电压型分段器闭锁分闸功能的探讨.pdf

RURAL ELECTRIFICATION电压型分段器闭锁分闸功能的探讨马鹏熙，黄建中*（玉溪峨山供电局，云南 峨山 653200）摘要：电压型配电自动化开关是目前配网自动化主流功能配置，其动作逻辑简单、可靠，与站内开关配合，能有效隔离故障点恢复非故障点供电。为了进一步发挥电压型配电自动化功能，减少非故障点停电时间，部分配网探索使用“闭锁分闸时间”配置。以电压分段器延时闭锁分闸动作逻辑原理及实例分析，对电压分段器延时闭锁分闸功能进行探讨，提出“闭锁分闸时间”仅对于单一故障有效，对于配网一段时间内前后发生多点线路故障，不但不能减少非故障点停电时间反而会扩大停电范围，定义“闭锁分闸时间”是无用功能配置，建议配网自动化开关不选用“延时闭锁分闸”功能。关键词：配网自动化；闭锁分闸；探讨中图分类号：TM564.8DiscussionontheLockingandOpeningFunctionofVoltageTypeSegmenterMAPengxi,HUANGJianzhong*(YuxiEshanPowerSupplyBureau,YunnanEshan653200,China)Abstract:Voltagetypeswitchesarecurrentlythemainstreamconfigurationindistributionnetworkautomation.Itsactionlogicissimpleandreliable.Cooperatingwithswitchesinthesubstationcaneffectivelyisolatefaultpointsandrestorepowersupplytononfaultpoints.Inordertofurtherleveragethepowerdistributionautomationfunctionandreducethepoweroutagetimeatnonfaultpoints,somedistributionnetworksareexploringtheuseofalockedopeningtimeconfiguration.Thisarticleexploresthedelaylockingandopeningfunctionofthevoltagesegmenteddevicebasedonthelogicprincipleandexampleanalysisofthedelaylockingandopeningactionofthevoltagesegmenteddevice.Theproposalofblockingandopeningtimeisonlyvalidforasinglefault.Formultiplelinefaultsthatoccurinthedistributionnetworkbeforeandafteracertainperiodoftime,notonlydoesitnotreducethepoweroutagetimeatnonfaultpoints,butitwillalsoexpandthepoweroutagerange.Thedefinitionoflockingandopeningtimeisachickenribfunctionalconfiguration.Itisrecommendedthatthedistributionnetworkautomationswitchnotusethedelayedlockingandopeningfunction.Keywords:distributionnetworkautomation;lockingandopening;discuss延时闭锁分闸为电压型配网自动化开关的一项逻辑功能，是为了使线路快速恢复供电，提高供电可靠性，而提出的一项技术措施。但开关处于闭锁分闸期间，若再次发生故障，则开关不能分闸，故障不能选择性隔离，导致停电范围扩大，线路运维人员无法及时排查到线路故障点的问题，这样不但不能达到使用效果，反而会大大影响了供电可靠性。本文以延时闭锁分闸动作逻辑介绍及案例分析，对电压分段器延时闭锁分闸功能进行探讨。1延时闭锁分闸原理电压型分段器具备“有电合，无电分，短时通电会闭锁”的功能，它与变电站出口开关重合闸有效配合，能准确判别并隔离故障点，恢复无故障线路段的正常供电。但是，电压型分段器在逻辑动作过程中，具有对无故障线段造成停电时间过长的缺点。为解决此问题，在电压型分段器功能逻辑基础上，增加“延时闭锁分闸”功能。在定值参数上，具有电压型分段器所具有的 3 个定值参数，即 Z 时限（失电延时分闸时间）、X 时限（得电延时合闸时间）、Y 时限（关合确认时间），在此 3 个定值参数基础上，再增加了Ty时限（延时闭锁分闸时间）。1.1功能逻辑当线路失电，配网自动化开关经 Z 时限开关自动分闸，后线路带电，开关经 X 时限自动合闸，此时若在 Y 时限内再次失压，则开关分闸并闭锁合闸；收稿日期：20201231运行维护|Operation&MaintenanceDOI:10.13882/ki.ncdqh.2023.10.00412 2023 年第 10 期 总第 437 期RURAL ELECTRIFICATION若在 Y 时限内未失压，则开关启动闭锁分闸，直至延时闭锁分闸复归时间到，才解除闭锁分闸功能。闭锁分闸功能动作逻辑时序如图 1 所示。1.2闭锁分闸时间整定原则按南方电网公司 Q/CSG120476202010kV110kV 系统继电保护整定计算规程，延时闭锁分闸复归时间需大于配电自动化设备完成一个完整的动作过程时间，其计算公式为：Ty TL+TX+t+Tch2+t（1）TXt式中：Ty为延时闭锁分闸复归时间；TL为线路断路器保护最末段跳闸时间；为沿线下级自动化开关的关合动作时间（X 时间）；为沿线下级自动化开关的合闸动作时间（开关固有合闸时间）；Tch2为线路断路器二次重合闸时间；t 为时间裕度1。2闭锁分闸功能效果分析2.1闭锁分闸的优点当线路配置多个电压型配网自动化开关时，若末端发生永久性故障，非故障段开关闭锁自动分闸功能，由变电站出口开关直接供电至隔离故障开关处，从而减少停电时间，提高供电可靠性。延时闭锁分闸时间，是基于“Y 时限后，某自动化开关所控制线路段无故障，故障点只能在下一级自动化开关的控制范围”的理论判断，故该开关在一个线路故障点判定动作过程中，第 2 次失压不再分闸，直至延时分闸闭锁时间结束。如图 2 所示，若故障点在 3#开关后段线路，0#开关电流保护跳闸，1#、2#、3#开关失压分闸。后0#开关重合闸，1#、2#、3#开关依次得电合上，电源再次接通故障点，0#开关再次跳闸。此时 1#、2#开关处于 Ty时间内，3#开关处于 Y 时间内，则 1#、2#开关保持合闸位置，3#开关失压分闸并闭锁合闸。然后 0#开关重合闸再次动作，直接把电源送至 3#开关前段，恢复了非故障线段的正常供电。若一条线路有 n 个自动化开关，若在线路末端发生故障时，则非故障段线路第 n1 至第 n 个开关（n 为非故障段线路从电源侧开始的第 n 个开关）段停电减少时间为：T=n1i=1Xi（2）式中：Xi为 i 号开关的 X 时限；T 为停电有减少时间。由上式可知，线路自动化开关愈多，采用延时闭锁分闸功能的电压分段器对提高供电可靠性效果更好。2.2闭锁分闸的缺点开关闭锁期间不能对再发故障有保护作用。众所周知，电网运行环境是复杂的，同一范围一定时间内，可能会依次发生多个故障，或 1 个地点在一定时间内发生 2 次故障，或 1 个瞬时故障演变为永久故障的情况。若在闭锁分闸时间内，发生第 2 次故障，按动作原理，闭锁分闸的开关是不会分闸的，这样便会造成上级开关越级隔离故障，甚至全线失压的恶性事件发生。闭锁分闸时间对电网运行方式变化适应性差。延时闭锁分闸复归时间须大于配电自动化设备完成一个完整的动作过程时间，即下级某开关失压分闸Z时限线路失压失压分闸得电合闸开关电源侧电压开关位置开关负荷侧电压线路有压X时限线路失压Y时限闭锁分闸复归开关分闸Ty时限图 1动作逻辑时序图Operation&Maintenance|运行维护2023 年第 10 期 总第 437 期 13RURAL ELECTRIFICATION动作后，得电后再次合闸这个时间前，沿线上级电压型自动化开关不应失压动作，确保把电源直接用至某开关处。其计算公式如公式（1）。通过公式（1），可看出，其闭锁分闸时间与沿线下级电压型自动化开关的数量有关，当电网方式变化，如配网线路联络线转供电，自动化开关数量发生变化，原闭锁分闸时间的整定值便不满足要求。3案例分析3.1事件简述2020 年 1 月 6 日，强风雷雨天气，1 条 10kV线路 2#开关3#开关之间，发生树木倒塌挡在线路的短路故障。按配电自动化开关正常动作逻辑，应由 2#开关隔离故障点，使 2#开关前段恢复正常供电。然而，该事件是由 1#开关越级隔离故障点，造成 1#开关至 2#开关用电户无故障停电，扩大了停电范围。故障线路接线图如图 2 所示。3.2线路开关配置情况图 2 中所示配网线路为直馈线路，0#开关为变电站线路出口开关，设置过流两段式保护，带一次重合闸；1#、2#、3#开关均为电压型配电自动化开关。0#3#开关所涉及的保护定值如图 2 中所标识。3.3保护动作分析事件发生后，运维人员及时采集到动作开关的保护报文。现把保护报文按时间顺序汇总，如表 1所示。通过表 1 可看出：0#开关第 2 次及第 3 次速断保护跳闸时，2#开关处于“闭锁分闸”期间，故 2#开关保持合闸位置，不能隔离故障电流，只能由 1#开关断开。这是造成越级动作的原因。通过图 1 可知，合上 2#开关时，电源便到达故障点而及时跳闸，但是在接通故障点后 11.069s后（如表 1 中“相对时间计算”列红色字体数据），0#开关才发生第 2 次跳闸，反映第 1 次跳闸故障是瞬时故障，恢复正常供电后的 11.069s 后，最终才表 1动作开关保护报文汇总表序号时间0#开关1#开关2#开关相对时间计算/s(括号中数字为对应序号中的时间）标准时间/s110:08:39.004速断动作210:08:39.714失压分闸失压分闸(2)-(1)0.7100.600310:08:40.198重合闸(3)-(1)1.1941.200410:09:01.416有压合闸(4)-(3)21.21821.000510:09:06.519闭锁分闸启动(5)-(4)5.1035.000610:09:06.869闭锁分闸复归(6)-(5)0.3500.350710:09:08.612有压合闸(7)-(4)7.1967.000810:09:13.732闭锁分闸启动(8)-(7)5.1205.000910:09:19.681速断动作(9)-(7)11.0691010:09:20.414失压分闸(10)-(9)0.7330.6001110:09:20.995重合闸(11)-(9)1.3141.2001210:09:42.004有压合闸(12)-(11)21.00921.0001310:09:42.208速断动作(17)-(15)0.2040.2001410:09:42.802分闸并闭锁合闸(16)-(15)0.5940.6001510:09:43.412重合闸(19)-(15)1.2041.2001610:10:13.715闭锁分闸复归(20)-(8)59.98360.000#0#1#2#3速断：0 s过流：0.6 s重合：1.2 sX时限：21 sY时限：5 sZ时限：0.6 sX时限：7 sY时限：5 sZ时限：0.6 sX时限：7 sY时限：5 sZ时限：0.6 s图 2故障线路接线及开关配置示意图马鹏熙等：电压型分段器闭锁分闸功能的探讨14 2023 年第 10 期 总第 437 期RURAL ELECTRIFICATION演变为永久故障。现根据动作报文及故障排查结果，模拟故障场景：开始是强风把树吹歪碰到线路发生短路跳闸，树枝经线路反弹力脱离线路，经 40.677s（0#开关第 1 次与第 2 次速断动作时间间隔）后，强风最后把树吹倒导致永久性挡在线路上，故造成 0#开关第2 次及第 3 次跳闸。最后由 1#开关隔离故障点，0#开关重合闸成功。3.4保护定值校核通过上述分析，是因为闭锁分闸功能而造成开关越级隔离故障。现对“闭锁分闸复归时限”定值进行校核。在表 1 中“标准时间”列，其闭锁分闸复归时限定值整定为：1#开关为 0.35s，2#开关为60s，1#开关与 2#开关配电自动化终端是不同生产产家。线路开关固有合闸时间取 0.3s，时间裕度取 0s，其他参数按图 1 所示取值。延时闭锁分闸复归时间按式（1）计算，则1#开关整定为：0.6+72+0.32+1.2+0=16.4s。2#开关整定为：0.6+7+0.3+1.2+0=9.1s。而 1#开关、2#开关延时闭锁分闸复归时间是按厂家默认值取值，2 个开关为不同生产厂家，故 1#开关设置为 0.35s，2#开关设置为 60s，均不符合整定原则。现对正确整定后模拟动作情况，分析正确整定后是否可避免该次越级动作事故？3.5闭锁分闸复归参数设置正确的动作情况根据上述整定计算结果，变更表 1 的相关参数，以上述案例首次线路故障发生时为参照时间，按动作逻辑顺序列出动作过程。其模拟动作情况如表 2所示。由表 2，当 39.995s 时，第 2 次故障发生，1#、2#开关处于闭锁分闸期间，开关不会分闸，故造成第 10 行处 0#开关加速动作（红色字体）。说明该故障如果在正确设置闭锁分闸时间定值情况下，反而会发生变电站出口开关重合闸不成功，造成全线停电的事件。由表 2 可知，闭锁分闸复归参数设置正确，不但不可避免上述案例事件，反而会加重事件影响范围。试问，是否闭锁分闸功能无作用呢？现对单一故障模拟动作情况。表 2正确整定后开关动作情况表序号时间/s时间公式（含义见表后备注)0#开关1#开关2#开关相关参数/s10.000速断动作20.600+(2)失压分闸失压分闸Z时限：0.60031.200+(3)重合闸动作重合闸时限：1.200422.200+(4)有压合闸1#开关X时限：21.000527.200+(5)闭锁分闸功能启动1#开关Y时限：5.000629.200+(6)有压合闸2#开关X时限：7.000734.200+(7)闭锁分闸功能启动2#开关Y时限：5.000839.995+(8)瞬时速断动作2#开关合上后又发生故障时间：10.795941.195+(9)重合闸动作重合闸时限：1.2001041.295+(10)后加速动作后加速时限：0.1001243.300+(12)闭锁分闸功能复归2#开关闭锁分闸复归时间：9.1001143.600+(11)闭锁分闸功能复归1#开关闭锁分闸复归时间：16.400注：圆圈中数字为对应序号中“时间”列数据，括号数字为对应序号中“相关参数”列数据。Operation&Maintenance|运行维护2023 年第 10 期 总第 437 期 15RURAL ELECTRIFICATION3.6单一故障动作过程在图 2 中，2#3#开关之间仅发生 1 个永久性故障，在定值正确整定的情况下，列出动作过程。动作过程详如表 3 所示。动作过程表明，2#开关正确分闸，并闭锁合闸，有效隔离了故障点，恢复非故障线段（2#开关前段）的正常供电。在动作过程中，1#2#开关线段仅出现 2 次短时停电，且每次均快速恢复供电（每次动作停电时间均为出口开关重合闸 1.2s 时间）。若不投入“延时闭锁分闸”功能，按式（2）计算，其1#开关至 2#开关线段的停电时间将达到 1#开关 X时限与出口开关重合时间之和，为 22.2s，对用户造成极大影响。所以，延时闭锁分闸功能，对于单一故障能有效提高供电可靠性。4结束语延时闭锁分闸功能，是针对电压型分段器在隔离故障过程中，避免非故障线路段自动化开关无必要的动作，而采取的一种减少停电时间的设备技术措施，目的是提升非故障线段的供电可靠性，这在线路单一故障情况下效果明显。但是，配网线路因通道状况条件差、设备选型标准低等因素，抵御恶劣天气的能力弱，常常会发生单一故障所引发的多点故障。通过分析可知，闭锁分闸功能仅适用于单一故障，不适应多点故障的情况。在多点故障情况下，闭锁分闸功能反而会扩大停电范围，对供电可靠性、用电满意度造成极大影响。所以，笔者认为，闭锁分闸功能属无用功能，其使用效果得不偿失，故按“地区电网服从主系统电网，下一级电网服从上一级电网，局部问题自行处理”的整定原则，电压型配网自动化开关慎重使用延时闭锁分闸功能。配网类继保自动化与主网相比，仍处于起步不久的阶段，对于配网自动化开关逻辑功能的选择方面，还存在许多问题与争议，需要配网保护自动化管理、运维人员关注问题、不断探索，自我提升专业水平，能针对不同的地区、不同的网架，因地制宜的设置开关功能，避免因开关功能设置不合理所导致事件发生，保证配网自动化开关发挥其最好的功能。参考文献侯惠芬，黄建中.电压型分段器得电未合闸的原因分析及改进J.农村电气化，2017(10)：3132.1作者简介马鹏熙（1993），男，助理工程师，从事县级供电企业配网自动化设备运维。黄建中（1970），男，电力工程高级工程师，从事县级供电企业配网技术管理工作。（责任编辑：刘艳玲）表 3单一故障开关动作情况表序号时间/s时间公式(含义见表后备注)0#开关1#开关2#开关3#开关相关参数10.000速断动作20.600+(2)失压分闸失压分闸失压分闸Z时限：0.60031.200+(3)重合闸动作重合闸时限：1.200422.200+(4)有压合闸1#开关X时限：21.000527.200+(5)闭锁分闸功能启动Y时限：5.000629.200+(6)有压合闸2#开关X时限：7.000729.200速断动作829.200X闭锁3#开关X时限：7.000929.800+(9)失压分闸，并Y闭锁Z时限：0.6001030.400+(10)重合闸动作重合闸时限：1.2001143.600+(10)闭锁分闸功能复归1#开关闭锁分闸复归时间：16.400注：圆圈中数字为对应序号中“时间”列数据，括号数字为对应序号中“相关参数”列数据。马鹏熙等：电压型分段器闭锁分闸功能的探讨16 2023 年第 10 期 总第 437 期