配网自动化工程中开关站分段备自投装置的使用分析

2014-10-15李涛

机电信息 2014年18期

李涛

（大连供电公司，辽宁大连116001）

0 引言

随着配网自动化技术的不断进步，大连开发区作为试点单位，首先进行了尝试。配网自动化是一种集成的自动化系统，它能够在线实时监控管理，通过先进的计算机通信系统和继电保护自动化装置提高故障处理效率，缩短停电时间，提高电网运行可靠性。由于是首次在大连地区应用，为此保护自动化部门对该工程进行了各项故障模拟分析，尤其在开关站分段备自投装置方面作了重点分析，以便更加合理地进行保护配置。

1 目前开关站的运行方式

大连开发区10kV开关站目前的结构分为典型接线方式和非典型接线方式。其中典型接线主要是“互”字型接线，它由2座变电站分别出1条10kV配出线到2座开关站，开关站之间通过2条联络线进行互相代送，具体如图1所示。

图1 配网自动化开关站“互”字型典型网架及模拟故障点

1．1 正常运行方式

在系统正常运行时，#1开关站及#2开关站的分段开关断开，#1开关站的Ⅰ段母线、#2开关站的Ⅰ段母线由线路Ⅰ、线路Ⅱ供电；#1开关站的Ⅱ段母线、#2开关站的Ⅱ段母线由线路Ⅲ、线路Ⅳ供电。

1．2 保护使用情况

在正常运行方式下，由于受到保护配合级数的限制，上述接线中启用的保护全部是线路出线保护（每个开关站以2条出线为例）：线路Ⅰ的保护1、线路Ⅲ的保护3、线路Ⅴ的保护5、线路Ⅵ的保护6、线路Ⅶ的保护7、线路Ⅷ的保护8，其余线路进线保护和联络线保护全部停用，具体停用的保护有：线路Ⅰ的保护1′（受电侧）、线路Ⅲ的保护3′（受电侧）、线路Ⅱ的保护2及2′（受电侧）、线路Ⅳ的保护4及4′（受电侧）。分段开关不单独配置保护。

2 分段备自投装置设置要求

分段备自投是一种自动投入装置，它在检测到相应电气量达到所设置的门槛值时，自动断开进线开关，合分段开关。当电网发生故障而相应开关未动作时，应闭锁分段备自投，以避免扩大停电范围。在此基础上我们提出了分段备自投装置设置要求，对备自投何时应该动作、何时禁止动作加以明确（以图1“互”字型典型接线为例）。

2．1 分段备自投应该动作的情况

2．1．1 #1开关站分段备自投

方式1：线路Ⅰ故障时，对应母线失压、进线无流，经过延时由分段备自投动作，跳故障线路进线开关，合#1分段开关。

方式2：线路Ⅲ或线路Ⅳ故障时，对应母线失压、进线无流，经延时由分段备自投动作，跳故障线路进线开关，合#1分段开关。

2．1．2 #2开关站分段备自投

方式1：线路Ⅲ故障时，对应母线失压、进线无流，经过延时由分段备自投动作，跳故障线路进线开关，合#2分段开关。

方式2：线路Ⅰ或线路Ⅱ故障时，对应母线失压、进线无流，经过延时由分段备自投动作，跳故障线路进线开关，合#2分段开关。

2．2 分段备自投不应动作的情况

2．2．1 #1开关站分段备自投

（1）线路Ⅴ发生故障，开关拒动；（2）线路Ⅶ发生故障，开关拒动；（3）线路Ⅱ发生故障；（4）#1开关站母线发生故障。

2．2．2 #2开关站分段备自投

（1）线路Ⅵ发生故障，开关拒动；（2）线路Ⅷ发生故障，开关拒动；（3）线路Ⅳ发生故障；（4）#2开关站母线发生故障。

3 分段备自投启用的模拟分析

按照上述分段备自投方式设置要求，针对开发区的“互”字型接线方式（以图1为例）进行故障模拟分析。

3．1 开关站联络线故障

当联络线发生故障时，以线路Ⅱ为例，应由1号开关跳闸切除故障（开关站联络线两侧不设保护），造成1′号开关进线无流、Ⅰ段母线无压，分段备自投动作跳开1′号开关、合#2分段开关。在该动作逻辑执行完毕后，如果线路Ⅱ发生的是永久性故障，那么#2变电站3号开关侧保护将感应故障电流，跳闸后扩大了停电范围。

3．2 开关站出线故障

当出线发生故障时，以线路Ⅴ为例，如果本线路开关拒动，将导致上级线路3号开关跳闸，此时#1开关站Ⅱ段母线无压，4′号开关进线无流，分段备自投动作，合#1分段开关，1号开关保护感应到故障电流，跳闸后扩大了停电范围。

3．3 开关站母线故障

当母线发生故障时，以#2开关站Ⅱ段母线为例，3号开关动作，#2开关站Ⅱ段母线无压，3′号开关进线无流，分段备自投动作，合#2分段开关，1号开关保护感应到故障电流，跳闸后扩大了停电范围。

3．4 变电站出线故障

当变电站出线发生故障时，以线路Ⅰ为例，设定2台分段备自投跳闸延时相同（具体时间根据现场实际整定），合闸延时为0s。此时#1及#2开关站Ⅰ段母线无压、进线无流，2个分段备自投同时满足动作要求，由于一次开关设备跳合闸机构动作时间不同，会发生以下情况：

（1）#1开关站分段备自投动作逻辑先完成，此时#2开关站失压母线由#1开关站通过联络线反供，#2开关站分段备自投动作逻辑中止。

（2）#2开关站分段备自投动作逻辑先完成，此时#1开关站分段备自投仍然满足动作要求（因为#2开关站分段备自投动作需先跳开2′断路器），动作逻辑继续完成。

（3）2个开关站分段备自投动作逻辑同时完成。

以上3种情况在运行时都有可能发生，但是都不会造成负荷损失及停电范围扩大，满足可靠性要求。

4 解决措施

通过上述分析，为了避免扩大停电范围，有针对性地提出了增加进线开关闭锁分段备自投功能（以图1电网构架为例）。

（1）为了实现闭锁分段备自投的功能，涉及启用的进线保护有：#1开关站1′号、4′号进线开关保护，#2开关站2′号、3′号进线开关保护。进线保护感应到下级母线、出线、联络线的故障电流，瞬时动作开出接点。

（2）涉及改造的回路：在二次回路改造方面，由上述进线保护分别向各自的分段备自投开出一对闭锁接点，2对接点在备自投屏作并联开入，用于实现闭锁功能。

（3）只用于闭锁备自投的进线保护整定原则：对开关站联络线、出线、母线发生故障时有灵敏度，尽可能躲过负荷突变，动作时间为0s，保护的跳闸出口压板停用。

（4）该项措施的不足之处：在开关站联络线、母线、出线发生故障的时候，分段备自投不会启动，损失对应母线负荷；闭锁接点属于0s启动，当供电负荷包含自启动系数较大的电动机时（自启动电流过大），进线保护可能会频繁向分段备自投开出闭锁接点；在由于非故障原因造成闭锁接点动作（如负荷突变等）、备自投装置再充电期间（15s）发生2．1所述的几种故障时，备自投将不能可靠动作；当闭锁接点开出失效时，如果开关站联络线、母线、出线发生故障，会造成停电范围的扩大；增加了开关站进线开关保护的整定、调试工作量。