电压型联络开关非正常自动合闸对配网的影响分析

尹茂林，施冬明，霍 健，刘 博，臧宏伟

（国网山东省电力公司济南供电公司，济南 250012）

电压型联络开关非正常自动合闸对配网的影响分析

尹茂林，施冬明，霍 健，刘 博，臧宏伟

（国网山东省电力公司济南供电公司，济南 250012）

由于电压型馈线自动化联络开关动作过程受到自身“电压—时序”逻辑控制，在非故障情况下可能会错误触发自动转供程序而合闸，造成环网线路长期合环运行、故障范围扩大等问题。在介绍电压型馈线自动化系统动作原理的基础上，分析电压型联络开关非正常自动合闸的原理及过程，以实际案例分析其导致接地故障影响范围扩大的过程及原因，并提出了相应的防范措施。

配电网；电压型；联络开关；自动合闸

0 引言

10 kV配电系统配置馈线自动化开关可以实现故障区间自动隔离以及非故障区间迅速恢复供电，确保供电可靠性［1］。“电压—时间型”馈线自动化开关因其结构简单、可靠性高等优点在城郊及农村地区配电网得到广泛应用［2］。但由于电压型联络开关动作过程受到自身“电压—时序”逻辑控制，在无闭锁状态时，会在非故障情况下错误触发自动转供逻辑而合闸，这种电压型联络开关“偷合”的情况会造成环网线路长期合环运行、扩大故障停电范围等一系列问题，严重时可能危及人身和设备安全。因此，对电压型联络开关非正常自动合闸的原理及其对配电网的影响进行分析研究有很重要意义。

在介绍电压型馈线自动化系统动作原理的基础上，分析电压型联络开关非正常自动合闸的原理及过程，并以一实际案例分析了这种电压型联络开关“偷合”情况导致接地故障影响范围扩大的过程及原因，最后针对这种非正常自动合闸的情况提出了相应的防范措施。

1 电压型联络开关非正常自动合闸动作原理

1.1 电压型馈线自动化开关动作原理

“电压—时间型”馈线自动化系统基于电压、时间配合的原理进行工作［3］，依据“电压—时间型”开关来电即合、无压释放的动作特性，与变电站内开关重合闸配合，通过开关两侧TV以及时间继电器实现的电压时序逻辑，确定故障区段位置，并闭锁故障区段两侧开关的来电合闸的功能，实现故障区段的“就地隔离”［4］。配合站内开关二次合闸以及联络开关按照主站程序控制合闸，恢复非故障区段供电。

在如图1所示的“手拉手”线路中，CB1、CB2分别为线路甲、线路乙的站内开关，S1～S6为两条线路上的电压型分段开关，L1为线路甲与线路乙间联络开关。在正常状态下，联络开关处于分位。

若线路甲在F点发生永久性故障，CB1保护动作跳闸，S1、S2、S3相继失压而断开，1 s后 CB1重合，S1、S2按照一定时间延迟依次投入，合闸至S2时，站内开关CB1检测到故障再次跳闸。故障区间两侧开关S2、S3检测到故障电压而闭锁，不再合闸。之后，CB1二次合闸，S1经一定延时后投入，依次恢复S2前段供电。联络开关L1在主站判断故障区间已隔离后，由主站程序控制合闸，通过线路乙恢复S3后段线路供电。

图1 电压-时间型馈线自动化线路结构

1.2 电压型联络开关非正常自动合闸动作过程

对结构如图2所示的电压型联络开关，根据其自身“电压—时序”动作原理，当开关两侧TV任意其一检测电压为零，而另一检测电压不为零时，会触发开关自动转供条件而合闸，为了实现电压型馈线自动化系统中联络开关由主站程序控制，防止联络开关在线路非故障停电情况下自动合闸，在实际运行中，将电压型联络开关在“单侧失压”情况下自动合闸动作进行闭锁。

图2 电压型联络开关结构示意图

闭锁分为遥控闭锁和“两侧失压”闭锁。遥控闭锁投入的条件为开关接到遥控分闸的信号，退出条件为开关经遥控或现场合闸；“两侧失压”闭锁的退出条件则为开关两侧均失去电压，即处于 “两侧失压”闭锁状态中的电压型联络开关两侧TV检测电压均为零时，闭锁将退出。

在正常运行时，电压型联络开关闭锁在“动作”状态，防止开关在一侧线路非故障停电情况下 “偷合”。若因为某种原因，闭锁状态退出，开关将在单侧失电情况下启动自动转程序而合闸。

假设如图2所示的电压型联络开关处于热备用状态，通过“两侧失压”闭锁，若TV2故障，联络开关检测不到线路乙侧的电压，在这种情况下，一旦线路甲操作停电，则TV1检测线路甲侧电压也为零，根据开关闭锁解除条件，在“两侧失压”情况下，开关解除闭锁。此后，在线路甲送电时，TV1检测线路甲侧有压，TV2由于故障，检测线路乙侧无压，联络开关根据“单侧有压”条件，将启动转供程序，自动合闸。这种联络开关在非故障情况下不受控制 “偷合”的现象，即为电压型联络开关非正常自动合闸。

电压型联络开关非正常自动合闸动作原理与过程如图3所示，图中，时间轴上方为联络开关两侧TV检测到的电压，时间轴下方为开关动作情况；CB1表示线路甲站内开关，L1表示联络开关，td表示联络开关启动合闸倒计时到实际合闸的时间延迟。

图3 电压型联络开关非正常自动合闸动作原理

2 电压型联络开关非正常自动合闸对配网的影响

10 kV配电线路通过配置自动化联络开关实现停电检修或故障情况下负荷的转供［5］，提高供电可靠性。但若出现电压型联络开关非正常自动合闸的情况，将会导致配电网在非正常方式下运行，造成环网线路长期合环运行和接地故障范围扩大等问题。

2.1 环网线路长期合环运行

10 kV配电线路在合环调电操作时会出现短时合环运行的情况，由于其造成的电磁环网及合环电流等问题，正常情况下，10 kV配电线路合环运行不允许超过15 min［6］。电压型联络开关非正常自动合闸会造成配电线路在失去调控人员监视情况下长期合环运行。

目前，地区电网已形成220 kV环网运行、110 kV向10 kV辐射供电的输配电格局［7］，若合环运行的两条10 kV线路来自不同母线，会构造出输电网和配电网之间及其内部的电磁环网，对系统的经济运行以及动稳定性、热稳定性造成不利影响。

配电网合环瞬间会产生较大的冲击电流，合环运行时线路间会存在较大的合环电流［8］。在如结构图1所示的配网线路中，若开环运行时，L1两侧电压分别为U1和U2，则合环稳态电流Ic为

式中：∑Z为两条10 kV线路及所属变压器等值阻抗之和。若Ic的幅值为Im，则冲击电流IM可表示为

由式（1）和式（2）可以看出，如果联络开关两侧电压差较大，合环电流及冲击电流都将对配网的稳定运行产生不利影响。因此在正常情况下，合环调电操作前，调控人员需对合环电流进行校验，并在合环过程中密切监视电流情况。若出现联络开关“偷合”现象，合环在无校验、无监视情况下进行，产生的合环电流及冲击电流将可能会造成线路过载、跳闸等异常或故障。

2.2 扩大接地故障范围

在结构如图1所示的配网系统中，假设F点发生单相接地故障，若变电站A、变电站B均经消弧线圈接地，则系统仍可继续运行，调控人员需通过试断开方法确定接地线路，若在试断开过程中，电压型联络开关L1出现“偷合”情况，会使线路甲、乙同时与接地点F发生电气连接，扩大故障影响范围，并对调控人员正确判断接地线路、查找故障点造成干扰。

若变电站B经小电阻接地，发生接地时将直接由零序保护切除故障线路，如果联络开关在F点接地情况下出现“偷合”情况，CB2将检测到零序电流而跳闸，造成线路乙停电，扩大故障停电范围［9］。

3 实例分析

以某地区110 kV Z站10 kV 1号母线、10 kV 2号母线接地故障处理过程为例，分析说明电压型联络开关非正常自动合闸对配电网的影响。110 kV Z站位于该地区西南城郊，除用户专线外，其他10 kV出线均配置“电压—时间型”馈线自动化功能。110 kV Z站10 kV系统如图4所示，图中，L233为线路7与线路8间联络开关。

12月23日凌晨，Z站10 kV1号母线、10 kV 2号母线C相接地到零，无选线信息。由于10 kV 1号母线TV故障，调控人员首先下令将10 kV 1、2号母线短时分列运行，观察10 kV 2号母线电压，接地信号未消失，恢复原运行方式（10 kV 1、2号母线并列运行）后，按照用户通知好的顺序依次试断开10 kV 2号母线的10 kV出线线路9、线路7、线路8（每次试断开后开关立即闭合），接地信号均未消失，由此初步判断此故障不是单条线路接地情况。

图4 Z站10 kV系统结构

重新检查站内设备后，按照多条线路同相接地试断开方法进行第二轮试断开。依次遥控断开线路9的023开关、线路7的017开关、线路8的020开关（断开后不再闭合），接地信号消失。闭合线路7的017开关，接地线号发出，即断开该开关，接地消失，由此判断10 kV线路7发生C相接地故障。

随即遥控闭合线路8的020开关，接地信号未发出，闭合线路9的023开关，接地信号未发出；1 min后，接地信号重新发出，调控人员立即遥控断开线路9的023开关，接地未消失；断开线路8的020开关，接地消失，据此初步判断10 kV线路8为另一条接地线路。

试断开结束后，运检人员带电巡视线路7、线路8，发现线路7故障点，线路7转为检修状态（联络开关L233转为冷备用状态），处理故障。线路8多次巡视无法找出故障点，后试送电良好；线路7故障处理结束后送电良好。而后，将联络开关L233由冷备用恢复为热备用状态，运维人员现场闭合L233线路8侧刀开关后，L233自动闭合，调控人员立即遥控断开联络开关；并令运维人员闭合联络开关线路7侧开关，系统恢复故障前运行方式。

经故障后检查、分析，此次故障中，接地线路为10 kV线路7，其与线路8间联络开关L233处于“两侧失压”闭锁状态。由于L233在线路7侧的TV故障，无法检测到线路7侧实际电压，使得联络开关在调控人员第一次试断开线路8后闭锁退出，启动转供程序自动合闸，造成两条10 kV线路同时与接地点存在电气连接，导致故障出现双线同相接地的象征。试断开过程中该联络开关与线路7的017开关、线路8的020开关动作情况如图1所示，图中td表示联络开关启动合闸倒计时到实际合闸的时间延迟。

图5 试断开过程中开关动作过程

对照图5，分析此次接地故障处理过程可以发现，联络开关L233的3次“偷合”情况对配网接地故障处理造成影响。

第一次试断开线路8，L233“偷合”使线路7、线路8同时与接地点存在电气连接，故障呈“双线同相接地”象征。由图5可以看出，第一次试断开接地线路 7的时刻为 5∶55，由于 L233“偷合”，接地故障并未消失，直至第二轮试断开结束，时刻为7∶59，因此，L233“偷合”导致试断开接地环节延长时间超过2 h。

第二轮试断开中，断开线路8的020开关后，L233无压释放，闭合020开关后，L233检测“单侧有压”自动闭合，延迟td，对调控人员准确判断“第二条接地线路”产生干扰，增加了相关线路反复停送电次数，降低了供电可靠性。

故障处理结束后，L233在运维人员现场闭合线路8侧开关后，自动闭合，对运维人员人身安全造成威胁。

4 防范措施

根据电压型联络开关非正常自动合闸的原理及其造成的后果，可以在配电网规划及调度操作方面采取一定措施，减轻这种“偷合”现象对配网安全稳定运行造成的不利影响。

合理设计配电网供电结构，尽量避免“手拉手”联络线路出自同一10 kV母线的供电模式，并采取变压器10 kV侧安装短路电流限制器［5，10］等措施，降低配电线路合环运行时的短路电流。

对于电压型联络开关，遥控闭锁相比 “两侧失压”闭锁更稳定，在遥控闭锁状态下，不易发生非正常自动合闸的情况，因此，可将电压型联络开关调至遥控闭锁状态，提高运行可靠性。

对于电压型配电自动化线路，在线路停电检修时应确保联络开关两侧开关在断开位置。调控人员在运维人员现场闭合联络开关两侧开关前，应确认开关“单侧有压合闸”处于“闭锁”状态，试断开接地等操作时应密切注意联络开关的动作情况，防止联络开关“偷合”造成故障范围扩大。

5 结语

电压型馈线自动化联络开关在闭锁退出状态下，会在非故障情况下错误触发自动转供逻辑而合闸，造成环网线路长期合环运行、故障范围扩大等问题。详细梳理了电压型联络开关非正常自动合闸的原理及过程，并分析了其对配网的影响。对Z站10 kV母线接地处理过程的分析，说明了电压型联络开关非正常自动合闸会造成配网故障范围扩大，降低配网供电可靠性的原因。应在配电网规划及调度操作等方面采取相应的防范措施，减少这种现象对配网安全稳定运行的不利影响。

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The Impact of Abnormal Automatic Closing of Voltage Type Loop Switches on Distribution Network

YIN Maolin，SHI Dongming，HUO Jian，LIU Bo，ZANG Hongwei
（State Grid Jinan Power Supply Company，Jinan 250012，China）

As the operation of voltage type loop switches is controlled by the“voltage-time”logic，loop switches may be closed as a result of the automatic transfer program trigged by a mistake，which can cause problems like the overtime loopclosing operation for feeders and the fault impact scope expansion.The forming reason and process of the abnormal automatic closing of voltage type loop switches is analyzed based on the principle of voltage-time type feeder automation.Through the analysis of the treatment process of a grounding fault，it is proved that the abnormal automatic closing of voltage type loop switches can cause the expansion of the impact scope of grounding faults.Precautionary measures are proposed at last to avoid these problems.

distribution network；voltage type；loop switch；automatic close

TM732

B

1007－9904（2017）01－0019－04

2016-07-27

尹茂林（1965），男，工程师，从事电网调度与控制相关工作。