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10kV配电线路分界断路器成套装置的研究与实践

摘要:城乡电网支线的故障造成10kV干线停电的事故在不断提升,支线的故障已越来越成为影响配网安全运行的主要因素,结合绵阳电业局10kV支线线路故障的具体情况,须解决的问题是该成套装置能实现自动切除被控10kV线路支线的单相接地和相间短路故障。实践表明,分界断路器成套装置在10kV线路支线发生故障时,具备就地处理故障的能力。

1背景

随着城网、农网改造的不断深化,在我国10kV配电网的运行中,供电的可靠性和安全性在不断提高,主干线出现故障和事故的比率已大大降低,但支线等10kV用户进线事故造成主干线停电的比率却在不断升高,因单一用户的故障及保护配合不当而波及整条10kV馈线停电的事故时有发生。支线故障已越来越成为影响配网安全运行的主要因素。

2用户分支线路的现状

目前,10kV架空配电线路至各用户支线入口处大量使用着户外柱上开关和隔离开关,但仍有以下局限性。

2.1多为手动开关,主要用于正常分、合线路负荷电流和隔离电源的作用,不具有自动隔离用户侧事故的功能。

2.2近几年来虽然出现了一些可以隔离故障的负荷开关装置,但对于相间短路故障不能直接切除,必须等变电站跳闸后,才能隔离相间短路故障,继而造成全部线路瞬时停电,这种故障处理模式,对于故障的选择性较差。

2.3不具备重合闸功能,而鉴于我国气候的特殊性,瞬时性故障较多,一旦造成用户10kV停电,必须进行人为巡线确定故障点及故障类型进行故障排除,然后进行手动重合闸,恢复供电,这种故障处理模式的缺点是故障恢复供电时间较长。

3解决故障现状的方法

要解决绵阳地区用户分支线故障问题,需采用一种适用于架空配电线路T接点处,用于自动、直接切除用户端接地或短路故障及快速恢复用户端瞬时性故障供电,且能对线路进行实时监控的设备,要有以下几方面要求:

3.110kV线路短路、接地故障快速检测,自动、快速故障切除技术,能够适应各种不同的10kV系统中性点接地方式。

3.2断路器本体具备可靠的灭弧、绝缘性能,卓越的开断性能和开断速度。

3.3成套装置具备长期免维护性能,采用无油、全密封、共箱、防爆、防潮、防凝露结构设计。

3.4装置与站内线路保护设备能够良好配合。

3.5三相零序一体式组合CT的研制,三相一次CT和零序CT在线路短路、接地故障时具备良好的抗饱和性能。

3.6线路故障的准确定位和事后追忆功能。

3.7具备长期免维护和运行性能好等优点的后备储能电源系统。

绵阳供电公司于2009年8月推广使用了智能型分界断路器成套装置,来应对用户线路故障而波及配电网停电等问题。智能型分界断路器成套装置是一种应用于10kV架空网配电线路责任分界点处,可以实现自动切除10KV配电网线路单相接地故障和相间短路故障及快速恢复瞬时性故障供电的柱上设备,它能够避免因单一用户的故障及保护配合不当而波及整条馈线停电的事故;当配置光纤、GPRS等通信设备后,可与后台主站通信,实现10kV线路的实时监控功能和配电网络的动态管理功能,从而也可以达到合理分配负荷、有效利用能源的目的。可广泛适用于城乡10kV架空配电线路用户T接入口处控制设备的新装与改造。

4智能型分界断路器成套装置的技术特征和原理

4.1技术特征

此装置采用先进的故障处理技术,控制器与分界断路器本体配合,可自动、直接切除界内用户单相接地故障和相间短路故障,避免单一用户的故障及保护配合不当而波及整条馈线停电。可快速恢复界内 10KV用户瞬时性故障引起的停电,并自动记忆线路故障发生的时间、故障时刻电流值及故障性质,以便于事故追忆。其内置具有储存能量大、运行可靠、全免维护等优点的后备储能电源系统,超级电容器后备电源系统,当10kV线路故障甚至线路失压的状况下仍能进行断路器本体分断操作。可在户外使用,防护等级高,具备长期免维护性能,还具备就地遥控分、合闸功能,便于线路检修维护。

4.2技术原理

这个装置主要由断路器本体、控制器和电源PT等3部分组成。断路器本体实现对10kV线路的分断和关合控制,控制器实现对10KV线路的故障检出,并控制断路器本体实现自动、直接切除界内用户相间短路故障和单相接地故障以及自动重合闸等功能,电源PT为成套装置提供工作电源智能型分界断路器成套装置的应用示意如下图所示(虚线框部分为本成套装置示意图)。

分界断路器保护技术原理主要有相间短路和单相接地两种类型。


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4.2.1单相接地故障处理

当界内发生单相接地故障时,控制器侦测到零序故障电流超出零序保护定值时,启动延时计时,在计时超过零序保护动作延时时间设定值后,执行保护动作,控制器令开关迅速分闸,切除用户界内故障。对于中性点不接地系统或中性点经消弧线圈接地系统,单相接地故障发生时变电站不跳闸,零序保护动作延时时间定值只需躲过瞬时接地故障的判定即可。

对于中性点经小电阻接地系统,单相接地故障发生时,变电站会发生保护跳闸,零序保护动作延时时间整定值必须考虑与变电站零序保护的时间配合。其整定值既要躲过瞬时接地故障的判定,又要使分界开关先于变电站保护动作而执行分闸。

4.2.2相间短路故障处理

过流保护功能:当界内发生相间短路故障时,控制器侦测到实际相电流超出过流保护整定值时判定为用户界内过流故障,记忆该故障状态并启动过流保护延时。若在过流保护延时计时过程中,相电流一直超出过流保护整定值,则在延时计时时间大于过流保护延时整定值时输出分闸控制信号;若在过流保护延时计时过程中过流保护延时条件消失,则在满足有过流记忆、线路无电压、线路无电流三个条件时从0开始重新启动延时计时,延时计时时间为300ms时输出分闸控制信号,令控制器闭锁,隔离故障。速断保护功能:同过流保护功能处理逻辑,当界内发生相间短路故障时,控制器侦测到实际相电流超出速断保护整定值时判定为用户界内速断故障,0s切除故障线路。值得注意的是,分界断路器的分闸延时必须与变电站保护及重合闸时间相配合。发生短路故障时,无论变电站保护是否动作,分界断路器必须可靠分闸,若分界断路器后于变电站保护动作,必须在变电站出线开关重合之前完成全部分闸过程。

4.2.3故障后重合闸处理

成套装置具备1次重合闸功能,对于瞬时性短路或接地故障,重合闸延时到后,断路器合闸恢复线路供电;对于永久性短路或接地故障,重合闸延时到后,断路器重合于永久性故障,断路器后加速跳闸。

4.3保护功能

本成套装置采用递归全波FFT快速算法计算交流电流、交流电压等电量信号,通过与整定值及整定时间的比较来实现故障检测。故障检测分为单相接地、相间短路。在成套装置运行前,必须进行零序过流和相间过流定值的整定、零序过流和相间过流故障确认时间的整定。零序过流整定值范围:20mA~60A,零序保护延时整定值范围:0~1800s。相间过流整定值范围:60A~600A,相间保护延时整定值范围:0~10s。自动重合闸整定次数:1-3次,重合闸延时整定值范围:0.5~60s。

当线路零序电流或相电流超过相应的过流整定值且维持整定的故障检测时间后,产生线路故障告警信号,同时产生断路器本体分闸输出,断开故障线路,保护10KV主干馈线不受故障支线的波及而停电。对于瞬时性故障通过自动重合闸功能快速恢复供电,避免因瞬时性故障造成线路长时间停电,提高了供电可靠性。

5用户分界负荷开关在绵阳城区供电局的应用

5.1绵阳供电公司10kV配电网整体现状截至2009年6月底,城区局共有城市公用10kV配电线路47条,10kV线路总长度251.9公里,其中绝缘架空线48.17公里,电缆线路145公里;配电变压器204台,(其中箱变65台);10kV环网柜48台;高压电缆分支箱183台;柱上开关75台。

5.2用户分界负荷开关在绵阳供电公司的应用

5.2.1总体应用概况

绵阳城区本次科技项目共计安装ZW20-12F/T630-20户外高压交流真空分界断路器6台,安装位置位于故障比较频繁的支线线路,如 10kV高虹二线迎宾路支线1#杆,以实现自动切除被控支线的单相接地故障和相间短路故障,证明在线路支线发生故障时,该支线所在的主线不会受到影响。

5.2.2项目验收及应用案例

在运行过程中,正确动作次数4次,分别为:

小结:实践表明,当支线发生故障时,ZW20-12F/T630-20户外高压交流真空分界断路器能可靠对10kV支线线路的单相接地和相间短路故障进行切除,变电站未动作,未影响主线。

6结束语

6.1利用户外高压交流真空分界断路器成套装置能就地处理故障的能力,能够达到实现自动切除被控支线的单相接地故障和相间短路故障的效果和作用。

6.2高压交流真空分界断路器成套装置具有通信接口,在条件成熟时可增加后台系统,实现对10kV支线线路的"四遥"功能。

6.3从绵阳供电局ZW20-12F/T630-20户外高压交流真空分界断路器支线试点工程安装改造投运成功,从实践工程方面证明了该装置的可靠性,今后在城乡电网的10kV支线线路推广应用是可行的。

参考文献:

[1]电力系统继电保护及自动化装置.

[2]珠海许继电气有限公司ZW20-12F分界断路器成套装置设备技术手册.

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