常見(jiàn)配網(wǎng)饋線自動(dòng)化終端不正確動(dòng)作案例分析

彭鎮(zhèn)華

(南方電網(wǎng)廣東中山供電局，廣東 中山 528400)

0 引言

配電網(wǎng)作為直接影響用戶的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要公共基礎(chǔ)設(shè)施。近年來(lái)，隨著我國(guó)配電網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)的不斷投入，配網(wǎng)自動(dòng)化的發(fā)展取得顯著成效。配電自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，能加寬站外設(shè)備的監(jiān)測(cè)與控制的范圍，對(duì)于用電負(fù)荷較大的區(qū)域?qū)嵭袦?zhǔn)確定位，對(duì)于遠(yuǎn)程的故障及時(shí)感知并排除，確保電力網(wǎng)絡(luò)能夠重新架構(gòu)，迅速恢復(fù)供電，減少停電次數(shù)[1]。但面對(duì)復(fù)雜、設(shè)備多樣的配電網(wǎng)，如果饋線自動(dòng)化設(shè)備未能根據(jù)設(shè)定的邏輯進(jìn)行動(dòng)作，也可能造成停電范圍的擴(kuò)大，嚴(yán)重甚至可能因無(wú)法準(zhǔn)確隔離故障對(duì)未故障的設(shè)備也會(huì)造成多次沖擊損壞電氣設(shè)備的情況，所以饋線自動(dòng)化終端的不正確動(dòng)作嚴(yán)重威脅著配電網(wǎng)的安全運(yùn)行。本文結(jié)合某地區(qū)配電網(wǎng)多年的配網(wǎng)饋線自動(dòng)化運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，對(duì)發(fā)生的一些饋線自動(dòng)化未正確動(dòng)作案例進(jìn)行分析，分析饋線自動(dòng)化未正確動(dòng)作的原因，提出一些共性問(wèn)題的解決方法與防范措施。

1 饋線自動(dòng)化開關(guān)的功能

1.1 饋線自動(dòng)化開關(guān)的3個(gè)時(shí)間概念

配電網(wǎng)上饋線自動(dòng)化開關(guān)根據(jù)安裝位置不同一般分為分段開關(guān)與聯(lián)絡(luò)開關(guān)，饋線自動(dòng)化開關(guān)3個(gè)時(shí)間分別是開關(guān)得電延時(shí)合閘時(shí)間定值X，故障檢測(cè)時(shí)間時(shí)間定值Y，開關(guān)兩側(cè)檢測(cè)低電壓持續(xù)時(shí)間定值Z。同時(shí)，設(shè)備定值設(shè)置要求故障檢測(cè)時(shí)間定值Y小于開關(guān)得電延時(shí)合閘時(shí)間定值X。相應(yīng)的開關(guān)X計(jì)時(shí)閉鎖是指開關(guān)一側(cè)得電后失壓閉鎖合閘時(shí)間，Y計(jì)時(shí)內(nèi)閉鎖是指開關(guān)得電合閘后失壓跳閘閉鎖時(shí)間[2]。此外，X時(shí)間一般設(shè)置為7 s，線路首開關(guān)因?yàn)橐汩_站內(nèi)開關(guān)重合閘充電時(shí)間一般設(shè)置為42 s，Y時(shí)間一般設(shè)置為5 s，Z時(shí)間一般設(shè)置為3.5 s。

1.2 饋線自動(dòng)化開關(guān)的功能設(shè)置

饋線自動(dòng)化開關(guān)結(jié)合3個(gè)時(shí)間概念，對(duì)開關(guān)進(jìn)行以下功能設(shè)置。

1.2.1 延時(shí)合閘

若開關(guān)一側(cè)得電，延時(shí)X時(shí)間后，合上開關(guān)。

1.2.2 一側(cè)得電后X時(shí)間內(nèi)失壓分閘閉鎖合閘

若開關(guān)一側(cè)得電，X時(shí)間內(nèi)開關(guān)又再一次失壓，開關(guān)保持在分閘位置且閉鎖開關(guān)對(duì)側(cè)得電合閘功能。

1.2.3 得電合閘后Y時(shí)間內(nèi)失壓跳閘閉鎖合閘

若開關(guān)得電合閘后，Y時(shí)間內(nèi)開關(guān)又再一次失壓，開關(guān)動(dòng)作跳閘且閉鎖開關(guān)來(lái)電側(cè)得電合閘功能。

1.2.4 Z時(shí)間內(nèi)低電壓跳閘閉鎖合閘

若開關(guān)兩側(cè)檢測(cè)到低電壓且低于額定電壓的30%，持續(xù)Z時(shí)間以上，開關(guān)跳閘且閉鎖開關(guān)來(lái)電側(cè)得電合閘功能。

1.2.5 兩側(cè)有壓保分閉鎖合閘

若開關(guān)一側(cè)得電，X時(shí)間內(nèi)檢測(cè)另一側(cè)仍有電壓，開關(guān)保持在分閘位置且閉鎖開關(guān)來(lái)電側(cè)得電合閘功能。

1.2.6 單相接地故障跳閘閉鎖合閘

若開關(guān)受電合閘后，X時(shí)間內(nèi)若檢測(cè)零序電壓3U0存在且超過(guò)設(shè)定值，開關(guān)動(dòng)作跳閘且閉鎖開關(guān)來(lái)電側(cè)得電合閘功能。

2 饋線自動(dòng)化終端不正確動(dòng)作案例

2.1 饋線自動(dòng)化終端得電不合閘

2.1.1 案例1

2.1.1.1 故障情況

某日08時(shí)37分40秒某站110 kV線路跳閘，08時(shí)37分41秒某站110 kV線路重合成功。110 kV線路跳閘至合閘成功兩者時(shí)間差為1.142 s，上述動(dòng)作情況導(dǎo)致10 kV白菜線日洋公用電纜分接箱601開關(guān)“失電分閘”。待110 kV線路重合成功后，白菜線10 kV站內(nèi)開關(guān)至日洋公用電纜分接箱601開關(guān)段線路電壓恢復(fù)，日洋公用電纜分接箱601開關(guān)檢測(cè)到進(jìn)線電纜有壓后卻未執(zhí)行“得電合閘”功能，同時(shí)也沒(méi)有“閉鎖”信號(hào)，導(dǎo)致10 kV白菜線除進(jìn)線一段電纜外的全線負(fù)荷失壓，擴(kuò)大用戶停電范圍。

2.1.1.2 故障分析

10 kV白菜線日洋公用電纜分接箱601開關(guān)的操作機(jī)構(gòu)是電磁機(jī)構(gòu)。電磁機(jī)構(gòu)通過(guò)電磁鐵產(chǎn)生的磁力，使開關(guān)分合閘。通過(guò)分析該開關(guān)的二次圖紙(見(jiàn)圖1)，得出該開關(guān)電磁機(jī)構(gòu)的電源通斷受“出口保持繼電器KMB”8、9號(hào)端子間觸點(diǎn)直接控制。在PT有正常電壓輸出的前提下，該觸點(diǎn)接通，電磁機(jī)構(gòu)的電源接通；當(dāng)該觸點(diǎn)斷開時(shí)，電磁機(jī)構(gòu)的電源斷開。此外，開關(guān)達(dá)到“失電分閘時(shí)間Z”后，也控制此觸點(diǎn)的斷開。

圖1 10 kV白菜線日洋公用電纜分接箱601開關(guān)的二次圖紙

該開關(guān)“得電合閘”必須同時(shí)滿足以下條件：開關(guān)在分閘位置、開關(guān)線路側(cè)PT有壓或者母線側(cè)PT有壓且兩者不能同時(shí)有壓；控制器上“分閘/自動(dòng)/合閘”旋鈕旋至“自動(dòng)”；得電合閘延時(shí)時(shí)間X計(jì)時(shí)完成；開關(guān)無(wú)“閉鎖”信號(hào)；“FA”投入；“聯(lián)絡(luò)/分段”旋鈕旋至“分段”；“得電合閘充電好”充電完成。

“得電合閘充電好”需要滿足以下條件：控制器收到“跳位”信號(hào)、開關(guān)線路側(cè)PT或者母線側(cè)PT無(wú)壓、得電合閘未充電好。

開關(guān)在檢測(cè)兩側(cè)無(wú)壓后，會(huì)執(zhí)行以下2個(gè)過(guò)程，這2個(gè)過(guò)程同時(shí)進(jìn)行，相互獨(dú)立。過(guò)程一：操作機(jī)構(gòu)因電源斷開導(dǎo)致開關(guān)分閘(該過(guò)程不受控制器控制)。過(guò)程二：待“失電分閘時(shí)限”計(jì)時(shí)完成后，控制器控制“出口保持繼電器KMB”8、9號(hào)端子間觸點(diǎn)斷開。

通過(guò)查看之前故障正常動(dòng)作時(shí)的SOE得出：開關(guān)從檢測(cè)失壓到控制器收到“跳位”(分閘位置)間的固有時(shí)間是1.728 s。本次故障開關(guān)檢查到失壓到電壓恢復(fù)之間的時(shí)間是1.066 s，這段時(shí)間內(nèi)“失電分閘時(shí)間Z(此開關(guān)設(shè)置時(shí)間定值為0.5 s)”計(jì)時(shí)完成，“出口保持繼電器KMB”8、9號(hào)端子間觸點(diǎn)斷開。由于端子間觸點(diǎn)斷開時(shí)，雖然線路PT和母線PT均無(wú)壓，但是控制器還沒(méi)收到“跳位”的信號(hào)，達(dá)不到“得電合閘充電好”的條件。當(dāng)控制器收到“跳位”信號(hào)時(shí)，日洋公用電纜分接箱601開關(guān)電纜側(cè)PT早已恢復(fù)電，單側(cè)有壓，也達(dá)不到“得電合閘充電好”的條件。

2.1.1.3 解決措施

開關(guān)從失壓到控制器收到“跳位”信號(hào)的時(shí)間在1.728 s左右，參考其他廠家的終端型號(hào)，將“失電分閘時(shí)間Z”設(shè)置成3.5 s。經(jīng)測(cè)試，通過(guò)將此參數(shù)設(shè)置為3.5 s，此時(shí)間超過(guò)開關(guān)失壓到控制器收到“跳位”間的時(shí)間，滿足得電合閘中“得電合閘充電好”的條件，從而避免110 kV線路重合成功電壓恢復(fù)正常而開關(guān)不能得電合閘的隱患。

2.1.2 案例22.1.2.1 故障情況

某日15時(shí)34分41秒，某地區(qū)10 kV水庫(kù)線跳閘，15時(shí)34分46秒重合成功后，調(diào)度臺(tái)發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)江公用開關(guān)站601開關(guān)在分閘位置，后經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員檢查，發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)江公用開關(guān)站601開關(guān)得電不合閘。如圖2所示，601開關(guān)線路側(cè)為負(fù)荷側(cè)，母線側(cè)為電源側(cè)，該故障導(dǎo)致601開關(guān)后段線路負(fù)荷因得電未合閘造成失壓。

圖2 長(zhǎng)江公用開關(guān)站的一次接線圖

2.1.2.2 故障分析

經(jīng)分析，如圖2所示的開關(guān)站設(shè)備配置情況，將導(dǎo)致饋線自動(dòng)化不正確動(dòng)作：長(zhǎng)江公用開關(guān)站內(nèi)各開關(guān)均有饋線自動(dòng)化功能，其中Ⅰ母無(wú)配置母線PT，Ⅱ母有配置母線PT，開關(guān)線路側(cè)均配置線路PT。當(dāng)變電站線路開關(guān)重合后，長(zhǎng)江公用開關(guān)站進(jìn)線606開關(guān)得電合閘，Ⅰ段母線得電，但因Ⅰ段母線無(wú)母線PT，故出線601開關(guān)無(wú)法得電合閘，使601開關(guān)后段線路無(wú)法復(fù)電。

2.1.2.3 解決措施

將聯(lián)絡(luò)兩段母線的開關(guān)(如圖2中的600開關(guān)和660開關(guān))的自動(dòng)化功能退出，作為常合的普通開關(guān)，相當(dāng)于Ⅰ母和Ⅱ母成為一段母線。這樣設(shè)置后，當(dāng)進(jìn)線606開關(guān)得電合閘，Ⅰ段母線得電，同時(shí)Ⅱ母也得電，因Ⅰ母和Ⅱ母共用Ⅱ母的母線PT二次電壓，Ⅰ母的出線601開關(guān)可實(shí)現(xiàn)得電合閘功能。但這樣的設(shè)置后，需要考慮以下2種情況。

1)因兩段母線同時(shí)得電，所以母線上設(shè)置為電壓型的自動(dòng)化開關(guān)的得電合閘延時(shí)時(shí)間X須設(shè)置級(jí)差，避免同一時(shí)間有2個(gè)及以上的自動(dòng)化開關(guān)得電合閘。

2)將聯(lián)絡(luò)兩段母線開關(guān)的自動(dòng)化功能退出后，若其中一段母線發(fā)生故障停電，兩段母線將同時(shí)停電，可能出現(xiàn)停電用戶數(shù)過(guò)多的問(wèn)題，此情況須對(duì)開關(guān)站接線進(jìn)行改造。

2.2 饋線自動(dòng)化終端閉鎖合閘邏輯功能失效

2.2.1 案例描述

某日凌晨02時(shí)34分02秒、34分58秒、35分54秒，10 kV建管線因故障，發(fā)生3次跳閘重合成功，調(diào)度員在第三次跳閘重合成功以后，根據(jù)調(diào)度規(guī)程相關(guān)規(guī)定，為了防止站內(nèi)開關(guān)多次通斷故障電流，退出10 kV建管線開關(guān)重合閘。在36分52秒以后，10 kV建管線因重合閘退出不再重合。后經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員檢查，10 kV建管線第二個(gè)饋線自動(dòng)化開關(guān)得電合閘后Y時(shí)間內(nèi)失壓跳閘閉鎖合閘功能失效，導(dǎo)致站內(nèi)開關(guān)多次重合。

2.2.2 故障分析

電壓電流型饋線自動(dòng)化開關(guān)的閉鎖合閘邏輯：合閘之后在Y時(shí)間之內(nèi)失壓，且檢測(cè)到故障電流，則自動(dòng)分閘或由上級(jí)開關(guān)跳閘后失電分閘，并閉鎖合閘。而此次故障發(fā)現(xiàn)，關(guān)于“檢測(cè)到故障電流”的條件，其電流持續(xù)時(shí)間須超過(guò)后加速時(shí)間定值，才判為故障電流。作為電壓電流型閉鎖合閘邏輯功能的“檢測(cè)到故障電流”的判別條件，如果電流持續(xù)時(shí)間沒(méi)有超過(guò)后加速時(shí)間定值，則判別為無(wú)故障電流流過(guò)，導(dǎo)致閉鎖合閘邏輯功能失效。

圖3 建管線一次接線簡(jiǎn)圖

建管線接線簡(jiǎn)圖如圖3所示，經(jīng)分析，故障發(fā)生在饋線自動(dòng)化開關(guān)FS2開關(guān)和FS3開關(guān)之間，變電站CB1開關(guān)跳閘并在5 s重合后，經(jīng)FS1開關(guān)的得電合閘延時(shí)42 s和FS2開關(guān)的得電合閘延時(shí)7 s，大致經(jīng)過(guò)54 s再次送電至故障。此時(shí)因?yàn)樽冸娬綜B1開關(guān)I段保護(hù)0 s跳開故障，F(xiàn)S2開關(guān)的后加速功能不會(huì)動(dòng)作(一般主干線開關(guān)的饋線自動(dòng)化功能中的后加速設(shè)置為600 A，0.1 s)，此時(shí)FS2開關(guān)的閉鎖合閘邏輯功能的“檢測(cè)到故障電流”條件因電流持續(xù)時(shí)間未超過(guò)后加速時(shí)間定值0.1 s而判別為無(wú)故障電流流過(guò)，F(xiàn)S2開關(guān)閉合閘功能失效。這樣就導(dǎo)致建管線站內(nèi)斷路器及饋線自動(dòng)化開關(guān)多次分合閘沖擊故障點(diǎn)的情況。

2.2.3 解決措施

饋線自動(dòng)化終端的閉鎖合閘邏輯功能與合閘后加速功能因電流判別時(shí)間而相關(guān)聯(lián)，使得2個(gè)原本獨(dú)立隔離故障的功能變得不再獨(dú)立，導(dǎo)致了2個(gè)功能同時(shí)無(wú)法隔離故障的隱患。以本次案例為例，將FS2開關(guān)檢測(cè)故障電流后加速延時(shí)分閘時(shí)間設(shè)置為0.2 s，大于后加速時(shí)間定值0.1 s，開關(guān)檢測(cè)到故障電流持續(xù)時(shí)間超過(guò)后加速時(shí)間定值，F(xiàn)S2開關(guān)能在后加速時(shí)間定值內(nèi)持續(xù)檢測(cè)有故障電流流過(guò)，使得FS2開關(guān)分閘后閉鎖其合閘功能。

2.3 饋線自動(dòng)化終端得電不經(jīng)延時(shí)合閘

2.3.1 案例描述

某日14時(shí)36分調(diào)度臺(tái)收到三墩線跳閘重合不成功。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員檢查，發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)在三墩線第一個(gè)饋線自動(dòng)化開關(guān)至第二個(gè)饋線自動(dòng)化開關(guān)之間，且第一個(gè)饋線自動(dòng)化開關(guān)在分閘位置。根據(jù)饋線自動(dòng)化裝置的動(dòng)作邏輯，若故障點(diǎn)不在站內(nèi)開關(guān)至第一個(gè)饋線自動(dòng)化開關(guān)之間，自動(dòng)化會(huì)隔離故障故障，且再重合一次，此次故障的故障點(diǎn)在第一個(gè)饋線自動(dòng)化開關(guān)至第二個(gè)饋線自動(dòng)化開關(guān)段線路，而站內(nèi)開關(guān)沒(méi)有進(jìn)行故障隔離后的二次重合，這與饋線自動(dòng)化裝置的動(dòng)作邏輯不符。

2.3.2 故障分析

三墩線第一個(gè)饋線自動(dòng)化開關(guān)因未延時(shí)合閘導(dǎo)致站內(nèi)開關(guān)無(wú)法二次重合動(dòng)作。按正常動(dòng)作邏輯，第一個(gè)饋線自動(dòng)化開關(guān)根據(jù)要求設(shè)置為42 s，本次案例中第一個(gè)饋線自動(dòng)化開關(guān)未延時(shí)合閘，而站內(nèi)開關(guān)二次重合需要15 s充電時(shí)間，因未達(dá)到站內(nèi)開關(guān)二次重合時(shí)間重合閘而未動(dòng)作。

經(jīng)分析，三墩線第一個(gè)饋線自動(dòng)化開關(guān)為電磁型負(fù)荷開關(guān)，電磁型負(fù)荷開關(guān)在失電后立刻分閘，如果投入了“分開關(guān)閉鎖得電合”控制字，由于“分開關(guān)閉鎖得電合”功能的一些邏輯判斷問(wèn)題，導(dǎo)致失電時(shí)間持續(xù)到了Z時(shí)間裝置也不會(huì)發(fā)失電分閘命令，自保持繼電器一直保持合位，所以在開關(guān)重新得電后，開關(guān)不經(jīng)延時(shí)立刻合閘。此外，如果發(fā)生超級(jí)電容故障，由于超級(jí)電容對(duì)裝置供電持續(xù)不到3.5 s，如果Z時(shí)間設(shè)置為3.5 s，開關(guān)失電而分閘后，裝置由于失電無(wú)法發(fā)出失電分閘命令，故保持繼電器仍是合位，所以在開關(guān)得電后，也將不經(jīng)延時(shí)立刻合閘。

2.3.3 解決措施

①退出“分開關(guān)閉鎖得電合”控制字。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于電磁型負(fù)荷開關(guān)，“分開關(guān)閉鎖得電合”功能并無(wú)作用。退出此控制字后，開關(guān)失電持續(xù)到Z時(shí)間，裝置會(huì)發(fā)出失電分閘命令，使自保持繼電器分開。②將“失壓分延時(shí)”Z時(shí)間設(shè)置為0.1 s。經(jīng)測(cè)試，將Z時(shí)間設(shè)置0.1 s后，可同時(shí)避免“分開關(guān)閉鎖得電合”邏輯問(wèn)題與超級(jí)電容故障的影響。

3 結(jié)語(yǔ)

饋線自動(dòng)化開關(guān)的不正確動(dòng)作，輕則影響用戶供電可靠性，重則因多次對(duì)非故障設(shè)備沖擊而造成設(shè)備損壞。通過(guò)對(duì)這些案例的分析，提出以下一些管理和技術(shù)上的手段。

1)根據(jù)以上案例，部分饋線自動(dòng)化不正確動(dòng)作是由于定值混亂導(dǎo)致，在配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化管理上，需要根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況統(tǒng)一一套定值，并將定值數(shù)據(jù)錄入特定系統(tǒng)，增加定值執(zhí)行后的核對(duì)及校驗(yàn)，使饋線自動(dòng)化開關(guān)相關(guān)定值管理更加規(guī)范。

2)如果因饋線自動(dòng)化動(dòng)作不準(zhǔn)確導(dǎo)致線路跳閘重合多次，調(diào)度臺(tái)應(yīng)該根據(jù)短時(shí)多次重合情況，在跳閘第三次時(shí)退出線路重合閘，避免對(duì)電網(wǎng)多次沖擊。此外，如果因某一個(gè)饋線自動(dòng)化終端開關(guān)未閉鎖得電合閘功能導(dǎo)致線路頻繁跳閘，可考慮將前一個(gè)開關(guān)作為后一個(gè)開關(guān)的后備。

3)第一個(gè)饋線自動(dòng)化開關(guān)如果因故障或其他原因退運(yùn)，則和開關(guān)不延時(shí)合閘一樣，故障現(xiàn)象也是跳閘重合失敗，極大地增加了調(diào)度員對(duì)故障位置的誤判，影響事故處理進(jìn)程。針對(duì)此類情況，需要做好自動(dòng)化開關(guān)投運(yùn)及退運(yùn)管理，及時(shí)修改線路饋線自動(dòng)化開關(guān)相關(guān)定值，并報(bào)調(diào)度備案。