配网保护多次重合闸逻辑与校验技术

刘 飞，方 鸣，王永晴，李 鑫

(国网上海市电力公司奉贤供电公司，上海 201499)

配电网作为电网的重要组成部分，其安全可靠的运行直接关系到对用户供电的安全性以及电能质量。配电网中的继电保护装置作为配电网运行设备安全保证的屏障，它的正确、可靠动作具有重要作用，保护拒动或误动会严重威胁配电网的安全运行[1-3]。柱上断路器用作联络开关、分段开关和支线开关，是现代电力系统的核心设备[4-7]。柱上断路器依靠控制器实现开关的跳闸、重合闸以及重合闸加速等功能，与一般开关不同的是，柱上断路器需要实现配电网智能自愈的功能，当配电网故障跳闸后，柱上断路器需要依托控制器实现跳闸与跳闸后的多次重合闸，以实现故障点区段的隔离与非故障区段的自动恢复供电[8]。

现有相关文献将研究方向聚焦在变电站继电保护的校验，而对柱上断路器控制器的重合闸功能校验的研究不足[9-10]。对此，本文提出一种基于可编程时间继电器的柱上断路器控制器检测方案，研发一种能对柱上断路器控制器时序特性进行方便检验的设备，极大地提升配电网运行的可靠性与智能化水平。

1 柱上断路器的应用

柱上断路器通常架设在电杆上，在一般情况下控制导电通路，对电路进行开关，是一种在电网发生故障时，利用其内部控制器的保护功能，隔离故障线路的开关仪器。柱上断路器具备配电网区间控制、保护、投切、自动断开故障电流等功能。通过与故障搜查、控制保护、高速通信等功能的结合，一二次融合成套断路器给配电网的安全性带来了极大的提高。柱上断路器绝大部分应用在10 kV配电网的分界处，能够灵活切除接地、短路等故障，并依托多次重合闸完成馈线自动化技术，恢复非故障段的供电，已成为配电网馈线自动化的核心部件[4-5]。

2 柱上断路器校验的难点

2.1 柱上断路器重合闸方式

柱上断路器重合闸方式分为电流型和电压型两种。电流型通过检测故障电流来实现对保护的控制，而电压型是故障后失压跳闸，来电延时重合闸。

电流型重合闸确定故障段需一级一级排查，重合闸次数较多，对电网冲击较大，同时分段越多，需重合闸的次数越多，时间也越长，故适用于分支线路和辐射型线路。电压型重合闸需要与变电站出线断路器配合进行两次重合闸完成故障隔离与恢复供电，第一次重合闸确定故障段，第二次重合闸恢复非故障段供电，因为只重合闸一次，完成故障隔离所需的时间较长，故只适用于短线路。

2.2 校验的难点

继电保护测试通常是由电气二次专业人员进行，然而柱上断路器的继电保护校验需要登杆凭作业。二次专业人员一般不能进行高空的检查作业，而负责高空作业的运检人员也不熟悉涉及控制和保护的二次专业知识。如果对柱上断路器进行校检，电网公司不得不加大人力投入，派出多工种配合工作，效率极低。面对配电网中数量极多的柱上断路器，由于缺乏有效的校验手段，运维单位不能对所有的断路器完成计划规定的校验，给配电网埋下了极大的安全隐患。

柱上断路器的智能自愈功能，本质上就是依靠多次重合闸逻辑配合实现。多次重合闸功能是现代电网实现配电自动化的一种重要手段，对相应的开关设备进行该功能的就地校验工作就显得尤为重要。由于使用的继电保护校验仪器均未配置多次重合闸功能的校验，仅能检测电流速断功能，功能非常单一，校验效果十分有限。

3 柱上断路器现场校验设备研制

3.1 柱上断路器控制器校验方案设计

柱上断路器控制器校验方案设计的关键之处在于开关动作信号的返回接收，柱上断路器的通断是根据控制器的开关量返回信号来确定的。开关辅助接点位置信号是决定下一个环节是重合闸还是开通或者闭锁状态的关键量，本方案中开关位置通过双位置继电器模拟，实现保护装置的开关动作信号快速实时反馈。因此，试验方案充分考虑了重合闸逻辑的连续测试，将控制器发出的各种指令立即转化为开关量传输至控制器，确保整个测试过程现场的高度还原。

电流和电压模拟信号的注入可通过设计电流量、电压量、开关量三路航插电缆来实现。

图1 柱上断路器控制器基本检测思路

柱上断路器控制器基本检测思路如图1所示。方案采用可编程时间继电器，分别控制校验仪的电压与电流通断，使模拟量具备时序功能。通过对多个智能可编程时间继电器进行配合控制，实现了只需启动一个时间继电器即可完成相应全部的时序模拟量注入，极大程度简化了操作步骤，方便了工作人员登杆作业，增加了实用性和便利性。方案也设计了5种类型的时序逻辑，以应对开关位置和功能的不同。

方案根据现场的实际情况设计，通过逆变器来实现电源的输出，直接将直流低压电源(检修车辆的12 V蓄电池)变换为较高的交流电压。装置的整机根据以上设计要求设计，采用低压蓄电池供电，依托大功率交流变频器产生基本交流电压，通过电感限流和低压变压器的配合产生故障电流模拟，通过多抽头变压器实现低谐波测试电压输出。

3.2 柱上断路器校验装置样机结构

柱上断路器校验样机结构如图2所示。采用可编程时间继电器控制输入的模拟电流电压，使其具备时序功能，用以检测不同位置、不同重合闸逻辑的柱上断路器。装置通过多个可编程时间继电器配合，只需一键操作，就可执行对应断路器规定时序的模拟量注入，操作便捷实用。

图2 柱上断路器校验样机结构

4 柱上断路器校验仪现场试验

柱上断路器校验仪在设计过程中极大程度地优化了操作过程，既不需要对一次设备进行改动，也无需设置参数，只需要根据现场的开关类型，一键操作即可输入相应的时序模拟量，完成多次重合闸功能的完整校验。本装置的现场使用情况如图3所示。由于本装置操作简单方便，现场作业时不需要登杆人员也不需要升高车，只需要工作人员使用操作杠在断路器两侧挂上试验线就能简单便捷地完成相关作业。可以多班组使用，提升了柱上断路器设备校验水平的同时，提高了电网运维工作的灵活性。

图3 装置现场使用

对使用本文方案前后的校验效果进行对比发现，柱上断路器校验工作由原本的6～8人减少到使用方案后的3～4人，在减少人力投入上效果显著。同时，由于校验装置的便捷性，可以减少登高作业，不仅减少了登高车之类设备的使用，还提高了作业的安全性。在电网柱上断路器抢修和新设备投运越来越多的背景下，利用本文所设计方案进行柱上断路器校验将极大提升检修工作效率，缩短配电网断电时间，提高配电网供电的可靠性。

5 结语

本文设计了一种用于柱上断路器的多次重合闸逻辑校验方案，充分分析了柱上断路器的重合闸特性，将可编程时间继电器的技术和现有检验技术融合，实现了对柱上断路器控制特性和时序特性的一种高效校验技术。

通过对现场的大量考查，设计了更加贴近实际的柱上断路器重合闸逻辑校验的样机。通过现场断路器的校验试验证明了本方案的有效性和优越性。由于目前尚缺少柱上断路器重合闸逻辑校验技术的相关研究，本方案在一定程度上填补了该方面的空缺，有助于进一步推动配电自动化的发展。