电压―时限式馈线自动化在应用中所面临的几个问题

1电压—时限式馈线自动化在应用中所面临的几个问题通过对电压—时限式馈线自动化设备配合原理的了解可知，电压型配电自动化设备利用杆上设备与站内断路器重合的时间配合，具有就地智能化故障处理、隔离的功能，从而缩短停电时间、减少停电区间，实现馈线自动化。由于这类设备在第一阶段的应用可以取得显著效果，因此在国内得到了较广泛应用。围绕该方式的工作原理，初次接触这种模式的同志提出较多的问题是关于这类设备的第一阶段应用的实际问题如：是否存在多次重合对变电站产生冲击的问题、开关设备采用无压释放原理是否存在频繁操作问题、如何解决二次重合问题、单相接地问题的处理、如何解决架空电缆混合网等问题等。下面分述如下：1、是否存在多次重合对变电站造成冲击的问题仔细分析电压—时限式馈线自动化工作原理可看出，采用这种设备和不采用这种设备，出线断路器开断短路电流的次数是相同的，均是两次。不同的只是在一次重合失败后，按原有的规程需要巡线查出故障后再送电，而现在因为故障点已被隔离，因此在一次重合失败后可以通过合闸迅速恢复非故障区域的供电。由此可见，电压型配电自动化模式和早期的重合器、分段器组合模式是完全不同的类型，不会造成出线断路器额外开断短路电流的问题。再对比电流型的配电自动化系统，其故障隔离的工作原理是主站接收到来自于FTU检测的故障电流，通过判断其最后一级流过故障电流的开关和第一级无故障电流的开关，确定故障发生在这两级开关之间，然后向这两级开关发分闸命令来实现故障隔离的。这种方式从原理直观的认识上，因系统直接控制分段开关分闸而感觉不会造成变电站断路器冲击。但事实上，在线路发生故障时，站内断路器必须经过一次重合，其目的是对瞬时性故障的迅速恢复供电，若电流型的配电自动化系统，按照上述原理直接分闸隔离故障，那么大比例的瞬时故障将被视为永久性故障而被隔离，因而会造成扩大事故的问题。由此可见，几种配电自动化方式在实际应用中都需要经过一次重合闸，变电站内设备的动作次数是相同的。2、二次重合闸的问题【1】为什么要求变电站实现二次重合闸本套配电自动化设备的工作原理是基于电压—延时方式。对于分段点位置的开关，在正常工作时开关为常闭状态。当线路因停电或故障失压时，所有的开关都打开。在第一次重合后，根据控制器的延时设置，线路分段开关逐级投入，直至投到故障段后线路再次跳闸，故障区段两侧的开关因感受到故障电压而闭锁。当站内断路器再次合闸后，正常区间恢复供电、故障区间通过闭锁而隔离。对于联络点位置的开关，在正常时感受到两侧有电压时为常开状态，当一侧电源失压时，该联络开关开始延时进行故障确认，延时时间整定值为故障侧线路完成对故障确定并闭锁的时间。在延时时间完成后，联络开关投入，后备电源向故障线路的故障后端正常区间恢复供电。本套电压型馈线自动化设备与站内出线断路器实现二次重合闸配合使用，第一次重合闸，判定故障区间并闭所故障线路前后开关，第二次重合闸恢复故障前端正常线路的供电。【2】为什么要求变电站重合闸时间设定为5秒因为FDR/RTU控制器有一个3.5秒的故障确认时间（Z-时间），此故障时间与各种锁扣关系密切相关，故重合时间一般设定为5秒，大于FDR/RTU3.5秒的故障确认时间。如果在此故障确认时间之内，变电站内的重合闸动作，这时线路上的馈线设备将不经延时的投入,使设备无法判断出故障点。2【3】变电站的出线保护重合闸时间设定与设备配合措施变电站的出线保护重合闸时间的设定，根据出线保护配置的类型可分为三种情况。(1)变电站内馈线保护配置是微机保护和常规保护，并且保护装置具备两次重合闸的功能，当控制器与站内断路器实现二次重合闸运行相配合时，建议站内第一次和第二次重合闸时间设为5s。此时与变电站出口相连的第一个控制器时间可设为最短，其余各分段点相配的控制器时间根据具体情况而设定。(2)变电站线路保护装置是微机保护，但只有一次重合闸的功能，此时可考虑把微机保护装置的重合闸充电时间设为1秒钟左右，并且重合闸延时时间可设为5秒。(3)如果站内断路器保护不具备两次重合闸功能，并为常规的继电器保护，则将出线第一个开关控制器设为21秒，这样一来，如果是出线断路器外第一段线路故障，则第一次重合即马上重合到故障线路，出线断路器即跳闸闭锁不再进行第二次重合；如是第一个分段开关后第二段以后的线路故障，则第一次重合后须经过21s才会重合到故障段，这样满足了重合闸的充电时间（约15秒左右），为第二次重合闸恢复故障前端线路供电做好准备。3、关于架空线和电缆混合网问题电压型设备在应用中经常提及的另一个问题是有关架空线于地缆的混合网或纯地缆网因不宜重合，这一模式就不能使用的问题。为此，我们首先讨论电缆网为何不进行重合的问题。由于地缆发生的故障多为永久性故障，那么即便是再次重合，这些故障也不可能消失，而重合再次冲击线路，因此重合没有意义，这时需要的是全线停电查寻故障。那么，再看一下使用这种设备后的效果，线路发生故障后，通过一次重合，分段开关可以逐级投入，隔离故障，通过送电确保其他正常区间迅速恢复供电，因此通过一次重合就可以大大提高供电可靠性。至于说重合后会扩大事故的问题，由于现在重油电缆比例日趋减少，大部分已采用交联电缆，因此扩大事故的可能性已大大减少。事实上较早使用这一设备的北京前门地区，是典型的架空地缆混合网，目前已有100余套设备投入，投运以来运行良好，受到了明显的社会、经济效益。此外，新疆乌鲁木齐市已成功的将电压型馈线自动化系统设备用于电缆网。在国外，例如大面积使用这种设备的日本东京银座地区，该地区的配电网是中性点不接地系统，目前有4000余公里的电缆及400余公里的架空线，整个配电网均通过一次重合闸隔离故障。4、单相接地问题单相接地对于中性点不接地系统的10kV配网的确是一个难点，但由于电压型的基本原理于电流无关，所以采用了电压型这种模式后，处理单相接地问题就显得非常方便了。处理此类故障有两种情况：（1）、开关配套的PT无零序绕组：必须将操作规程中单相接地后仍可带故障运行两小时改为一旦发生有单相接地，断路器立即动作，以便利用断路器的二次重合闸功能将故障迅速切除，并恢复其它正常区段的供电。（2）、开关配套的PT有零序绕组：当线路发生单相接地后，在变电站的自动选线装置或手动拉线的配合下，自动将单相接地故障段隔离。当与自动选线装置配合时，出线开关需要跳一次闸，然后再进行一次重合。当与手动拉线法配合时，也需要进行一次重合。5、有无向变电站反送电可能性问题为了保证线路负荷自动转移时，正常站在向停电站的负荷供电过程中，避免将电送至停电站内，馈线出口处开关的连线方式均采用单PT投入方式（如示意图中出口开关符号所示）。3如上左图所示，当变电站正常送电时，当电送到S端时，FDR检测到S端来电并经7秒延时后，FDR发出指令开关关合，电送到L端；反之，当变电站停电时，联络开关关合后，电由另一方向送到L端，由于FDR感受不到L端来电，因此开关不会关合，防止电反送到站内。这就是单PT方式开关可防逆送电的原理。实际上在全国各地投运的电压型模式中均采用这一方法，实践表明运行状况良好。PVS变压器SL变电站FDR单PT工作方式PVS变压器SLFDR正常工作方式变压器6、开关缺少明显可见断点问题对于开关安装需要明显可见断点的问题，各地反映较多，实际上在以往的杆上油断路器中也不存在可见断点，有的地区在上一级杆加装隔离开关解决这一问题，有的则没有装，随着新型开关的开发和用户的要求，一些厂家开始在开关本体外部（上方或侧面）配套隔离开关，而实践证明这样加装的隔离开关由于受安装位置、设计、制造工艺水平等因素的影响，投运后故障较多，反倒成了与全密封免维护开关自动化要求不相适应的一个薄弱环节。因此若考虑明显可见断点的问题，最好使用专业制作的高可靠性的独立操作隔离开关。对于电压型的配电自动化开关，由于产品免维护设计，其产品的结构为开关内部有一个与真空灭弧室连动的隔离断口，机构配合非常巧妙，保证了灭弧室打开后隔离断口打开，这样，大大地提高了开关地绝缘性能和操作的完全可靠性。实际上有些地区在使用了这种开关后，基于全绝缘化的考虑，已不再加装隔离开关。7、柱上开关为何采用“来电关合、无压释放”工作原理的问题作为应用于配电自动化的柱上开关，其与系统的配合就如同人的手脚合大脑的配合。对应于配电自动化系统设计的整体思路，开关作为执行机构其设计的工作原理也应是为整体思路服务的，而不是在原有普通开关基础上简单改造来适用的。电压型配电自动化开关在设计时，是以配电自动化的长期发展为基础的，其开关设计的最主要思路是保证卓越开断性能前提下的高可靠性、免维护性、高安全性，因此，开关动作基本原理提出了独特的来电关合、无压释放工作原理。为什么要这样设计呢？因为只有这种模式，才有可能避免在停电时操作开关。对于电流型的配电自动化系统，开关采用常规柱上开关，其在一次重合失败后，通过后台系统判断后对故障区段前后一级的开关发出分闸命令，这时线路存在2个情况（1）根据常规柱上开关工作原理，这时的开关是关合状态；（2）由于系统判断出故障位置后，需要向相应的开关发出分闸命令，而此时线路无电，需要额外的电源提供开关分闸的激励电源和通信电源，这就是为什么大多数开关选型时会提出无电时还需分合几次的要求。这时对蓄电池的要求及停电时的供电电源等相应问题就随之而来。而蓄电池作为工作电源，尤其是应用于户外设备，其免维护性和户外环境的适应性都存在许多问题，杆上设备的可靠性就有所降低。4再对比电压型的配电自动化开关，在重合失败的同时，开关因无压释放处于分位置，而且由于其配套的控制器又具备智能化的就地故障隔离功能而闭锁。这时在无电条件下，开关就无需动作了，这种思路才能保证了开关避免使用蓄电池而达到真正的免维护。那么，开关是否能够承受这种频繁的动作呢？对于传统的弹簧储能机构开关，由于其设计以强化分合功能为基础的，因此需要大量的元器件来实现，频繁的合分对大量元器件产生冲击，开关就又可能承受不了。而电压型的负荷开关，其基于适应频繁分合原理的独到、简化设计能够承受上万次的合分动作（试验完成了16000次无故障），因此满足了功能设计的要求。此外，对开关设备频繁动作的要求，不仅仅是为了完成故障时的动作，更重要的是完成配电自动化的另一个重要功能，动态运行过程的合理负荷分配，实现配电网经济运行而提出的。