新型馈线自动化分段器的功能设计

2021-01-26黄建中

农村电气化 2021年1期

黄建中

（玉溪峨山供电局，云南峨山653200）

分段器是与线路重合闸配合使用，能识别并在无压无流下自动隔离故障线段的开关设备。有电压-时间型、电压-电流型及电流计数型3种，一般使用电压-时间型、电压-电流型，而电流计数型在网内难觅足迹。

电压-时间型分段器其动作逻辑是“得电合，失电分，短时供电会闭锁”，它的“得电合”，指得电后各级开关逐级依次合闸送电，这存在非故障段恢复送电时间过长的缺点。且其得电合闸过程中要求只能有1 台分段器合闸，才能避免对故障模糊判断和越级隔离故障事件的发生。此两个技术特点，限制了电压-时间型分段器宜安装于馈线主干线上，且数量一般不能超过4台。

为了缩短非故障区恢复送电时间，电压-电流型分段器采取结合故障电流复合判据实现故障隔离和非故障区的快速恢复供电的技术措施。它是在电压-时间型功能逻辑上，增加了故障电流判据条件，并设置了“闭锁分闸”功能，即：在开关得电合闸后设定时间内没有检测到故障电流的情况下闭锁分闸，并启动闭锁分闸复归时间，以减少非故障区分段器的分闸次数，提高非故障区停电时间。闭锁分闸复归时间整定须大于馈线自动化设备完成一个完整动作过程的时间，这在运行方式变化（如转供电使供电线路上的分段器数目增加），原按正常方式下所计算的闭锁分闸复归时间可能不满足馈线自动化设备所完成一个完整动作过程的时间要求，这样会造成故障越级隔离。另，当电压-电流型分段器闭锁分闸时间内，又发生该分段器范围内故障，也会由上级分段器越级分闸隔离故障点，甚至会发生变电站出口线路开关重合闸不成功的事件，使停电范围扩大化。

所以，针对电压-时间型及电压-电流型分段器所存在问题，本文提出一种新型电压-电流型分段器的动作原理，以解决上述存在的问题。

原电压-电流型分段器其失压分闸功能逻辑是“先判电压，后判电流”，即无压分闸，得压合闸，若无故障电流，则闭锁分闸。而新型分段器失压分闸逻辑是“先判电流，后判电压”，即失压前存在故障电流才分闸，否则便保持合闸状态。为了与原电压-电流型分段器有所区分，结果失压分闸动作逻辑特点，把此种新型分段器定义为“电流-电压型分段器”。

1 电流-电压型分段器的定值整定原则

电流-电压型分段器其主要参数有5个：失电延时分闸时间、得电延时合闸时间、关合确认时间、故障复归时间、故障电流，其中前3个参数与电压-时间型分段器相同，后2个是电流-电压型分段器所新增的参数。各参数的整定原则为：

失电延时分闸时间Z：应考虑了相邻线路近端三相短路时电压降为0 时避免分段器误判失压而分闸，并确保上级线路重合闸动作时分段器已分闸。公式为：

得电延时合闸时间X：第一级分段器得电延时合闸时间是按变电站出口开关第2 次重合闸有效动作而整定，其他各级是防止相邻上级开关合于故障后其分闸器误合闸。公式分别为：一级：X≥+

关合确认时间Y：关合确认时间应在线路未端动作时间范围内均有效。公式为：Y≥+Δt2且≤-Δt2。

故障复归时间Tf：按失压原因是由该线路故障所造成的有效时间而整定，其整定原则为保证线路故障所引起失压分闸的动作期间，其线路故障状态输出均有效。公式为：Tf=Z+Δt1。

故障电流：按最小故障电流，取一定灵敏度整定，确保故障时分段器产生线路故障状态。

相电流Idz=Imin/klm，零序电流Idz.0=3Imin.0/klm。

参数字符说明：为相邻线路过流保护末端动作时间；为相邻线路重合闸时间；Δt1为时间裕度；Δt2为配合级差；为线路断路器储能时间；为相邻线路重合闸充电时间；为上级开关关合确认时间；为线路末端动作时间；为下级自动化开关得电合闸延时时间；Tmin为线路末端最小两相短路电流；Tmin.0为线路最小零序电流或电容电流。

某地区电网，其变电站配网线路出口开关配置电流I 段、III 段保护，III 段电流动作时限为0.7 s；配置小电流接地检跳装置，动作时限为5 s；重合闸为三相一次重合闸，重合闸时限为1.2 s。所以，当重合闸充电时间取20 s，弹簧储能时间取15 s，时间裕度取0.2 s，配合级差取2 s，则按整原则，该地区电流-电压型分段器整定为：失压分闸时限取0.9 s（0.7+0.2）；得电延时合闸时间：线路第1级分段器取37 s（20+15+2），第2 级及以后均取9 s（7+2）；关合确认时间取7 s（5+2）；线路故障状态复归时间取1.1 s（0.9+0.2）；故障电流按灵敏度2计算取值。

3 电流-电压型分段器实例分析

如图1 所示，典型馈线及故障图中，相关开关按上述定值完成设置。因配网线路接线变化频繁，为保证转供电的安全性，故要求联络开关均退出所有自动化及保护功能。

图1 典型馈线及故障示意图

0 s，故障发生；

0.7 s，出口开关0 过流保护延时跳闸（设故障点在出口开关过流保护范围，但不在整断保护范围内）；

0.7 s+0.9 s=1.6 s，线路开关1、1.1因失压前通过故障电流，故失压分闸。而开关2、3、2.1、2.2失压前均未通过故障电流，故保持合闸位置；

0.7 s+1.2 s=1.9 s，出口开关0 重合闸动作合闸；

1.9 s+37 s=38.9 s，线路开关1得电合闸，开关2、3、2.1、2.2段恢复供电；

38.9 s+9 s=47.9 s，线路分段器1.1 得电合闸，故障点通过电流；

47.9 s+0.7 s=48.6 s，变电站出口开关0又过流保护延时跳闸；

48.6 s+0.9 s=49.5s，线路开关1、1.1因失压前通过故障电流，再次失压分闸。而开关2、3、2.1、2.2失压前均未通过故障电流，仍保持合闸位置；

48.6 s+1.2 s=49.8 s，出口开关重合闸第2次动作合闸；

49.8 s+37 s=86.8 s，线路分段器1 得电合闸，开关2、3、2.1、2.2段再次恢复供电。

线路分段器1.1 得电保持合闸时间为：(48.6 s-47.9 s)<7 s（关合确认时间），故线路分段器1.1 闭锁合闸，开关保持分闸状态，隔离了故障点。

其动作过程情况如图2所示。

按定值设置情况，图1 如示故障点4 发生了永久性故障，按故障发生时0 s 为参照时限，其动作过程为：

图2 故障动作过程时序图

通过这个实例可看出，无故障段的分段器一直保持在合闸状态，即非故障段的分段器在故障判断过程中不再分闸，使非故障区域用户的停电时间明显得以缩短。

为了把电流-电压型分段器与电压-电流型分段器、电压-时间型分段器比较，现选取不同故障点，分别对电流-电压型、电压-电流型、电压-时间型这三种分段器，分析其自动化开关动作情况。

其动作过程如表1所示。

表1 中涂红单元格表示开关最终为正常供电状态，涂绿单位格表示开关最终为分闸状态，且处于闭锁合闸状态。通过表1可看出：

涂红单元格：3种分段器均相同，说明3种类别分段器均能正确恢复非故障段线路供电。

涂绿单位格：电压-电流型与电压-时间型相同。对照图1，涂绿单元格是故障点两侧开关，均闭锁合闸功能，所以对于电压-电流型与电压-时间型分段器的联络线段，可直接合上未闭锁合闸的联络开关，对非故障段线路转供电。而对于电流-电压型，只是故障点靠电源侧的开关有闭锁信息，而靠负荷侧的分段器无闭锁功能，故转供电时，必须按联络线路方向，把失电分闸开关的下一个开关断开，才能合上联络开关进行转供电。

开关状态变化情况：对于无故障电流通过的分段器，电流-电压型分段器是保持合闸状态；电压-电流型分段器是失压后先分，再合，判断故障电流是否通过再决定分，所以非故障区分段器在失压后分、合各1次；电压-时间型是失压后分、合各2次。明确便看出电流-电压型分段器有效提升了非故障区的快速恢复供电时间。

另，对于上述3 种类型的分段器，在故障区其动作过程时间均一样，只是非故障区的分段器动作过程时间不一样。

3 电流-电压型分段器应用评估

3.1 优点

全线均可统一配置为相同的电流-电压型分段器，而不必区分按主干线配置电压型，支线配置电流型，避免对具有联络功能的线路难于进行主、支线划分。

与电压-时间型分段器一样，其时间定值整定简单，无上下级分段器逐级配合的要求，在同一电网系统内可取相同的时限定值。

开关动作次数大大减少，减少了设备维护量，有效延长了设备生命周期。

缩短了非故障线段停电时间，提高供电可靠性及客户满意度。

有效避免分段器非控制范围内的原因所造成误停电事件的发生，如上级电网在短期（关合确认时间内）发生2 次瞬时故障而使分段器误闭锁合闸，而使用户停电事件。

3.2 缺点

故障点靠负荷侧分段器其X时限闭锁功能无用。电流-电压型分段器对故障点仅是电源侧闭锁合闸进行隔离，而故障点靠负荷侧的第一只分段器仍保持合闸位置，须操作断开故障点靠负荷侧第一只开关才能对后段线路转供电。如图1中故障点2发生了永久性故障，须操作断开开关3，才能合上开关L1 对故障点的后段线路转供电。所以，联络开关XL闭锁功能建议不使用。但因配网线路接线方式变化复杂，考虑配网转供电的安全性，目前所使用的分段器均不投入联络开关关合延时功能，即自动转供电功能，故该缺陷不影响电流-电压型分段器推广使用。

增加故障电流计算。目前所广泛使用电压-电流型分段器，对分段器定值整定均不须进行线路故障电流计算。笔者认为这属一种运行风险，在实际运行中发生过线路末端故障，变电站出口开关一直未保护跳闸的情况，对设备、电网、人身风险。所以，对于电压-时间型分段器，也必须要求开展线路故障电流计算工作。以此来看，电流-电压型分段器所开展的故障电流计算工作，本质上是未增加任何整定计算工作量。