不受網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼s束的就地型饋線自動(dòng)化故障處理方案研究

何洪流，張銳鋒，付 宇，吳 鵬，肖小兵，李前敏

(貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，貴州 貴陽550002)

饋線自動(dòng)化作為實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化的基礎(chǔ)，是保證配電網(wǎng)可靠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要手段，近幾年來受到了廣泛應(yīng)用[1-3]。 但就目前來看，我國多數(shù)饋線自動(dòng)化方案存在一定的局限性，沒有切實(shí)地根據(jù)不同供電區(qū)域的可靠性需求制定相應(yīng)的饋線自動(dòng)化方案。 此外，對(duì)聯(lián)絡(luò)開關(guān)的不正確操作也會(huì)造成線路運(yùn)行在過負(fù)荷狀態(tài)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成二次停電事故或是大面積停電事故發(fā)生，對(duì)供電可靠性造成極大的威脅。 因此，從多方面對(duì)現(xiàn)有的饋線自動(dòng)化方案進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)提升供電可靠性具有重要意義[4-7]。

國內(nèi)外研究學(xué)者對(duì)饋線自動(dòng)化在配電網(wǎng)應(yīng)用方面已有大量研究基礎(chǔ)。 文獻(xiàn)[8]基于終端注入法、不停電測(cè)試技術(shù)以及主動(dòng)干擾技術(shù)，研制了饋線自動(dòng)化故障測(cè)試儀，詳細(xì)介紹了該故障測(cè)試儀的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程，并通過實(shí)例驗(yàn)證了所提出方法的可行性和優(yōu)越性；文獻(xiàn)[9]基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用情況，對(duì)當(dāng)前國內(nèi)配網(wǎng)饋線自動(dòng)化線路的運(yùn)行情況進(jìn)行了分類統(tǒng)計(jì)分析，找到影響?zhàn)伨€自動(dòng)化應(yīng)用可靠性和準(zhǔn)確性的重要影響因素，通過仿真測(cè)試探究配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化線路存在的問題，并對(duì)配電網(wǎng)可靠性進(jìn)行評(píng)估，確保饋線自動(dòng)化線路運(yùn)行過程中的安全性和可靠性；文獻(xiàn)[10]提出了一種終端注入測(cè)試法用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試饋線自動(dòng)化功能有效性的方案，以工程現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試為案例，詳細(xì)介紹了該測(cè)試法的測(cè)試步驟，并分析了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用存在的主要問題及其解決方案；文獻(xiàn)[11]提出了主干線采用基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膮^(qū)域故障定位與隔離，分支線采用就地分界保護(hù)功能與變電站出口斷路器級(jí)差配合的新型就地饋線自動(dòng)化策略，并給出了配套產(chǎn)品的整體設(shè)計(jì)，工程應(yīng)用案例驗(yàn)證了該方案的可靠性和準(zhǔn)確性；文獻(xiàn)[12]總結(jié)了造成饋線自動(dòng)化不正確動(dòng)作的相關(guān)原因并進(jìn)行分析，提出了一種遞進(jìn)式的饋線自動(dòng)化功能測(cè)試策略，該方法涵蓋了饋線自動(dòng)化功能投運(yùn)的全生命周期，保證了饋線自動(dòng)化啟動(dòng)成功率、動(dòng)作正確率，實(shí)際工程應(yīng)用效果驗(yàn)證了所提方法的有效性；文獻(xiàn)[13]在配網(wǎng)10 kV 線路的運(yùn)行管理中將10 kV 線路饋線自動(dòng)化和故障定位“二遙”這兩種系統(tǒng)的功能結(jié)合起來，提出了一種具備故障自動(dòng)定位隔離，且具有遙測(cè)遙信功能的配網(wǎng)自動(dòng)化綜合系統(tǒng)；文獻(xiàn)[14]提出一種饋線故障定位、隔離和供電恢復(fù)算法可靠性評(píng)價(jià)的無失效測(cè)試方法，通過Bayes 鑒定試驗(yàn)次數(shù)的選擇方法確定測(cè)試樣本空間，對(duì)每個(gè)測(cè)試樣本運(yùn)行結(jié)果對(duì)用戶方貢獻(xiàn)度取平均值，求解出算法的可靠性量化分值，實(shí)際工程應(yīng)用案例驗(yàn)證了所提可靠性評(píng)價(jià)方法的有效性；文獻(xiàn)[15]提出了一種基于混合型分布式終端配置的快速故障定位智能饋線自動(dòng)化控制方法，在遺傳算法的基礎(chǔ)上完成了對(duì)故障區(qū)域的快速準(zhǔn)確定位，采用疊加查詢的方法定位聯(lián)絡(luò)開關(guān)位置實(shí)現(xiàn)非故障區(qū)段的快速恢復(fù)供電，仿真試驗(yàn)結(jié)果表明這種控制方法可在數(shù)百毫秒內(nèi)完成故障定位、切斷和恢復(fù)供電等一系列程序。

上述研究文獻(xiàn)從不同方面對(duì)饋線自動(dòng)化在配電網(wǎng)中的應(yīng)用展開研究，但鮮有文獻(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)的饋線自動(dòng)化故障處理方法進(jìn)行研究。對(duì)于配電網(wǎng)新增線路分支、分段開關(guān)亦或是改變?cè)新?lián)絡(luò)點(diǎn)的工況，初始的保護(hù)配置方法已不能保障故障的正確處理，需要對(duì)新電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下的定值進(jìn)行修改[16-17]。 為此，本文提出了一種不受網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼s束的就地型饋線自動(dòng)化故障處理方案。 通過分段開關(guān)和聯(lián)絡(luò)開關(guān)分別對(duì)供電區(qū)域和負(fù)荷點(diǎn)序號(hào)進(jìn)行劃分和編號(hào)，并對(duì)邏輯運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行整定；通過分析故障工況下，分段開關(guān)和聯(lián)絡(luò)開關(guān)的動(dòng)作特性，探究配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)改變后的故障處理流程。

1 配電網(wǎng)的邏輯劃分及運(yùn)行時(shí)間整定

1.1 供電區(qū)域的劃分及負(fù)荷開關(guān)的編號(hào)

如圖1 所示，為配電網(wǎng)供電區(qū)域劃分及負(fù)荷編號(hào)結(jié)果示意圖。 圖1 中，QF 代表斷路器，QS 代表負(fù)荷開關(guān)，其中QS71 和QS72 為聯(lián)絡(luò)點(diǎn)。 在正常運(yùn)行工況下，以聯(lián)絡(luò)開關(guān)作為分割點(diǎn)，將圖1 所示的配電網(wǎng)劃分為3 個(gè)區(qū)域模塊。 對(duì)每個(gè)區(qū)域模塊按照先主干線分段開關(guān)，然后大分支線分段開關(guān)，最后新增分支線分段開關(guān)的順序?qū)Ψ侄伍_關(guān)進(jìn)行編號(hào)。 其中，聯(lián)絡(luò)開關(guān)的編號(hào)為0，分段開關(guān)的編號(hào)從1 開始。以圖1 的區(qū)域模塊1 為例，圖中，分段開關(guān)QS11，QS12 和QS13 位于主干線上，從距離斷路器QF1 最近的分段開關(guān)QS11 開始依次對(duì)其進(jìn)行編號(hào)，QS11編號(hào)為1，QS12 編號(hào)為2，QS13 編號(hào)為3。 接著，對(duì)分支線路上的分段開關(guān)QS14 進(jìn)行編號(hào)，QS14 編號(hào)為4，若有新增分支線則編號(hào)順序依次往后。

圖1 供電區(qū)域及負(fù)荷序號(hào)的定義

1.2 邏輯運(yùn)行時(shí)間的整定

分段開關(guān)運(yùn)行時(shí)間的整定主要有得電延時(shí)合閘時(shí)限整定以及合閘確認(rèn)時(shí)限整定量部分，又叫做X時(shí)間的整定和Y 時(shí)間的整定，其中，X＞Y；聯(lián)絡(luò)開關(guān)運(yùn)行時(shí)間的整定主要是單側(cè)失壓延時(shí)合閘時(shí)間的整定，又叫做XL時(shí)間。

在電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行中，分段開關(guān)狀態(tài)的X 運(yùn)行時(shí)間和聯(lián)絡(luò)開關(guān)狀態(tài)的XL運(yùn)行時(shí)間，需要按照開關(guān)編號(hào)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，X 運(yùn)行時(shí)間為X 時(shí)間基礎(chǔ)定值加上開關(guān)編號(hào)值，XL運(yùn)行時(shí)間為XL時(shí)間基礎(chǔ)定值加上開關(guān)編號(hào)值的二分之一，如式(1)和式(2)所示:

式中:TXr為X 運(yùn)行時(shí)間，TXb為X 時(shí)間基礎(chǔ)定值，L 為開關(guān)編號(hào)值，TXLr為XL運(yùn)行時(shí)間，TXLb為XL時(shí)間基礎(chǔ)定值。

本文中，將各分段開關(guān)的TXb值均設(shè)定成7 s，Y時(shí)間均設(shè)定成5 s，而TXLb值則根據(jù)不同的運(yùn)行方式，按照最大故障隔離時(shí)間進(jìn)行整定:

式中:Tp為斷路器保護(hù)動(dòng)作時(shí)長，Tr為第1 次重合閘的耗時(shí)，Tmax為最長分段工況下各分段開關(guān)X 時(shí)間的基礎(chǔ)定值總和；Td為安全裕度，一般為0.5 Tmax。

2 配電網(wǎng)故障處理的基本流程

當(dāng)配電網(wǎng)出現(xiàn)短路故障時(shí)，變電站出口斷路器保護(hù)跳閘，供電管轄范圍內(nèi)的各個(gè)分段開關(guān)隨之?dāng)嚯姺珠l，接著斷路器進(jìn)行第1 次重合閘，各分段開關(guān)在判斷無零序電壓后，依次按照各自的X 運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行得電延時(shí)合閘操作。

若故障上游分段開關(guān)合閘后，線路故障再次發(fā)生，則按照故障接地電流的大小對(duì)故障進(jìn)行分類處理。 對(duì)于大電流接地故障，則斷路器再次發(fā)生跳閘，供電管轄范圍內(nèi)的各個(gè)分段開關(guān)均斷電分閘，故障上游區(qū)段的各個(gè)分段開關(guān)啟動(dòng)正向合閘閉鎖功能；對(duì)于小電流接地故障，故障上游區(qū)段的各分段開關(guān)的動(dòng)作邏輯與大電流接地故障一致，而對(duì)于故障下游區(qū)段的各分段開關(guān)，則啟動(dòng)反向合閘閉鎖功能。

圖2 所示為正向合閘閉鎖邏輯示意圖。 分段開關(guān)正向合閘閉鎖邏輯判定合閘閉鎖的情形有兩種:(1)在開關(guān)合閘后的Y 時(shí)間內(nèi)過流信號(hào)以及接地故障信號(hào)仍存在，則各分段開關(guān)斷電分閘后啟動(dòng)正向合閘閉鎖功能；(2)在開關(guān)合閘后，配電網(wǎng)中未檢測(cè)到過流信號(hào)或是接地故障信號(hào)，但配電網(wǎng)中存在零序電壓，則啟動(dòng)分段開關(guān)延時(shí)分閘功能，若零序電壓在開關(guān)分閘后隨即消失，則啟動(dòng)分段開關(guān)正向合閘閉鎖功能，需要說明的是各分段開關(guān)的延時(shí)時(shí)間為其開關(guān)編號(hào)值。 若在開關(guān)合閘后配電網(wǎng)中未檢測(cè)到零序電壓，或是在延時(shí)計(jì)時(shí)期間零序電壓消失，以及分段開關(guān)分閘后依舊能檢測(cè)到零序電壓的情況下，都將系統(tǒng)復(fù)原至正常運(yùn)行工況[18]。 若在開關(guān)合閘后的Y 時(shí)間內(nèi)檢測(cè)不到故障信號(hào)的存在，也無法檢測(cè)出含有零序電壓，那么也將系統(tǒng)復(fù)原至正常運(yùn)行工況。

圖2 正向合閘閉鎖流程圖

圖3 反向合閘閉鎖流程圖

圖3 為反向合閘閉鎖邏輯示意圖。 分段開關(guān)反向合閘閉鎖邏輯判定合閘閉鎖的情形有兩種:(1)分段開關(guān)處于分閘位置，并且瞬時(shí)電壓未能維持X運(yùn)行時(shí)間；(2)分段開關(guān)處于分閘位置，接收到正向來電電壓信號(hào)的持續(xù)時(shí)間超過X 運(yùn)行時(shí)間，此外，配電網(wǎng)中存在零序電壓且正向電壓與零序電壓同時(shí)存在、同時(shí)消失。 需要說明的是，分段開關(guān)能夠自動(dòng)解除反向合閘閉鎖功能，若開關(guān)在處于反向合閘閉鎖狀態(tài)下接收到電源側(cè)的來電信號(hào)，得電信號(hào)持續(xù)時(shí)間超過X 運(yùn)行時(shí)間且無零序電壓，那么分段開關(guān)解除反向合閘閉鎖控制得電合閘[19-20]。

對(duì)于非故障區(qū)域的供電恢復(fù)，也按照故障接地電流的大小對(duì)故障供電恢復(fù)進(jìn)行分類處理。 對(duì)于大電流接地故障，在實(shí)現(xiàn)故障區(qū)域的隔離后，故障上游區(qū)段通過出口斷路器的二次重合閘完成非故障區(qū)域的復(fù)供電；對(duì)于小電流接地故障，在實(shí)現(xiàn)故障區(qū)域的隔離后，故障上游區(qū)段未發(fā)生斷電無需進(jìn)行供電恢復(fù)，而故障下游區(qū)段通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)的合閘轉(zhuǎn)供、分段開關(guān)的順序合閘實(shí)現(xiàn)非故障區(qū)域分段的復(fù)電。

3 案例分析

如圖4 所示，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化后的配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化示意圖。 圖中，QS71 和QS72 為原聯(lián)絡(luò)點(diǎn)，因此該兩點(diǎn)的負(fù)荷編號(hào)為0，圖4 中的虛線表示新增的分支線，分支線上開關(guān)QS15 的編號(hào)從已有開關(guān)序號(hào)4 往后順序編寫為編號(hào)5，在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)改變后，配電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)點(diǎn)位置發(fā)生變化，各開關(guān)在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓蟮腦 運(yùn)行時(shí)間以及XL運(yùn)行時(shí)間在圖4 中已標(biāo)注出。

假設(shè)QS13 與QS71 之間的線路發(fā)生短路故障，則故障處理流程如下:

(1)斷路器QF1 跳閘，QF1 供電范圍內(nèi)的所有分段開關(guān)失電分閘，如圖5(a)所示。

圖4 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化時(shí)的配電網(wǎng)算例

圖5 拓?fù)涓淖兒蠊收咸幚砹鞒?/p>

(2)斷路器QF1 啟動(dòng)第1 次重合，分段開關(guān)QS11(8 s)和分段開關(guān)QS12(9 s)順序得電合閘，而后經(jīng)過10 s，分段開關(guān)QS13 進(jìn)入得電合閘邏輯，合于故障并檢測(cè)到過流信號(hào)，如圖5(b)所示。

(3)斷路器QF1 又一次保護(hù)跳閘，分段開關(guān)QS13 失電分閘啟動(dòng)正向合閘閉鎖邏輯，分段開關(guān)QS15 和分段開關(guān)QS71 處于分閘狀態(tài)，同時(shí)接收到電源側(cè)傳來的短時(shí)來電信號(hào)啟動(dòng)反向合閘閉鎖邏輯。 斷路器QF1 啟動(dòng)二次重合恢復(fù)故障上游區(qū)段的供電，分段開關(guān)QS11 和分段開關(guān)QS12 順序上電合閘，隨后分段開關(guān)QS15 經(jīng)過12 s 后解除其反向合閘閉鎖邏輯開始合閘，如圖5(c)所示。

(4)對(duì)于聯(lián)絡(luò)開關(guān)QS14 和QS22，自斷路器QF1 第1 次保護(hù)跳閘開始啟動(dòng)XL運(yùn)行時(shí)間計(jì)時(shí)，當(dāng)QS14 接收到兩側(cè)均有電壓信號(hào)傳來時(shí)停止計(jì)時(shí)，聯(lián)絡(luò)開關(guān)QS22在61 s 后開始合閘，QS23 經(jīng)過10 s 后開始合閘，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)故障下游區(qū)段的復(fù)電，如圖5(d)所示。

綜上，得到各開關(guān)的動(dòng)作時(shí)間情況如表1 所示。

表1 故障處理流程

4 結(jié)語

本文對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化后的饋線自動(dòng)化故障處理方法進(jìn)行研究，提出了一種基于供電區(qū)域和負(fù)荷開關(guān)編號(hào)的不受網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼s束的就地型饋線自動(dòng)化故障處理方法，分析了各開關(guān)邏輯運(yùn)行時(shí)間的整定原則、故障工況下各開關(guān)的操作邏輯與復(fù)電流程，并以某新增分支線的配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖為例，證明本文所提方法在拓?fù)浼軜?gòu)發(fā)生變化后，系統(tǒng)在故障處理方面的自適應(yīng)性。