常见配网馈线自动化终端不正确动作案例分析

彭镇华

(南方电网广东中山供电局，广东 中山 528400)

0 引言

配电网作为直接影响用户的一个关键环节，是国民经济和社会发展的重要公共基础设施。近年来，随着我国配电网自动化建设的不断投入，配网自动化的发展取得显著成效。配电自动化技术的应用，能加宽站外设备的监测与控制的范围，对于用电负荷较大的区域实行准确定位，对于远程的故障及时感知并排除，确保电力网络能够重新架构，迅速恢复供电，减少停电次数[1]。但面对复杂、设备多样的配电网，如果馈线自动化设备未能根据设定的逻辑进行动作，也可能造成停电范围的扩大，严重甚至可能因无法准确隔离故障对未故障的设备也会造成多次冲击损坏电气设备的情况，所以馈线自动化终端的不正确动作严重威胁着配电网的安全运行。本文结合某地区配电网多年的配网馈线自动化运行经验，对发生的一些馈线自动化未正确动作案例进行分析，分析馈线自动化未正确动作的原因，提出一些共性问题的解决方法与防范措施。

1 馈线自动化开关的功能

1.1 馈线自动化开关的3个时间概念

配电网上馈线自动化开关根据安装位置不同一般分为分段开关与联络开关，馈线自动化开关3个时间分别是开关得电延时合闸时间定值X，故障检测时间时间定值Y，开关两侧检测低电压持续时间定值Z。同时，设备定值设置要求故障检测时间定值Y小于开关得电延时合闸时间定值X。相应的开关X计时闭锁是指开关一侧得电后失压闭锁合闸时间，Y计时内闭锁是指开关得电合闸后失压跳闸闭锁时间[2]。此外，X时间一般设置为7 s，线路首开关因为要躲开站内开关重合闸充电时间一般设置为42 s，Y时间一般设置为5 s，Z时间一般设置为3.5 s。

1.2 馈线自动化开关的功能设置

馈线自动化开关结合3个时间概念，对开关进行以下功能设置。

1.2.1 延时合闸

若开关一侧得电，延时X时间后，合上开关。

1.2.2 一侧得电后X时间内失压分闸闭锁合闸

若开关一侧得电，X时间内开关又再一次失压，开关保持在分闸位置且闭锁开关对侧得电合闸功能。

1.2.3 得电合闸后Y时间内失压跳闸闭锁合闸

若开关得电合闸后，Y时间内开关又再一次失压，开关动作跳闸且闭锁开关来电侧得电合闸功能。

1.2.4 Z时间内低电压跳闸闭锁合闸

若开关两侧检测到低电压且低于额定电压的30%，持续Z时间以上，开关跳闸且闭锁开关来电侧得电合闸功能。

1.2.5 两侧有压保分闭锁合闸

若开关一侧得电，X时间内检测另一侧仍有电压，开关保持在分闸位置且闭锁开关来电侧得电合闸功能。

1.2.6 单相接地故障跳闸闭锁合闸

若开关受电合闸后，X时间内若检测零序电压3U0存在且超过设定值，开关动作跳闸且闭锁开关来电侧得电合闸功能。

2 馈线自动化终端不正确动作案例

2.1 馈线自动化终端得电不合闸

2.1.1 案例1

2.1.1.1 故障情况

某日08时37分40秒某站110 kV线路跳闸，08时37分41秒某站110 kV线路重合成功。110 kV线路跳闸至合闸成功两者时间差为1.142 s，上述动作情况导致10 kV白菜线日洋公用电缆分接箱601开关“失电分闸”。待110 kV线路重合成功后，白菜线10 kV站内开关至日洋公用电缆分接箱601开关段线路电压恢复，日洋公用电缆分接箱601开关检测到进线电缆有压后却未执行“得电合闸”功能，同时也没有“闭锁”信号，导致10 kV白菜线除进线一段电缆外的全线负荷失压，扩大用户停电范围。

2.1.1.2 故障分析

10 kV白菜线日洋公用电缆分接箱601开关的操作机构是电磁机构。电磁机构通过电磁铁产生的磁力，使开关分合闸。通过分析该开关的二次图纸(见图1)，得出该开关电磁机构的电源通断受“出口保持继电器KMB”8、9号端子间触点直接控制。在PT有正常电压输出的前提下，该触点接通，电磁机构的电源接通；当该触点断开时，电磁机构的电源断开。此外，开关达到“失电分闸时间Z”后，也控制此触点的断开。

图1 10 kV白菜线日洋公用电缆分接箱601开关的二次图纸

该开关“得电合闸”必须同时满足以下条件：开关在分闸位置、开关线路侧PT有压或者母线侧PT有压且两者不能同时有压；控制器上“分闸/自动/合闸”旋钮旋至“自动”；得电合闸延时时间X计时完成；开关无“闭锁”信号；“FA”投入；“联络/分段”旋钮旋至“分段”；“得电合闸充电好”充电完成。

“得电合闸充电好”需要满足以下条件：控制器收到“跳位”信号、开关线路侧PT或者母线侧PT无压、得电合闸未充电好。

开关在检测两侧无压后，会执行以下2个过程，这2个过程同时进行，相互独立。过程一：操作机构因电源断开导致开关分闸(该过程不受控制器控制)。过程二：待“失电分闸时限”计时完成后，控制器控制“出口保持继电器KMB”8、9号端子间触点断开。

通过查看之前故障正常动作时的SOE得出：开关从检测失压到控制器收到“跳位”(分闸位置)间的固有时间是1.728 s。本次故障开关检查到失压到电压恢复之间的时间是1.066 s，这段时间内“失电分闸时间Z(此开关设置时间定值为0.5 s)”计时完成，“出口保持继电器KMB”8、9号端子间触点断开。由于端子间触点断开时，虽然线路PT和母线PT均无压，但是控制器还没收到“跳位”的信号，达不到“得电合闸充电好”的条件。当控制器收到“跳位”信号时，日洋公用电缆分接箱601开关电缆侧PT早已恢复电，单侧有压，也达不到“得电合闸充电好”的条件。

2.1.1.3 解决措施

开关从失压到控制器收到“跳位”信号的时间在1.728 s左右，参考其他厂家的终端型号，将“失电分闸时间Z”设置成3.5 s。经测试，通过将此参数设置为3.5 s，此时间超过开关失压到控制器收到“跳位”间的时间，满足得电合闸中“得电合闸充电好”的条件，从而避免110 kV线路重合成功电压恢复正常而开关不能得电合闸的隐患。

2.1.2 案例22.1.2.1 故障情况

某日15时34分41秒，某地区10 kV水库线跳闸，15时34分46秒重合成功后，调度台发现长江公用开关站601开关在分闸位置，后经现场运维人员检查，发现长江公用开关站601开关得电不合闸。如图2所示，601开关线路侧为负荷侧，母线侧为电源侧，该故障导致601开关后段线路负荷因得电未合闸造成失压。

图2 长江公用开关站的一次接线图

2.1.2.2 故障分析

经分析，如图2所示的开关站设备配置情况，将导致馈线自动化不正确动作：长江公用开关站内各开关均有馈线自动化功能，其中Ⅰ母无配置母线PT，Ⅱ母有配置母线PT，开关线路侧均配置线路PT。当变电站线路开关重合后，长江公用开关站进线606开关得电合闸，Ⅰ段母线得电，但因Ⅰ段母线无母线PT，故出线601开关无法得电合闸，使601开关后段线路无法复电。

2.1.2.3 解决措施

将联络两段母线的开关(如图2中的600开关和660开关)的自动化功能退出，作为常合的普通开关，相当于Ⅰ母和Ⅱ母成为一段母线。这样设置后，当进线606开关得电合闸，Ⅰ段母线得电，同时Ⅱ母也得电，因Ⅰ母和Ⅱ母共用Ⅱ母的母线PT二次电压，Ⅰ母的出线601开关可实现得电合闸功能。但这样的设置后，需要考虑以下2种情况。

1)因两段母线同时得电，所以母线上设置为电压型的自动化开关的得电合闸延时时间X须设置级差，避免同一时间有2个及以上的自动化开关得电合闸。

2)将联络两段母线开关的自动化功能退出后，若其中一段母线发生故障停电，两段母线将同时停电，可能出现停电用户数过多的问题，此情况须对开关站接线进行改造。

2.2 馈线自动化终端闭锁合闸逻辑功能失效

2.2.1 案例描述

某日凌晨02时34分02秒、34分58秒、35分54秒，10 kV建管线因故障，发生3次跳闸重合成功，调度员在第三次跳闸重合成功以后，根据调度规程相关规定，为了防止站内开关多次通断故障电流，退出10 kV建管线开关重合闸。在36分52秒以后，10 kV建管线因重合闸退出不再重合。后经现场运维人员检查，10 kV建管线第二个馈线自动化开关得电合闸后Y时间内失压跳闸闭锁合闸功能失效，导致站内开关多次重合。

2.2.2 故障分析

电压电流型馈线自动化开关的闭锁合闸逻辑：合闸之后在Y时间之内失压，且检测到故障电流，则自动分闸或由上级开关跳闸后失电分闸，并闭锁合闸。而此次故障发现，关于“检测到故障电流”的条件，其电流持续时间须超过后加速时间定值，才判为故障电流。作为电压电流型闭锁合闸逻辑功能的“检测到故障电流”的判别条件，如果电流持续时间没有超过后加速时间定值，则判别为无故障电流流过，导致闭锁合闸逻辑功能失效。

图3 建管线一次接线简图

建管线接线简图如图3所示，经分析，故障发生在馈线自动化开关FS2开关和FS3开关之间，变电站CB1开关跳闸并在5 s重合后，经FS1开关的得电合闸延时42 s和FS2开关的得电合闸延时7 s，大致经过54 s再次送电至故障。此时因为变电站CB1开关I段保护0 s跳开故障，FS2开关的后加速功能不会动作(一般主干线开关的馈线自动化功能中的后加速设置为600 A，0.1 s)，此时FS2开关的闭锁合闸逻辑功能的“检测到故障电流”条件因电流持续时间未超过后加速时间定值0.1 s而判别为无故障电流流过，FS2开关闭合闸功能失效。这样就导致建管线站内断路器及馈线自动化开关多次分合闸冲击故障点的情况。

2.2.3 解决措施

馈线自动化终端的闭锁合闸逻辑功能与合闸后加速功能因电流判别时间而相关联，使得2个原本独立隔离故障的功能变得不再独立，导致了2个功能同时无法隔离故障的隐患。以本次案例为例，将FS2开关检测故障电流后加速延时分闸时间设置为0.2 s，大于后加速时间定值0.1 s，开关检测到故障电流持续时间超过后加速时间定值，FS2开关能在后加速时间定值内持续检测有故障电流流过，使得FS2开关分闸后闭锁其合闸功能。

2.3 馈线自动化终端得电不经延时合闸

2.3.1 案例描述

某日14时36分调度台收到三墩线跳闸重合不成功。经现场运维人员检查，发现故障点在三墩线第一个馈线自动化开关至第二个馈线自动化开关之间，且第一个馈线自动化开关在分闸位置。根据馈线自动化装置的动作逻辑，若故障点不在站内开关至第一个馈线自动化开关之间，自动化会隔离故障故障，且再重合一次，此次故障的故障点在第一个馈线自动化开关至第二个馈线自动化开关段线路，而站内开关没有进行故障隔离后的二次重合，这与馈线自动化装置的动作逻辑不符。

2.3.2 故障分析

三墩线第一个馈线自动化开关因未延时合闸导致站内开关无法二次重合动作。按正常动作逻辑，第一个馈线自动化开关根据要求设置为42 s，本次案例中第一个馈线自动化开关未延时合闸，而站内开关二次重合需要15 s充电时间，因未达到站内开关二次重合时间重合闸而未动作。

经分析，三墩线第一个馈线自动化开关为电磁型负荷开关，电磁型负荷开关在失电后立刻分闸，如果投入了“分开关闭锁得电合”控制字，由于“分开关闭锁得电合”功能的一些逻辑判断问题，导致失电时间持续到了Z时间装置也不会发失电分闸命令，自保持继电器一直保持合位，所以在开关重新得电后，开关不经延时立刻合闸。此外，如果发生超级电容故障，由于超级电容对装置供电持续不到3.5 s，如果Z时间设置为3.5 s，开关失电而分闸后，装置由于失电无法发出失电分闸命令，故保持继电器仍是合位，所以在开关得电后，也将不经延时立刻合闸。

2.3.3 解决措施

①退出“分开关闭锁得电合”控制字。经研究发现，对于电磁型负荷开关，“分开关闭锁得电合”功能并无作用。退出此控制字后，开关失电持续到Z时间，装置会发出失电分闸命令，使自保持继电器分开。②将“失压分延时”Z时间设置为0.1 s。经测试，将Z时间设置0.1 s后，可同时避免“分开关闭锁得电合”逻辑问题与超级电容故障的影响。

3 结语

馈线自动化开关的不正确动作，轻则影响用户供电可靠性，重则因多次对非故障设备冲击而造成设备损坏。通过对这些案例的分析，提出以下一些管理和技术上的手段。

1)根据以上案例，部分馈线自动化不正确动作是由于定值混乱导致，在配电网馈线自动化管理上，需要根据实际运行情况统一一套定值，并将定值数据录入特定系统，增加定值执行后的核对及校验，使馈线自动化开关相关定值管理更加规范。

2)如果因馈线自动化动作不准确导致线路跳闸重合多次，调度台应该根据短时多次重合情况，在跳闸第三次时退出线路重合闸，避免对电网多次冲击。此外，如果因某一个馈线自动化终端开关未闭锁得电合闸功能导致线路频繁跳闸，可考虑将前一个开关作为后一个开关的后备。

3)第一个馈线自动化开关如果因故障或其他原因退运，则和开关不延时合闸一样，故障现象也是跳闸重合失败，极大地增加了调度员对故障位置的误判，影响事故处理进程。针对此类情况，需要做好自动化开关投运及退运管理，及时修改线路馈线自动化开关相关定值，并报调度备案。