淺談配電網(wǎng)暫態(tài)分界開(kāi)關(guān)應(yīng)用

揭一鳴 田鳳字 孟慶紅

分界開(kāi)關(guān)安裝于10kV架空配電線(xiàn)路的責(zé)任分界點(diǎn)處，具有自動(dòng)切除開(kāi)關(guān)負(fù)荷側(cè)單相接地故障和自動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)負(fù)荷側(cè)相間短路故障功能。而其控制器稱(chēng)為分界開(kāi)關(guān)控制器。

一、 選擇課題

1.課題分析

為了提高配網(wǎng)供電可靠性，盡可能的減小停電范圍，現(xiàn)在普遍的做法是在架空線(xiàn)路責(zé)任分界點(diǎn)處（或附近）裝設(shè)一臺(tái)分界負(fù)荷開(kāi)關(guān)（FFK），經(jīng)判斷確認(rèn)用戶(hù)內(nèi)部發(fā)生單相接地故障時(shí)，發(fā)出警告信息，60S后分界負(fù)荷開(kāi)關(guān)自動(dòng)掉閘，將故障隔離，確保對(duì)非故障用戶(hù)正常供電。

目前棗莊公司所轄10kV線(xiàn)路接入的變電站共計(jì)84座（其中接地方式經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地的變電站30座、不接地變電站54座）、配網(wǎng)共計(jì)分界開(kāi)關(guān)保護(hù)控制器共計(jì)5570套、分界開(kāi)關(guān)保護(hù)控制器共有6個(gè)生產(chǎn)廠(chǎng)家、分界開(kāi)關(guān)保護(hù)控制器型號(hào)共計(jì)7款，全部具備通信聯(lián)網(wǎng)功能和事件記錄功能?，F(xiàn)階段分界開(kāi)關(guān)采用的是基于工頻零序過(guò)流的分界技術(shù)。此項(xiàng)技術(shù)的缺點(diǎn)一是工頻零序過(guò)電流受消弧線(xiàn)圈補(bǔ)償電流的影響，容易拒動(dòng)；二是發(fā)生間歇性接地故障時(shí)幅值計(jì)算出錯(cuò)，出現(xiàn)誤動(dòng)。

2.提出課題

在消弧線(xiàn)圈接地系統(tǒng)中，由于分界開(kāi)關(guān)保護(hù)整定原理上的缺陷，導(dǎo)致當(dāng)用戶(hù)側(cè)發(fā)生單相接地故障時(shí)，用戶(hù)分界開(kāi)關(guān)容易發(fā)生拒動(dòng)；系統(tǒng)側(cè)發(fā)生單相接地故障時(shí)，用戶(hù)分界開(kāi)關(guān)容易發(fā)生誤動(dòng)。分界開(kāi)關(guān)的不正確動(dòng)作容易導(dǎo)致擴(kuò)大停電范圍，降低供電可靠性。同時(shí)，負(fù)荷型的分界開(kāi)關(guān)無(wú)法斷開(kāi)相間短路故障電流，造成站內(nèi)開(kāi)關(guān)跳閘。

（1）結(jié)合線(xiàn)路運(yùn)行實(shí)際，記錄消弧線(xiàn)圈接地系統(tǒng)中單相接地故障時(shí)每臺(tái)分界開(kāi)關(guān)動(dòng)作情況，進(jìn)一步分析故障電流與保護(hù)定值的關(guān)系，重新進(jìn)行分界開(kāi)關(guān)的保護(hù)定值整定，提高動(dòng)作正確率。

（2）改變分界開(kāi)關(guān)控制器的保護(hù)定值整定原理，消除單相接地故障時(shí)分界開(kāi)關(guān)誤動(dòng)拒動(dòng)現(xiàn)象。

（3）改變分界開(kāi)關(guān)控制器的保護(hù)定值整定原理，消除單相接地故障時(shí)分界開(kāi)關(guān)誤動(dòng)拒動(dòng)現(xiàn)象，同時(shí)，提升分界開(kāi)關(guān)裝置性能，具有斷開(kāi)負(fù)荷側(cè)相間故障功能，即研制具有基于暫態(tài)量和斷路器功能的分界開(kāi)關(guān)裝置。

3.課題選擇

小組成員經(jīng)過(guò)討論后認(rèn)為，各項(xiàng)指標(biāo)滿(mǎn)足五個(gè)基本條件，確定本次活動(dòng)的課題是：配電網(wǎng)暫態(tài)分界開(kāi)關(guān)研制。

二、 設(shè)定目標(biāo)

1. 研制要求

對(duì)單相接地故障較為有效，消除單相接地故障時(shí)分界開(kāi)關(guān)誤動(dòng)、拒動(dòng)現(xiàn)象，同時(shí)，提升分界開(kāi)關(guān)裝置性能，具有斷開(kāi)負(fù)荷側(cè)相間故障短路電流功能，從而提高供電可靠性。

2. 量化目標(biāo)

（1）使用新裝置后，分界開(kāi)關(guān)單相接地故障誤動(dòng)、拒動(dòng)率降低為5.0%以下。

（2）開(kāi)斷負(fù)荷側(cè)相間故障動(dòng)作正確率100%。

3. 目標(biāo)的可行性分析

（1）部門(mén)領(lǐng)導(dǎo)重視，給予大力支持。山東省調(diào)在棗莊公司開(kāi)展配電網(wǎng)暫態(tài)分界開(kāi)關(guān)及二次重合閘科技項(xiàng)目試點(diǎn)?？萍柬?xiàng)目負(fù)責(zé)小組在技術(shù)條件和資金預(yù)算方面的支持為課題開(kāi)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（2）良好的理論和技能基礎(chǔ)。小組成員中高級(jí)工程師5人，工程師4人，大專(zhuān)及以上學(xué)歷的成員占到了100%，其中6人還接受過(guò)關(guān)于配網(wǎng)自動(dòng)化分界開(kāi)關(guān)相關(guān)方面的技術(shù)大講堂培訓(xùn)。

（3）具有良好的研制平臺(tái)。小組成立至今研制出多種實(shí)際應(yīng)用效果良好的裝置或系統(tǒng)，獲得專(zhuān)利10余項(xiàng)，當(dāng)下更有“電網(wǎng)衛(wèi)士”創(chuàng)新工作室作為依托。

（4）與廠(chǎng)家良好的業(yè)務(wù)聯(lián)系和合作關(guān)系。小組與珠海許繼電氣有限公司、山東科匯電氣股份有限公司等電氣廠(chǎng)家具有良好的業(yè)務(wù)聯(lián)系和合作關(guān)系，兩家單位在開(kāi)關(guān)或控制器研制方面技術(shù)都很成熟。

綜合所述，本次活動(dòng)在技術(shù)、管理和經(jīng)驗(yàn)方面均已充分的考慮，目標(biāo)是可以實(shí)現(xiàn)的。

三、 提出方案并確定最佳方案

小組成員查閱了國(guó)內(nèi)外大量的相關(guān)專(zhuān)業(yè)技術(shù)資料，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際及多年經(jīng)驗(yàn)，集思廣益，運(yùn)用“頭腦風(fēng)暴法”和親和圖對(duì)配電網(wǎng)暫態(tài)分界開(kāi)關(guān)的組成特性進(jìn)行了歸納整理

1. 方案的第I級(jí)分解

由親和圖可以看出，新研制的裝置主要由斷路器單元結(jié)構(gòu)、控制器單元結(jié)構(gòu)和通訊單元三部分組成。針對(duì)方案I級(jí)分解，小組研究了其各功能組合方式，得出配電網(wǎng)暫態(tài)分界開(kāi)關(guān)的整體結(jié)構(gòu)

2. 方案的第Ⅱ級(jí)分解

根據(jù)裝置整體結(jié)構(gòu)圖，進(jìn)一步得到方案的Ⅱ級(jí)分解，小組逐一展開(kāi)分析，每一個(gè)方案都提出相應(yīng)的備選方案，并進(jìn)行了詳細(xì)的對(duì)比選擇及相應(yīng)評(píng)估。

2.1信號(hào)傳輸方式選擇

通訊單元負(fù)責(zé)分界開(kāi)關(guān)與主站的信息交互。當(dāng)分界開(kāi)關(guān)負(fù)荷側(cè)發(fā)生單相接地故障和相間接地故障時(shí)，保護(hù)信號(hào)動(dòng)作于跳閘，當(dāng)電源側(cè)發(fā)生故障時(shí)，無(wú)信號(hào)發(fā)出。

信號(hào)傳輸方式設(shè)計(jì)待選方案：方案一：有線(xiàn)設(shè)計(jì)。采用光纖等實(shí)現(xiàn)通信互聯(lián)。方案二：無(wú)線(xiàn)設(shè)計(jì)。通過(guò)GPRS傳輸信號(hào)。

2.2斷路器型號(hào)選擇

2.3電源大小的選擇

斷路器的操作電源取至PT，國(guó)標(biāo)為24V，但棗莊地區(qū)是2013年底完成的配網(wǎng)改造，全部采用的48V/220V的操作電源，為了后期設(shè)備研制出來(lái)便于對(duì)比測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)改造的的實(shí)際考慮，選定48V操作電源。

2.4保護(hù)定值整定策略的選擇

3. 最佳方案的確定

四、 按對(duì)策表實(shí)施

對(duì)策實(shí)施一：無(wú)線(xiàn)傳輸裝置

2017年3月2日，由小組成員揭一鳴對(duì)無(wú)線(xiàn)信號(hào)傳輸裝置移動(dòng)4G SIM卡進(jìn)行了購(gòu)買(mǎi)，聯(lián)系珠海許繼廠(chǎng)家對(duì)SIM卡的信號(hào)率進(jìn)行了為期一個(gè)月的跟蹤測(cè)試。

結(jié)論：經(jīng)過(guò)測(cè)試，移動(dòng)4G SIM卡的信號(hào)平均日在線(xiàn)率能夠達(dá)到99%以上，滿(mǎn)足目標(biāo)要求。

對(duì)策實(shí)施二：斷路器型號(hào)選擇

2017年4月5日，由小組成員韓松與珠海許繼廠(chǎng)家進(jìn)行了聯(lián)系，購(gòu)買(mǎi)了一臺(tái)10kV看門(mén)狗分界斷路器，型號(hào)為：FZW28-12/630-20，并進(jìn)行了試驗(yàn)。結(jié)論：經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，該臺(tái)斷路器可以實(shí)現(xiàn)在動(dòng)作信號(hào)下可靠動(dòng)作率100%的要求。

對(duì)策實(shí)施三：工作電源

2017年5月5日，小組成員朱其濤購(gòu)買(mǎi)選定的20kV全絕緣、全屏蔽PT，一次側(cè)取自220V電源，二次轉(zhuǎn)化為48V，給斷路器提供操作電源。結(jié)論：安裝后進(jìn)行測(cè)試，可靠性100%。

對(duì)策實(shí)施四：新型分界開(kāi)關(guān)控制器的研制

1.2017年5月10日，由小組成員朱思萌聯(lián)系山東科匯電氣股份有限公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)新型分界開(kāi)關(guān)控制器PZK-560F，裝置具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)的特點(diǎn).

2.2017年6月1日完成新型分界開(kāi)關(guān)控制器制作.

對(duì)策實(shí)施五：配電網(wǎng)暫態(tài)分界開(kāi)關(guān)的現(xiàn)場(chǎng)安裝與調(diào)試工作

1.2017年6月10日，小組匯報(bào)調(diào)控中心領(lǐng)導(dǎo)，聯(lián)合運(yùn)檢部、薛城客服分中心、變電運(yùn)維室、配電運(yùn)檢室、山東科匯電氣股份有限公司、山東電科院和珠海許繼電氣有限公司，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝與測(cè)試。

2.10kV小電流接地系統(tǒng)單相接地故障檢測(cè)試驗(yàn).

主要驗(yàn)證內(nèi)容：用戶(hù)界內(nèi)單相接地故障時(shí)，用戶(hù)分界開(kāi)關(guān)控制器裝置應(yīng)可靠動(dòng)作并上報(bào)接地故障。用戶(hù)界外單相接地故障時(shí)，用戶(hù)分界開(kāi)關(guān)控制器裝置應(yīng)可靠不動(dòng)作。

單相接地試驗(yàn)類(lèi)型包括：金屬性接地、經(jīng)500歐姆過(guò)渡電阻接地、經(jīng)1000歐姆過(guò)渡電阻接地、經(jīng)放電球隙接地（模擬弧光接地）、經(jīng)水、草接地（模擬弧光接地）六種形式，每種形式各進(jìn)行三次試驗(yàn)。從表中可以看出，新研制的分界開(kāi)關(guān)單相接地故障誤動(dòng)、拒動(dòng)率為0.0%，滿(mǎn)足設(shè)定目標(biāo)5.0%以下的要求。

五、 效果檢查

2017年6月，為檢驗(yàn)所研制配電網(wǎng)暫態(tài)分界開(kāi)關(guān)的使用效果，小組又將研制出的裝置分別應(yīng)用于東郊站、北辛站和山亭站各一條線(xiàn)路共七個(gè)分界開(kāi)關(guān)，跟蹤至8月10日，效果如下：通過(guò)跟蹤記錄，使用暫態(tài)分界開(kāi)關(guān)后，單相接地故障時(shí)開(kāi)關(guān)誤動(dòng)拒動(dòng)率為0.0%，相間故障正確動(dòng)作率為100%，均實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)！

六、 標(biāo)準(zhǔn)化

2017年7月20日，小組將研制的配電網(wǎng)暫態(tài)分界開(kāi)關(guān)的相關(guān)資料進(jìn)行了整理，制定了《FZW28-12/630-20-PZK-560F暫態(tài)分界開(kāi)關(guān)用戶(hù)手冊(cè)》和《棗莊配電網(wǎng)暫態(tài)量控制器保護(hù)整定及調(diào)度運(yùn)行說(shuō)明書(shū)》