配網保護多次重合閘邏輯與校驗技術

劉 飛，方 鳴，王永晴，李 鑫

(國網上海市電力公司奉賢供電公司，上海 201499)

配電網作為電網的重要組成部分，其安全可靠的運行直接關系到對用戶供電的安全性以及電能質量。配電網中的繼電保護裝置作為配電網運行設備安全保證的屏障，它的正確、可靠動作具有重要作用，保護拒動或誤動會嚴重威脅配電網的安全運行[1-3]。柱上斷路器用作聯絡開關、分段開關和支線開關，是現代電力系統的核心設備[4-7]。柱上斷路器依靠控制器實現開關的跳閘、重合閘以及重合閘加速等功能，與一般開關不同的是，柱上斷路器需要實現配電網智能自愈的功能，當配電網故障跳閘后，柱上斷路器需要依托控制器實現跳閘與跳閘后的多次重合閘，以實現故障點區段的隔離與非故障區段的自動恢復供電[8]。

現有相關文獻將研究方向聚焦在變電站繼電保護的校驗，而對柱上斷路器控制器的重合閘功能校驗的研究不足[9-10]。對此，本文提出一種基于可編程時間繼電器的柱上斷路器控制器檢測方案，研發一種能對柱上斷路器控制器時序特性進行方便檢驗的設備，極大地提升配電網運行的可靠性與智能化水平。

1 柱上斷路器的應用

柱上斷路器通常架設在電桿上，在一般情況下控制導電通路，對電路進行開關，是一種在電網發生故障時，利用其內部控制器的保護功能，隔離故障線路的開關儀器。柱上斷路器具備配電網區間控制、保護、投切、自動斷開故障電流等功能。通過與故障搜查、控制保護、高速通信等功能的結合，一二次融合成套斷路器給配電網的安全性帶來了極大的提高。柱上斷路器絕大部分應用在10 kV配電網的分界處，能夠靈活切除接地、短路等故障，并依托多次重合閘完成饋線自動化技術，恢復非故障段的供電，已成為配電網饋線自動化的核心部件[4-5]。

2 柱上斷路器校驗的難點

2.1 柱上斷路器重合閘方式

柱上斷路器重合閘方式分為電流型和電壓型兩種。電流型通過檢測故障電流來實現對保護的控制，而電壓型是故障后失壓跳閘，來電延時重合閘。

電流型重合閘確定故障段需一級一級排查，重合閘次數較多，對電網沖擊較大，同時分段越多，需重合閘的次數越多，時間也越長，故適用于分支線路和輻射型線路。電壓型重合閘需要與變電站出線斷路器配合進行兩次重合閘完成故障隔離與恢復供電，第一次重合閘確定故障段，第二次重合閘恢復非故障段供電，因為只重合閘一次，完成故障隔離所需的時間較長，故只適用于短線路。

2.2 校驗的難點

繼電保護測試通常是由電氣二次專業人員進行，然而柱上斷路器的繼電保護校驗需要登桿憑作業。二次專業人員一般不能進行高空的檢查作業，而負責高空作業的運檢人員也不熟悉涉及控制和保護的二次專業知識。如果對柱上斷路器進行校檢，電網公司不得不加大人力投入，派出多工種配合工作，效率極低。面對配電網中數量極多的柱上斷路器，由于缺乏有效的校驗手段，運維單位不能對所有的斷路器完成計劃規定的校驗，給配電網埋下了極大的安全隱患。

柱上斷路器的智能自愈功能，本質上就是依靠多次重合閘邏輯配合實現。多次重合閘功能是現代電網實現配電自動化的一種重要手段，對相應的開關設備進行該功能的就地校驗工作就顯得尤為重要。由于使用的繼電保護校驗儀器均未配置多次重合閘功能的校驗，僅能檢測電流速斷功能，功能非常單一，校驗效果十分有限。

3 柱上斷路器現場校驗設備研制

3.1 柱上斷路器控制器校驗方案設計

柱上斷路器控制器校驗方案設計的關鍵之處在于開關動作信號的返回接收，柱上斷路器的通斷是根據控制器的開關量返回信號來確定的。開關輔助接點位置信號是決定下一個環節是重合閘還是開通或者閉鎖狀態的關鍵量，本方案中開關位置通過雙位置繼電器模擬，實現保護裝置的開關動作信號快速實時反饋。因此，試驗方案充分考慮了重合閘邏輯的連續測試，將控制器發出的各種指令立即轉化為開關量傳輸至控制器，確保整個測試過程現場的高度還原。

電流和電壓模擬信號的注入可通過設計電流量、電壓量、開關量三路航插電纜來實現。

圖1 柱上斷路器控制器基本檢測思路

柱上斷路器控制器基本檢測思路如圖1所示。方案采用可編程時間繼電器，分別控制校驗儀的電壓與電流通斷，使模擬量具備時序功能。通過對多個智能可編程時間繼電器進行配合控制，實現了只需啟動一個時間繼電器即可完成相應全部的時序模擬量注入，極大程度簡化了操作步驟，方便了工作人員登桿作業，增加了實用性和便利性。方案也設計了5種類型的時序邏輯，以應對開關位置和功能的不同。

方案根據現場的實際情況設計，通過逆變器來實現電源的輸出，直接將直流低壓電源(檢修車輛的12 V蓄電池)變換為較高的交流電壓。裝置的整機根據以上設計要求設計，采用低壓蓄電池供電，依托大功率交流變頻器產生基本交流電壓，通過電感限流和低壓變壓器的配合產生故障電流模擬，通過多抽頭變壓器實現低諧波測試電壓輸出。

3.2 柱上斷路器校驗裝置樣機結構

柱上斷路器校驗樣機結構如圖2所示。采用可編程時間繼電器控制輸入的模擬電流電壓，使其具備時序功能，用以檢測不同位置、不同重合閘邏輯的柱上斷路器。裝置通過多個可編程時間繼電器配合，只需一鍵操作，就可執行對應斷路器規定時序的模擬量注入，操作便捷實用。

圖2 柱上斷路器校驗樣機結構

4 柱上斷路器校驗儀現場試驗

柱上斷路器校驗儀在設計過程中極大程度地優化了操作過程，既不需要對一次設備進行改動，也無需設置參數，只需要根據現場的開關類型，一鍵操作即可輸入相應的時序模擬量，完成多次重合閘功能的完整校驗。本裝置的現場使用情況如圖3所示。由于本裝置操作簡單方便，現場作業時不需要登桿人員也不需要升高車，只需要工作人員使用操作杠在斷路器兩側掛上試驗線就能簡單便捷地完成相關作業。可以多班組使用，提升了柱上斷路器設備校驗水平的同時，提高了電網運維工作的靈活性。

圖3 裝置現場使用

對使用本文方案前后的校驗效果進行對比發現，柱上斷路器校驗工作由原本的6～8人減少到使用方案后的3～4人，在減少人力投入上效果顯著。同時，由于校驗裝置的便捷性，可以減少登高作業，不僅減少了登高車之類設備的使用，還提高了作業的安全性。在電網柱上斷路器搶修和新設備投運越來越多的背景下，利用本文所設計方案進行柱上斷路器校驗將極大提升檢修工作效率，縮短配電網斷電時間，提高配電網供電的可靠性。

5 結語

本文設計了一種用于柱上斷路器的多次重合閘邏輯校驗方案，充分分析了柱上斷路器的重合閘特性，將可編程時間繼電器的技術和現有檢驗技術融合，實現了對柱上斷路器控制特性和時序特性的一種高效校驗技術。

通過對現場的大量考查，設計了更加貼近實際的柱上斷路器重合閘邏輯校驗的樣機。通過現場斷路器的校驗試驗證明了本方案的有效性和優越性。由于目前尚缺少柱上斷路器重合閘邏輯校驗技術的相關研究，本方案在一定程度上填補了該方面的空缺，有助于進一步推動配電自動化的發展。