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林  冬

1  引言

    采用日本東芝技術(shù)的電壓型架空配電自動(dòng)化設(shè)備利用柱上設(shè)備與站內(nèi)斷路器重合的時(shí)間配合，具有就地智能化故障處理、故障隔離的功能，從而可快速自動(dòng)判斷、隔離故障段，自動(dòng)恢復(fù)非故障段線路供電，縮短線路運(yùn)行維護(hù)人員查找、排除故障時(shí)間，提高供電可靠性。而且，這類設(shè)備在不具備通訊配合的應(yīng)用中也可以取得顯著效果，因此在近年來得到了相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。

    然而在近幾年的掛網(wǎng)運(yùn)行中，由于對(duì)這類產(chǎn)品的基本原理和功能的了解不足以及產(chǎn)品自動(dòng)化設(shè)計(jì)思路未被認(rèn)識(shí)等方面原因，人們對(duì)電壓型架空配電自動(dòng)化設(shè)備的應(yīng)用還是提出了不少疑問，例如是否存在多次重合對(duì)變電站產(chǎn)生沖擊、如何解決二次重合閘、開關(guān)缺少明顯可見斷點(diǎn)等問題。因此，本文在簡(jiǎn)單介紹應(yīng)用原理的基礎(chǔ)上，分析、說明了電壓型架空配電自動(dòng)化系統(tǒng)的特點(diǎn)，并結(jié)合廣州供電分公司實(shí)際情況，對(duì)具體操作中經(jīng)常遇到的各種疑問進(jìn)行探討、分析，并提出相應(yīng)的解決方法和注意事項(xiàng)。

2  電壓型架空配電自動(dòng)化設(shè)備的應(yīng)用原理

    電壓型架空配電自動(dòng)化設(shè)備主要由柱上真空自動(dòng)配電開關(guān)（PVS），帶故障診斷的控制單元（FDR或RTU）和電源變壓器（SPS）三大部分組成。所謂“電壓型”實(shí)質(zhì)指設(shè)備是基于電壓、時(shí)間配合的原理進(jìn)行工作，其正常工作和對(duì)事故的判斷處理均是以電壓為基本判據(jù)，通過每一區(qū)段投入的延時(shí)逐級(jí)送電，來判斷故障區(qū)間。在此，筆者以一環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的線路為例，簡(jiǎn)單介紹圖1中的基本工作原理：

    圖1(1)：圖中所示為目前架空配電自動(dòng)化應(yīng)用較為典型的手拉手環(huán)網(wǎng)供電線路正常運(yùn)行狀態(tài)，利用PVS開關(guān)將線路劃分為幾個(gè)區(qū)段，其中CB1、CB2為站內(nèi)斷路器，B、C、D、F、G為常閉PVS，E為常開PVS；

    圖1(2)：假設(shè)在圖中c區(qū)發(fā)生了故障，變電站保護(hù)將會(huì)因檢測(cè)到故障電流而開斷出線斷路器，隨后各級(jí)桿上開關(guān)失壓分?jǐn)啵?/SPAN>

圖1  環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)線路

    圖1(3)：經(jīng)過延時(shí)，站內(nèi)出線斷路器重合閘；

    圖1(4)：柱上開關(guān)按設(shè)定的延時(shí)時(shí)間逐一關(guān)合；

    圖1(5)：如果該次故障屬于瞬時(shí)故障，那么當(dāng)開關(guān)C關(guān)合后，此時(shí)故障應(yīng)已消失，因此在開關(guān)D關(guān)合后，線路將恢復(fù)(1)中的正常運(yùn)行狀態(tài)；

    圖1(6)：但是假如該次故障為永久性故障，那么當(dāng)開關(guān)C關(guān)合后，由于故障并未消失，斷路器將再次掉閘，即相當(dāng)于重合失敗。與此同時(shí)，c區(qū)間的前后兩級(jí)開關(guān)C、D因感受到故障電壓而產(chǎn)生閉鎖，從而隔離了故障段；

    圖1(7)：按常規(guī)的操作規(guī)程，此時(shí)不應(yīng)再關(guān)合變電站出線斷路器，而應(yīng)在查出線路故障后再由調(diào)度下令送電。但由于配電自動(dòng)化設(shè)備已隔離了故障段，所以可通過再次重合，對(duì)故障段的前端線路恢復(fù)供電；

    圖1(8)：環(huán)網(wǎng)點(diǎn)的聯(lián)絡(luò)開關(guān)在感覺到一側(cè)失去電壓后，將經(jīng)過預(yù)置的延時(shí)后自動(dòng)投入，使故障段后面的區(qū)域恢復(fù)供電。

3  具體操作中對(duì)各種問題的處理過程和解決方法

    以下就具體操作中對(duì)各種常見問題的處理過程和解決方法進(jìn)行闡述：

    (1)  對(duì)現(xiàn)有保護(hù)進(jìn)行二次重合閘改造

    如何改造原有饋線保護(hù)中的一次重合閘，使之成為能與配電架空自動(dòng)化相配合的二次重合閘，是筆者面對(duì)的第一個(gè)問題。目前10kV出線斷路器柜的二次重合閘可以分為微機(jī)保護(hù)型和常規(guī)保護(hù)型兩種。

    ①  對(duì)采用新型微機(jī)保護(hù)的斷路器出線柜，可以通過要求保護(hù)廠家修改相關(guān)芯片，為饋線保護(hù)增加二次重合閘功能，從而實(shí)現(xiàn)重合閘的投入或退出、完成1~2次重合閘、各次重合閘的時(shí)間定值設(shè)定、出口故障時(shí)的鎖扣、累計(jì)并指示重合閘次數(shù)等功能。

    ②  對(duì)采用常規(guī)保護(hù)型的斷路器出線柜，可以考慮將原變電站斷路器柜的一次重合閘繼電器更換成多次重合閘繼電器，而其余都不變，即可實(shí)現(xiàn)站內(nèi)斷路器的二次重合閘。這種多次重合閘繼電器是有關(guān)廠家專門為電壓型配電自動(dòng)化系統(tǒng)而配合設(shè)計(jì)的，具備了完成與系統(tǒng)配合的二次或三次重合閘、故障區(qū)段的指示、出口故障時(shí)的鎖扣、重合閘次數(shù)記錄等功能。

    ③  通過利用原有一次重合閘繼電器來完成二次重合功能。其基本方法是出線第一個(gè)柱上開關(guān)的控制器X時(shí)間設(shè)定為21秒或以上，以保證站內(nèi)斷路器重合閘繼電器能夠順利完成電容充電（15秒左右）。這樣，當(dāng)線路發(fā)生故障，斷路器進(jìn)行第一次重合閘后，至少經(jīng)過21秒以上才會(huì)送電到最近的故障線路（出口故障除外），此時(shí)斷路器的重合閘繼電器已恢復(fù)正常工作狀態(tài)，如果第一次重合后，由于送電到故障線路，引起斷路器再次掉閘，該繼電器可自動(dòng)完成下一次重合。這種方式雖然簡(jiǎn)便易行，也不需要改動(dòng)變電站現(xiàn)有的保護(hù)繼電器，但是存在著一定的安全隱患：假如其中一個(gè)柱上開關(guān)因某種原因出現(xiàn)故障閉鎖失敗，那么將會(huì)引起站內(nèi)斷路器在短時(shí)間內(nèi)不停分合動(dòng)作，直至人工干預(yù)或故障自動(dòng)消失為止，這將給變電站一次設(shè)備帶來極大的危害。

    (2)  變電站一次設(shè)備受到的額外沖擊

    隨著斷路器出線二次重合閘改造完成，電壓型架空配電自動(dòng)化投入運(yùn)行，變電站一次設(shè)備會(huì)否因此而受到額外的短路電流沖擊呢？筆者對(duì)改造前后新舊系統(tǒng)在不同故障下的動(dòng)作情況進(jìn)行分析：

    ①  對(duì)于瞬時(shí)故障，二者均在一次重合閘后成功送電，此時(shí)出線斷路器開斷短路電流次數(shù)均為一次。

    ②  對(duì)于永久故障，二者均一次重合閘失敗，不同的是前者由此而產(chǎn)生閉鎖，而后者會(huì)跟著產(chǎn)生第二次重合，但由于此時(shí)故障段開關(guān)已經(jīng)成功閉鎖，因此這次重合并不會(huì)再次產(chǎn)生短路電流，可見實(shí)際上，出線斷路器開斷短路電流次數(shù)均為二次。

    ③  對(duì)于特殊的變電站出口故障，二者均在一次重合閘后立刻檢測(cè)到短路電流的存在而再次跳閘，此時(shí)前者成功閉鎖，而后者由于在程序中專門對(duì)出口故障進(jìn)行了閉鎖設(shè)定，同樣不會(huì)引起斷路器二次合閘，開斷短路電流次數(shù)均為二次。

    可見，改造后的新系統(tǒng)不會(huì)對(duì)變電站一次設(shè)備帶來額外的短路電流沖擊。

    (3)  向變電站意外反送電的可能性

    在日常生產(chǎn)中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)變電人員分?jǐn)嗾緝?nèi)出線斷路器，對(duì)站內(nèi)設(shè)備進(jìn)行檢修、試驗(yàn)等工作的情況，如果相關(guān)線路安裝了具備電壓型架空配電自動(dòng)化功能的聯(lián)絡(luò)開關(guān)，由于設(shè)備自身的自動(dòng)化功能，該聯(lián)絡(luò)開關(guān)在檢測(cè)到一側(cè)停電后，經(jīng)過一定的延時(shí)，它必定會(huì)自動(dòng)投入送電到停電線路，因此也就出現(xiàn)了對(duì)自動(dòng)投入會(huì)有意外反送電進(jìn)入變電站的憂慮。通過與有關(guān)專家討論，筆者得出如下處理方法：如圖2所示，對(duì)有可能直接送電到變電站的PVS（圖中a和e），均解除SPS與負(fù)荷側(cè)線路的一次接線，這樣既不會(huì)影響FDR（RTU）對(duì)負(fù)荷側(cè)事故的鎖定，也不會(huì)在變電站出線柜停電時(shí)造成反送，從而有效解決了這個(gè)問題。但是，如果出現(xiàn)需要全線負(fù)荷轉(zhuǎn)供的情況，調(diào)度必須命令線路人員根據(jù)實(shí)際情況手動(dòng)操作開關(guān)a或e，否則變電站出口到a或e之間負(fù)荷將得不到轉(zhuǎn)供。

圖2  解決意外反送電問題處理方法示意圖

     (4)  PVS具備明顯可見斷點(diǎn)的必要性

    PVS開關(guān)內(nèi)部設(shè)計(jì)有一個(gè)與真空滅弧室連動(dòng)的隔離斷口，機(jī)構(gòu)配合非常巧妙，保證了PVS分?jǐn)鄷r(shí)，先打開滅弧室然后再打開隔離斷口；PVS閉合時(shí)，先合上隔離斷口然后再合上滅弧室。這種設(shè)計(jì)大大地提高了開關(guān)的絕緣性能和操作的完全可靠性，從技術(shù)層面上講，PVS已經(jīng)不再需要通過安裝外在的隔離開關(guān)來取得分?jǐn)帱c(diǎn)。然而在實(shí)際的生產(chǎn)中，由于一線工作人員早已習(xí)慣了利用“明顯可見斷點(diǎn)”作為判斷線路是否已經(jīng)真正停電的重要依據(jù)，而實(shí)際上外在的“明顯可見斷點(diǎn)”也比內(nèi)部斷點(diǎn)更能從事實(shí)和心理兩方面為工作人員帶來踏實(shí)的安全感；另外，在進(jìn)行檢修開關(guān)等工作時(shí)，外部隔離開關(guān)也能提供一定的便利。因此，目前在PVS開關(guān)側(cè)安裝隔離開關(guān)仍然是十分常見的裝置形式。

    (5)  與原有的SF6柱上斷路器相比，電壓型架空配電自動(dòng)化設(shè)備的優(yōu)勢(shì)

    ①  對(duì)于線路上最常見的瞬時(shí)故障，SF6柱上斷路器在切斷故障后，不能自動(dòng)重合送電，必須在工作人員巡視線路確認(rèn)故障消失后才能手動(dòng)操作送電；電壓型架空配電自動(dòng)化設(shè)備則能通過變電站出線斷路器的重合功能，自動(dòng)恢復(fù)線路送電。

    ②  對(duì)于永久性故障，SF6柱上斷路器動(dòng)作情況與處理瞬時(shí)故障時(shí)并無區(qū)別；電壓型架空配電自動(dòng)化設(shè)備在隔離故障的同時(shí)，如果對(duì)側(cè)還安裝有具備自動(dòng)功能的聯(lián)絡(luò)開關(guān)，就能對(duì)線路后端的非故障線路送電，把停電范圍縮至最小。

    可見，電壓型架空配電自動(dòng)化設(shè)備對(duì)比原有的SF6柱上斷路器在智能化處理故障、隔離故障、恢復(fù)非故障段送電等方面的確具有明顯的優(yōu)越性，但同時(shí)該設(shè)備裝置形式卻也更為復(fù)雜、造價(jià)也更高。

    (6)  電壓型架空配電自動(dòng)化設(shè)備在電源設(shè)計(jì)方面的優(yōu)缺點(diǎn)

    電壓型架空配電自動(dòng)化設(shè)備的工作原理決定了該系統(tǒng)不需采用蓄電池作為設(shè)備電源，而只要利用SPS直接對(duì)配電線路電壓進(jìn)行采樣即可同時(shí)提供系統(tǒng)需要的電源和檢測(cè)信號(hào)。這樣一來就免去了由蓄電池帶來的大量維護(hù)工作，提高了桿上設(shè)備的可靠性。但是，因?yàn)樵撛O(shè)備中SPS二次回路跟FDR（RTU）、PVS的電源回路連通，所以當(dāng)SPS出現(xiàn)二次短路，線圈燒毀的時(shí)候，不能簡(jiǎn)單地認(rèn)為換一臺(tái)SPS即可恢復(fù)系統(tǒng)工作，而必須是先通過測(cè)試來判斷故障始發(fā)點(diǎn)究竟是位于SPS、FDR（RTU）、PVS三者的哪一部分，這也成為日常維護(hù)工作中的一個(gè)難點(diǎn)。

4  結(jié)論

    在電壓型架空配電自動(dòng)化系統(tǒng)的推廣過程中，雖然人們對(duì)其提出了各種疑問，但是經(jīng)過各方面專家的研究和近年來的安裝、運(yùn)行實(shí)踐后，文中提到的關(guān)于二次重合閘改造、會(huì)否對(duì)變電站一次設(shè)備造成額外沖擊、向變電站意外反送電的可能性、是否需要明顯可見斷點(diǎn)等疑問都得到了較好的解決。同時(shí)，通過與原有柱上SF6斷路器的比較，證明該設(shè)備在性能上的確具有較為明顯的優(yōu)勢(shì)。隨著推廣的深入，該系統(tǒng)必將進(jìn)一步得到完善，在配電網(wǎng)的運(yùn)行管理中發(fā)揮更大的作用。