一种控制配网线路微机自动重合闸频繁重合动作逻辑方法

摘  要：电网中运行的线路自动重合闸装置在提高供电可靠性的同时必须兼顾设备及系统安全性，不正常动作会引起人身及电网设备事故。国内断路器厂家额定操作顺序与保护厂家重合闸装置传统逻辑之间存在矛盾，在传统的自动重合闸逻辑中增加控制逻辑电路，可以有效防止重合闸装置短时间内频繁重合对人身、设备、电网造成的损害。

关键词：断路器;额定操作顺序;自动重合闸;频繁重合;控制逻辑

0引言：针对一起35KV真空断路器短时间内频繁重合动作行为进行分析，并对国内断路器厂家额定操作顺序与保护厂家重合闸装置传统逻輯之间存在的矛盾，提出防止自动重合闸装次置短时间多次频繁重合的解决方案。

1断路器短时间内多次重合动作行为分析

2020年7月5日19时39分至19时43分之间，35kV康X架空线路 3207开关先后5过流I段出口动作跳闸，均重合成功（时间间隔分别为19S、55S、60S、104S）。19时55分（经过12分钟）第6次故障时，因控回断线，线路再次故障时开关拒动，主变后备保护动作切除故障。

经分析，该35kV开关柜存在线路侧接地刀闸口与母排距离仅100豪米左右（空气绝缘，国标≥300毫米）隐患，故障发生时雷雨，该线路走廊雷电频繁。雷电场强能量干扰线路，引发开关柜地刀处空气绝缘耐压不足，母排对接地刀闸弧光放电，保护动作切除故障，重合闸启动，此时雷电能量侵扰释放，绝缘暂时恢复，重合成功。但短时间内（19秒左右），雷电再次侵扰线路，再次引发此处薄弱的空气绝缘击穿，弧光短路，保护动作跳闸，重合闸各项条件具备，再次启动重合，此时侵扰能量释放，绝缘又暂时恢复，重合成功。此后动作结果分析均是此原因。

此次故障短时间内对主变进行多次近区短路冲击，侥幸未引起主变绝缘击穿。断路器未引发爆炸，未引发设备人身事故，但给主变及断路器的电寿命使用造成极大伤害。

经分析，保护装置动作正确，按照预定的自动重合闸装置动作逻辑行为也正确，但：自动重合闸短时间内（4min）频繁动作行为是否正常（5次开断短路电流，5次重合成功），是否符合电气设备及电网安全稳定运行条件，答案显而易见，存在如下危害：

1）断路器在短时间内切断多次短路电流，断路器遮断容量显著下降，加上之前运行过程中切断故障短路电流次数，可能已经超出厂家规定的短路电流切断次数，不排除再次切断故障短路电流时开关遮断容量不足，发生爆炸事故。

2）电力系统短时间内多次受到故障冲击，可能引起系统振荡。

3）穿越短路电流对主变等主设备多次冲击造成损坏。

4）分断短路电流时间间隔小于断路器额定操作顺序的时间间隔，额定时间间隔之内多次分断短路电流，造成触头的磨损和烧蚀，影响电寿命使用，极端情况下会引发断路器因遮断容量不足爆炸，扩大事故。

根据《高压交流断路器》（GB1984-2014）、《高压交流断路器》（DL/T402-2016）、《12-40.5KV高压真空断路器订货技术条件》（DL/T403-2000），规定断路器额定操作顺序有两种选择：

a）O- t-CO-t'-CO（用于自动重合闸），其中t=0.3S;t'=180S 。尚有两个取值15S（用于40.5KV以下快速自动重合闸）或60S可代替。

b） CO-t″-CO（不用于自动重合闸），其中t″=15S 。

目前40.5KV及以上断路器各厂家均按照如下额定操作顺序进行试验：O-0.3S-CO-180S-CO 。

因此，前述断路器动作行为已经严重违反额定操作顺序时间。

2、国内断路器厂家标定的额定操作顺序与保护厂家重合闸装置逻辑之间存在矛盾

标准中的断路器额定操作顺序是在试验室中为了验证断路器开断和关合短路电流能力以及是否具备免维护，具有较长电寿命而规定的一个试验顺序的各个操作之间的时间间隔。同时也应该是设备运行中操作顺序和时间间隔的允许值。标准中的时间间隔最大值（180S，甚至规定可以延长至10min）取值，主要是考虑少油断路器开关油绝缘强度恢复时间，试验站的限制（有可能达不到15S＼60s＼180s）。在有人值班变电所，运维人员从中控室到开关场确认检查，再行强送电时间大约也是180S。但现在断路器使用真空及SF6介质灭弧，绝缘强度恢复快，同时无人值守站所大量投运，因此部分真空断路器具备15S（ABB/VD4/40.5KV及以下，额定开断短路电流31.5KA及以下）后第二次重合或者手动强送能力。但对40.5KV及以上断路器各厂家仍取180S值进行试验验证。

断路器额定操作顺序试验，是考核断路器额定性能的依据，考虑了运行中的断路器可能承受的最恶劣工况，兼顾了设备及系统安全性，供电可靠性。结合断路器机械特性，保护及自动重合闸装置性能，对架空进线断路器实现两个最基本要求：1、提高供电可靠性，短路故障后，断路器通过0.3S的无电流时间快速恢复绝缘，同时由自动重合闸装置实现第一次重合，如为瞬时性故障，则重合成功，线路恢复供电;如为永久性故障，则加速保护快速跳闸2、保证了设备及系统的安全稳定性。短路故障后，配合保护及自动重合闸装置动作行为，断路器可承受短时间内两次关合、三次开断短路电流而不受损坏或者影响其电寿命， 系统及主设备则允许在第一次重合失败后，经过180S（或者15S/60S）进行第二次自动重合或者手动强送，如不成功，则不允许再强送。

目前国内主流保护厂家重合闸装置动作逻辑：对于三相一次重合闸，重合成功后，如满足充电条件，则在15-20S内完成充电（断路器储能时间一般在5-10S），此后保护再动作跳闸，如满足重合闸装置动作逻辑条件，就可以进行二次重合或者手动强送，远远小于额定的180S的时间间隔（虽然大部分情况下故障短路电流小于额定分断短路电流），这还是在预设的一次重合闸正常动作行为工况之下的不符合标准行为，如果发生前述异常运行工况，重合闸装置每次都会短暂重合成功于绝缘薄弱故障，由于监控人员没有及时发现不加干预或者没有发生前述控回断线行为，最终后果是断路器爆炸或者主设备损坏，期间可能造成系统振荡、用户因电能质量问题引发次生损害。

3、逻辑控制方法

目前国内主流保护厂家配网线路微机自动重合闸装置逻辑均没有针对此类故障的防范。前述故障虽然是个例，但不代表类似故障行为不会再次发生，如在配网系统发生单相非金属性间隙性接地故障时，有可能造成异相绝缘薄弱处因电压升高而短时间对地放电，造成两相异地接地短路，当保护动作切除故障后，薄弱绝缘处可能短暂自恢复，重合成功，短时间后同样故障会再次发生。因此如何防范，避免类似事件发生，提出如下逻辑控制方法：

国内配网线路微机重合闸装置原理大部分都采用三相一次重合闸，也保留三相二次（三次/四次）重合闸功能（如国电南PSL641U、深圳南瑞ISA351G＼ISA367G）。应在重合闸装置逻辑回路中设置脉冲计数器，启动相应时间继电器：对于三相一次重合闸，在第一次保护动作跳闸后，重合闸启动，经延时发合闸脉冲，对装置放电同时启动脉冲计数器，脉冲计数器置“1”并触发时间继电器，经T1时间（0S-165S，根据断路器额定操作顺序选择时限）延时后重合闸装置满足条件开始充电，充好电后，如在脉冲计数器开放时间内再次发生故障跳闸（脉冲计数器设定30min整组复归），其他条件具备则进行第二次重合触发，脉冲计数器置“2”并触发时间继电器，在T2时间之内（10-20min可选），当线路再次故障跳闸，第三次重合触发，脉冲计数器置“3”。在设定时间T2之内第三次重合无论成功与否，应立即闭锁重合闸并自保持（或者在设定的延时时间内自动复归，延时时间考虑1个小时，根据地区运行经验设定），这样即使线路重合成功，在一定短延时后再次跳闸，装置闭锁重合闸。等待仔细检查，直至故障排除，由专业人员遥控或者就地手动对重合闸装置进行复位干预。对于三相多次重合闸功能，保证供电可靠性的同时亦应考虑额定操作顺序时间间隔，允许在大于再次重合闸闭锁时间内（一般规定5S）而小于60S内（多次重合闸装置整组复归时间），进行设定次数重合（不应超过三次），3次以后，无论重合成功与否，同上所述，应立即闭锁重合闸并自保持，排除故障后由专业人员遥控或者就地手动对重合闸装置进行复位干预。脉冲计数器可通过控制字设定其投退，一次、二次脉冲启动时间继电器可通过整定定值为0S配合三次重合闸。（逻辑框图如图1所示）

4、结论

上述方案可有效防止电力系统分正常运行工况下，重合闸频繁动作行为造成人身、电网、设备事故事故发生，具有一定的工程实用价值。

参考文献：

【1】中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会发布，中华人民共和国国家标准《高压交流断路器》（GB1984-2014）  ICS29.130.10，k43.

【2】国家能源局发布，中华人民共和国电力行业标准《高压交流断路器》 （DL/T402-2016） ICS29.240.01，k44.备案号53986-2016.

【3】中华人民共和国国家经济贸易委员会发布《12-40.5KV高压真空断路器订货技术条件》（DL/T403-2000） ，k43.

【4】国电南京自动化股份有限公司，《PSL620系列数字式线路保护装置技术说明书》.

【5】南瑞继保，《RCS951系列高压输电线路成套保护装置技术和使用说明书》.

【6】北京四方继保自动化股份有限公司《CSC160系列数字式线路保护装置说明书》.

【7】深圳南瑞科技有限公司《ISA367G线路保护测控装置技术说明书》.

【8】许继电气股份有限公司《WXH-821B/G2微机线路保護测控装置技术说明书》.

作者简介：李豹生，（1971-  ） 男，本科学历，从事电力系统继电保护及二次设备运维管理，长期进行继电保护事故处理、案例分析及原理研讨工作。