短路電流31.5KA及以下）后第二次重合或者手動強送能力。但對40.5KV及以上斷路器各廠家仍取180S值進行試驗驗證。

斷路器額定操作順序試驗，是考核斷路器額定性能的依據(jù)，考慮了運行中的斷路器可能承受的最惡劣工況，兼顧了設(shè)備及系統(tǒng)安全性，供電可靠性。結(jié)合斷路器機械特性，保護及自動重合閘裝置性能，對架空進線斷路器實現(xiàn)兩個最基本要求：1、提高供電可靠性，短路故障后，斷路器通過0.3S的無電流時間快速恢復(fù)絕緣，同時由自動重合閘裝置實現(xiàn)第一次重合，如為瞬時性故障，則重合成功，線路恢復(fù)供電;如為永久性故障，則加速保護快速跳閘2、保證了設(shè)備及系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。短路故障后，配合保護及自動重合閘裝置動作行為，斷路器可承受短時間內(nèi)兩次關(guān)合、三次開斷短路電流而不受損壞或者影響其電壽命， 系統(tǒng)及主設(shè)備則允許在第一次重合失敗后，經(jīng)過180S（或者15S/60S）進行第二次自動重合或者手動強送，如不成功，則不允許再強送。

目前國內(nèi)主流保護廠家重合閘裝置動作邏輯：對于三相一次重合閘，重合成功后，如滿足充電條件，則在15-20S內(nèi)完成充電（斷路器儲能時間一般在5-10S），此后保護再動作跳閘，如滿足重合閘裝置動作邏輯條件，就可以進行二次重合或者手動強送，遠遠小于額定的180S的時間間隔（雖然大部分情況下故障短路電流小于額定分斷短路電流），這還是在預(yù)設(shè)的一次重合閘正常動作行為工況之下的不符合標(biāo)準行為，如果發(fā)生前述異常運行工況，重合閘裝置每次都會短暫重合成功于絕緣薄弱故障，由于監(jiān)控人員沒有及時發(fā)現(xiàn)不加干預(yù)或者沒有發(fā)生前述控回斷線行為，最終后果是斷路器爆炸或者主設(shè)備損壞，期間可能造成系統(tǒng)振蕩、用戶因電能質(zhì)量問題引發(fā)次生損害。

3、邏輯控制方法

目前國內(nèi)主流保護廠家配網(wǎng)線路微機自動重合閘裝置邏輯均沒有針對此類故障的防范。前述故障雖然是個例，但不代表類似故障行為不會再次發(fā)生，如在配網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生單相非金屬性間隙性接地故障時，有可能造成異相絕緣薄弱處因電壓升高而短時間對地放電，造成兩相異地接地短路，當(dāng)保護動作切除故障后，薄弱絕緣處可能短暫自恢復(fù)，重合成功，短時間后同樣故障會再次發(fā)生。因此如何防范，避免類似事件發(fā)生，提出如下邏輯控制方法：

國內(nèi)配網(wǎng)線路微機重合閘裝置原理大部分都采用三相一次重合閘，也保留三相二次（三次/四次）重合閘功能（如國電南PSL641U、深圳南瑞ISA351G＼ISA367G）。應(yīng)在重合閘裝置邏輯回路中設(shè)置脈沖計數(shù)器，啟動相應(yīng)時間繼電器：對于三相一次重合閘，在第一次保護動作跳閘后，重合閘啟動，經(jīng)延時發(fā)合閘脈沖，對裝置放電同時啟動脈沖計數(shù)器，脈沖計數(shù)器置“1”并觸發(fā)時間繼電器，經(jīng)T1時間（0S-165S，根據(jù)斷路器額定操作順序選擇時限）延時后重合閘裝置滿足條件開始充電，充好電后，如在脈沖計數(shù)器開放時間內(nèi)再次發(fā)生故障跳閘（脈沖計數(shù)器設(shè)定30min整組復(fù)歸），其他條件具備則進行第二次重合觸發(fā)，脈沖計數(shù)器置“2”并觸發(fā)時間繼電器，在T2時間之內(nèi)（10-20min可選），當(dāng)線路再次故障跳閘，第三次重合觸發(fā)，脈沖計數(shù)器置“3”。在設(shè)定時間T2之內(nèi)第三次重合無論成功與否，應(yīng)立即閉鎖重合閘并自保持（或者在設(shè)定的延時時間內(nèi)自動復(fù)歸，延時時間考慮1個小時，根據(jù)地區(qū)運行經(jīng)驗設(shè)定），這樣即使線路重合成功，在一定短延時后再次跳閘，裝置閉鎖重合閘。等待仔細檢查，直至故障排除，由專業(yè)人員遙控或者就地手動對重合閘裝置進行復(fù)位干預(yù)。對于三相多次重合閘功能，保證供電可靠性的同時亦應(yīng)考慮額定操作順序時間間隔，允許在大于再次重合閘閉鎖時間內(nèi)（一般規(guī)定5S）而小于60S內(nèi)（多次重合閘裝置整組復(fù)歸時間），進行設(shè)定次數(shù)重合（不應(yīng)超過三次），3次以后，無論重合成功與否，同上所述，應(yīng)立即閉鎖重合閘并自保持，排除故障后由專業(yè)人員遙控或者就地手動對重合閘裝置進行復(fù)位干預(yù)。脈沖計數(shù)器可通過控制字設(shè)定其投退，一次、二次脈沖啟動時間繼電器可通過整定定值為0S配合三次重合閘。（邏輯框圖如圖1所示）

4、結(jié)論

上述方案可有效防止電力系統(tǒng)分正常運行工況下，重合閘頻繁動作行為造成人身、電網(wǎng)、設(shè)備事故事故發(fā)生，具有一定的工程實用價值。

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【7】深圳南瑞科技有限公司《ISA367G線路保護測控裝置技術(shù)說明書》.

【8】許繼電氣股份有限公司《WXH-821B/G2微機線路保護測控裝置技術(shù)說明書》.

作者簡介：李豹生，（1971-? ） 男，本科學(xué)歷，從事電力系統(tǒng)繼電保護及二次設(shè)備運維管理，長期進行繼電保護事故處理、案例分析及原理研討工作。