基于提高10kV柱上开关动作可靠性对涌流控制器改造的保护装置

【摘  要】为提升10kV配电线路上柱上开关动作的电流开断能力及可靠性，缩小停电范围，本文将在配电线路下安装涌流控制器提升装置，并设计一种保护涌流控制器运行可靠的装置。首先计算线路运行过程参数，并根据参数结果作为判断励磁涌流的前提条件，以正确识别涌流，提升装置运行的可靠性。基于上述，设计保护装置硬件框架，完成装置设计。最后经实验可知，本文方法所设计装置具有较好的驱动能力，且能够有效实现可靠动作及正确保护。

【关键词】配电线路;带电安全作业;断路器;涌流控制器;差动电流

中图分类号：TM56文献标识码：A

1引言

国内对供电可靠性的要求越来越高，而直接连接用户的10 kV配电线路是可靠性控制的关键。而具有电流开断能力的柱上开关不仅能够提高配电网运行的灵活性，还可以减少故障检修对电力供应的影响。但是不同的设备组合及类型在使用和维护方面都存在一些问题。怎样设计、选用合适的设备，充分发挥柱上开关的功能，是电网从事工作者十分关注的问题。

传统的涌流控制器电流保护方法一般采用二次谐波制动原理，但该原理存在以下几种问题：一是难以选取正确有效的制动比;二是识别对称涌流时，存在误判现象;三是当前使用的变压器磁特性发生变化，使涌流中的二次谐波占比减少，导致保护发生误动。

针对上述问题，学者们研究出了涌流识别方法，如电流波形特征识别法，该方法只需要识别涌流和短路电流的波形特征差异，不需要考虑电压互感器工作状态，这种方法对采样频率没有特定要求，同时不会受到各种谐波的影响。该方法计算简单，计算量小，更适用于工程应用。

210kV柱上开关运行参数分析

2.1 10kV线路短路电流数值

在计算短路电流时，通常采用标么值法来表征10kV线路短路状态下的电压、电流等数值。则标么值的计算过程如下：

计算短路电流时，需获取各个电器元件的电抗标么值。但发电机、变压器和电抗器，需按其额定值来计算单位价值。

2.2励磁涌流的基波分量

励磁涌流中的非周期暂态分量和铁心剩余磁会在变压器空投或外部排除故障时使变压器铁心饱和，交流电压会使变压器铁心周期性地进出饱和区。在进入饱和区时，励磁电流呈现出尖峰波特性，且具有較大的瞬时值;在退出饱和区时，励磁电流呈现出断续角特性，且具有较小的瞬时值，从而产生与交流电压相同周期的励磁涌流。则其前后半波不对称值的基波分量为：

3励磁涌流判据

通过识别励磁涌流是否大于某个门坎值时，需要解决两个问题：

①当10kV线路短路电流为励磁涌流时，基波分量差值的差异很小，容易造成保护误动。

②当内部故障电流为励磁涌流时，若基波分量差值较大，则变压器差动保护可能延时动作甚至拒动。

为解决上述现象本文将设置励磁涌流识别判据的约束条件：

式（7）中，表示判定为励磁涌流的门坎值。通过上述式子可以看出，励磁涌流识别判据反映了差动电流基波分量的综合不对称度，并对采样频率无特殊要求，且不易受各次谐波的影响。同时，励磁涌流识别判据易于构造递推算法，计算简单。

基于上述参数，设计涌流控制器的提升装置硬件框架图。本文所研制的涌流控制器保护装置由单片机C8051F221及外围电路模块、模拟信号采集模块及超级电容模块等部分组成，结构见图1。

该控制器采用了二阶压控电压源低频滤波电路，其最大衰减频率为-40 dB/10倍频，在对无用信号进行最大衰减时，使有用信号受影响最小。

4涌流控制器测试

为验证本文设计装置的有效性，本次实验采用了ZW32A-12/T630-20型户外交流高压真空断路器。采用精度为0.5级6 A/75 mV的分流器和Fluke示波器作为测量仪器。控制器的基准电流见图2。

图2中，横轴为时间，纵轴为分流器的电压值，横纵坐标均为100 mv/格。由图可知，基准电流在5 A时持续50 ms左右输出，在此时进行驱动脱扣线圈，可使断路器分闸。在断路器合闸时突然施加故障电流，断路器可靠动作的  实测时间见表2。

表2中，断路器分闸时间=过流延时时间+机械动作时间（30～50 ms），本文将取40 ms。通过表2可知，本文设计装置具有较好的驱动能力，同时，能够有效实现延时保护及可靠分闸。

5结语

10kV柱上开关控制器提升装置是提升配网灵活性及供电可靠性的重要部件。经研究发现，在其中安装涌流控制器能够有效提高开关的动作可靠及有关使用性能。为进一步确保涌流控制器的使用安全性，本文设计了一种基于提高10kV柱上开关动作可靠性对涌流控制器改造的提升装置，证明本文设计装置能够提高线路的灵活性及可靠性，即该装置可有效起到对柱上开关动作可靠性的作用。

参考文献：

[1]李澍森，孙志英.12 kV配电柱上开关一二次融合关键技术之交流电压传感器[J].高电压技术，2019，45（9）：2818-2826.

[2]吴立活，杨长旭.110kV变电站10kV系统抗晃电优化设计[J].自动化与仪器仪表，2018（4）：143-147.

[3]李志全，隋东阳，刘玉民，等.客户分界开关涌流保护的定值整定及保护配合[J].农村电工，2015，（3）：28-28，29.

[4]周坤，赵法强.一种10kV配电柱上智能开关万能遥控器的研制[J].技术与市场，2019，26（1）：18-19+23.

[5]石小燕，任先文，丁恩燕，等.10kV高重频开关组件设计[J].太赫兹科学与电子信息学报，2019，17（2）：168-172.

[6]Xu J，Wan H，Chen Z Y.Sharp Skirt Bandpass Filter-Integrated Single-Pole Double-Throw Switch With Absorptive OFF-State[J].IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques，2019，67（2）：704-711.

作者简介：

孙启将（1973.1-）男，汉族，山东省济宁市泗水县人。职务职称：运检部主任，本科，单位：国网泗水县供电公司;研究方向：电力工程设计。

（作者单位：国网泗水县供电公司）