王森 劉景

（國網(wǎng)陜西省電力公司興平市供電分公司，陜西 興平 713100）

自動(dòng)重合閘裝置廣泛應(yīng)用于輸配電網(wǎng)絡(luò)中，它在合閘前不判斷故障性質(zhì)，只是在一定的延時(shí)后，將斷路器重合。這種簡(jiǎn)單的重合閘原理是盲目的。顯然，對(duì)于瞬時(shí)故障，重合閘可以成功，對(duì)于永久性故障，重合閘不能成功。當(dāng)斷路器重合閘失敗時(shí)，會(huì)對(duì)系統(tǒng)和設(shè)備造成危害，主要表現(xiàn)在以下兩點(diǎn)：一是使線路在短時(shí)間內(nèi)承受兩倍的故障電流，降低超高壓系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行的穩(wěn)定性；二是從故障到首次重合閘對(duì)斷路器不利，這將降低斷路器的使用壽命和分?jǐn)嗄芰Α?/p>

一、國內(nèi)配電線路故障跳閘運(yùn)行特點(diǎn)

中國配電設(shè)備線路的常見故障有其自身的運(yùn)行特性。具體表現(xiàn)為：?jiǎn)蜗嘟拥爻Ｒ姽收虾蟮某Ｒ姽收想娏骱苄?，且不?huì)因常見故障跳閘工作1-2小時(shí)；常見故障后，兩色常見故障或三相斷開。因此，配電網(wǎng)絡(luò)的路由重合只需要響應(yīng)兩種顏色的常見故障或三相的常見故障。在出現(xiàn)兩種顏色的常見故障或三相常見故障之后，三相隔離開關(guān)會(huì)額外跳閘[1]。常見故障跳閘后，剩余工作電壓不大，可用數(shù)據(jù)量也很小。根據(jù)分析，盡管專家學(xué)者已經(jīng)明確提出了多種響應(yīng)式重合閘方法，但是上述電力線的單相和三相響應(yīng)式重合閘方法并不適合在中國的配電設(shè)備線路中使用。可以得到基于綜合性的響應(yīng)式重合閘的科學(xué)研究：

（一）修復(fù)工作電壓法不適合中國的配電網(wǎng)。配電網(wǎng)絡(luò)的隔離開關(guān)均為三相實(shí)際運(yùn)行，不會(huì)有單相電源跳閘。在隔離開關(guān)發(fā)生三相跳閘之后，所有三相系統(tǒng)軟件都會(huì)跳閘。線路中的剩余工作電壓并不大，并且會(huì)迅速消失。可以使用數(shù)據(jù)量很小，這種方法不能使用。

（二）電氣隔離特性方法不適用于中國的配電網(wǎng)。在中國配電網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)常見故障后，將出現(xiàn)電氣隔離，但是由于額定電壓低，因此隔離的延遲時(shí)間不長，不如電力線的隔離重要，因此不適合使用。此外，電隔離器本身具有離散系統(tǒng)的特性，并且基于電隔離器的分辨率結(jié)果不可靠，并且真實(shí)性較低。在此階段，尚無有效的技術(shù)規(guī)范將電氣隔離方法應(yīng)用于配電設(shè)備的布線。

（三）利用并聯(lián)電抗器信息的方法不適用于國內(nèi)配電網(wǎng)[2]。配電線路沒有并聯(lián)電抗器，停電后也沒有電抗器電壓和電流，基于并聯(lián)電抗器信息的方法不適用。綜上所述，對(duì)于處于全功率損耗狀態(tài)的配電線路，需要采用有源方法對(duì)其施加激勵(lì)以獲得響應(yīng)，進(jìn)而判斷故障。

二、基本原理

采用外部電容放電方案，將電容器、配電線路和負(fù)載組成的總電路簡(jiǎn)化為RLC串聯(lián)電路。當(dāng)發(fā)生永久性故障時(shí)，負(fù)載被故障電路短路，電路阻抗小，電容放電衰減快；瞬時(shí)故障時(shí)，有負(fù)載，電路阻抗大，電容器放電衰減慢。其原理是：在重合閘前，根據(jù)故障選相結(jié)果，將帶電電容器投入故障選相回路。根據(jù)電容器放電電壓的暫態(tài)特性，判斷線路故障是瞬時(shí)性的還是永久性的。如果是瞬時(shí)故障，則打開重合閘。如果是永久性故障，則閉鎖重合閘。

三、仿真實(shí)驗(yàn)

保護(hù)門處的永久故障對(duì)應(yīng)最大電流值I=220/0.2=1100A。雖然如此大的電流是瞬時(shí)值，但它仍然需要高性能的開關(guān)等設(shè)備。因此，電容電路中應(yīng)串聯(lián)一個(gè)小電抗器或一個(gè)小電阻，一方面限制放電脈沖電流峰值，另一方面拓寬放電時(shí)間，以延長判斷柵極永久故障的時(shí)間，使判斷更加可靠。由于反應(yīng)器體積大、成本高，選擇了串聯(lián)小電阻方案[3]。如果采樣率為1600hz，當(dāng)保護(hù)門發(fā)生永久故障時(shí)，根據(jù)放電電壓值和放電電流值可能的采樣條件，可以看出，當(dāng)采樣率為1600hz時(shí)，電壓判別的下限暫時(shí)取50V，放電持續(xù)時(shí)間為22分。電流歧視下限閾值暫取20A，放電時(shí)間17分。當(dāng)可見采樣率不小于1600hz時(shí)，滿足采樣要求。

相間短路故障過渡電阻主要由電弧電阻組成，一般小于2Ω。因此，相間短路故障的過渡電阻為0.02Ω、2Ω有兩種參數(shù)。仿真計(jì)算了從故障識(shí)別裝置接入點(diǎn)到負(fù)荷側(cè)各故障點(diǎn)的暫態(tài)故障和永久性故障的等效線間阻抗Z。為了簡(jiǎn)化RLC電路的放電過程，用C＞L/（R/2）^2來計(jì)算最小電容。式中，r包含3.9的電容放電電阻Ω.根據(jù)2.2.1節(jié)最小電容估算的仿真分析結(jié)果，放電回路的等效阻抗和正常負(fù)載下的最小電容：C>1233μF。也就是說，電容器的放電過程是無振蕩的，C取2000μF.正常負(fù)載下的最小電容上限為1233.4μF.電容為1000μF、2000μF、3000個(gè)μF。線路全長7公里。放電電壓絕對(duì)值從312*0=280.8v下降到50V的時(shí)間為電壓突變時(shí)間。放電電流絕對(duì)值大于20A的時(shí)間為電流突變時(shí)間。電容2000μF。過渡電阻為2Ω，放電電阻為3.9Ω，功率因數(shù)為0.95，線路全長7km。F1點(diǎn)斷層為起始斷層，F(xiàn)2點(diǎn)斷層為終止斷層，F(xiàn)3點(diǎn)斷層為中段1斷層，F(xiàn)4點(diǎn)斷層為中段2斷層。

在不同的故障位置、不同的功率因數(shù)和不同的過渡電阻下，電容器放電電流和電壓在永久性故障時(shí)衰減較快，在暫態(tài)故障時(shí)衰減較慢。電容器放電電壓流瞬態(tài)特性的仿真數(shù)據(jù)總結(jié)如下：以放電電壓絕對(duì)值從281v下降到50V所需的時(shí)間作為電壓突變時(shí)間。以放電電流絕對(duì)值大于20A的時(shí)間為電流突變時(shí)間。從電容的影響來看，電容為2000μ F更合適。電容為2000μ f時(shí)，永久性故障電壓突變時(shí)間最大值為0.0198s，暫態(tài)故障電壓突變時(shí)間最小值為0.0432s。永久故障電流突變時(shí)間最小值為0.0052s，瞬時(shí)故障電流突變時(shí)間最大值為0.0003s。因此，可以給出如下判據(jù)：電容器放電電壓突變時(shí)間超過30ms為瞬時(shí)故障，電流突變時(shí)間超過4ms為永久性故障[4]。本標(biāo)準(zhǔn)適用于上述情況。從以上模擬的電壓、電流放電暫態(tài)情況可以看出，電容放電電流、電壓在永久性故障時(shí)衰減較快，在暫態(tài)故障時(shí)衰減較慢。永久性故障和暫態(tài)故障的電容電流、電壓暫態(tài)特性有明顯的不同。

四、結(jié)束語

當(dāng)發(fā)生永久性故障時(shí)，傳統(tǒng)的重合閘失靈，斷路器連續(xù)兩次切斷故障電流，降低了斷路器的壽命和開斷能力。為了解決這一問題，提出了一種在重合閘前預(yù)充電的電容器。通過電容器放電過程中電壓和電流的暫態(tài)特性，識(shí)別故障類型。永久性故障放電時(shí)間快，重合閘閉鎖；瞬時(shí)故障時(shí)，電容器放電時(shí)間慢，重合閘分閘。通過對(duì)不同故障位置、不同功率因數(shù)、不同過渡電阻下的仿真分析，驗(yàn)證了該方案的可行性。