2021年度快速智能真空断路器在配网自动化中的应用

快速智能真空断路器在配网自动化中应用
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1.概述

实施馈线自动化技术模式是在架空线路上安装含有自动化功效柱上开关,

发生故障时柱上开关能自动隔离故障区域,缩短故障查找时间,快速恢复非故障区域正常供电。同时,

馈线自动化能显著降低馈线出线开关跳闸次数,提升重合闸成功率,是提升配网线路运行水平有效手段。

所以馈线自动化实施对提升供电可靠性含有很关键意义。

传统馈线自动化模式有重合器方案和电压—时间型分段器方案。

重合器方案采取含有开断和关合短路电流能力重合器,经过重合器保护和时序配合来实现就地故障定位、

隔离和恢复供电。电压－时间型分段器方案采取电压-时间型分段器作为分段开关,

开关设备可采取负荷开关,经过分段器对故障状态下电压改变、

时序配合和变电站出线开关动作来完成故障定位、隔离和恢复供电。

传统电压馈线自动化模式含有设备配置简单,隔离故障成功率高特点,但含有以下显著弊端:

（1）每次故障全部会造成馈线出线开关跳闸。

（2）不能缩小停电区域,非故障段也会引发停电。

（3）隔离故障需要馈线出线开关数次分闸、合闸配合,造成非故障区域数次反复停电。

（4）隔离故障所需时间长,需要逐段延时合闸分段负荷开关。

（5）不能实现馈线时尚、开关工况远方监视控制。

对于以自然延伸辐射型为主架空馈线,主干线上带有多条分支线,分支线再延伸出多条小分支线,

线路结构复杂,而且分支线上每一次永久或瞬时故障均会引发全条馈线停电,影响范围较大,

所以传统电压馈线自动化模式已不能满足配网实际和发展需要。

传统重合器方案不依靠变电所保护开关动作,将故障自动开断和隔离,含有将变电所母线延伸到线路作用。

主干线上重合器作为保护设备,使故障快速分段,分支线路故障自动隔离。

但重合器方案对线路分段方法及数量有较严格限制,

并对变电所（或开闭所）出线继电保护方法有一定要求。

新型快速智能柱上断路器为处理上述问题提供了有效路径,其优越性能和强大功效使馈线自动化轻松实现,

极大地提升了供电可靠性。

2.快速智能柱上断路器

新型快速智能柱上断路器含有快速分断故障电流能力,能够快速隔离配电故障,避免上一级开关跳闸。

快速智能柱上断路器其优异永磁操动机构和新型快速保护控制器相结合,动作时间短,

从故障电流出现到开关分断故障电流,动作时间仅22ms左右,

突破了传统观念中止路器无法替换熔断器概念。快速智能柱上断路器设置保护动作时间定值误差小,

配置灵活,设置时间间隔差为0.04s时,便能可靠地逐层分断跳闸,

而且处理了线路上反时限定值保护整定困难问题。快速智能柱上断路器一体化设计,保护单元组成简单,

安装方便,可装设在主干线、分支线或用户进线端,断路器本体内置三相电流互感器,

内置三相电容式电压互感器。控制装置自备电源（自备太阳能电源和CT电源）,控制装置集测量、

控制、保护﹑通讯等功效于一体,采取了专利技术,能够正确地提取出多种电气特征量,

利用故障区段来识别故障线路,实现瞬时速断保护、限时速断保护、定时过流保护,实现单相接地保护,

实现自动重合闸。快速智能柱上断路器可依据不一样配网结构配置保护参数,轻松实现馈线自动化功效。

快速智能柱上断路器支持GPRS业务,可随时将故障和运行信息发送到指定地点和人员,

免去四处寻求故障之苦,实现远程管理。快速智能柱上断路器配有自动化通讯接口,

可和配网自动化系统主站通讯,满足现代化管理要求。

3.馈线自动化一次设备及保护配置方案

3.1馈线分段标准

在实施配网自动化前必需经过电网改造,使供电半径趋于合理,网架和设备得到加强,

线路间相互连接含有条件,并应符合《县城电网建设和改造技术导则》。具体网架结构有以下多个方法:

单电源辐射型、双电源环网、多电源环网和网格状供电（井字形）等。在配网自动化实施过程中,

按以下标准进行馈线分段。

1）分段开关:双电源环网和辐射线路上分段应依据线路上负荷性质、负荷密度及线路长度确定安装位置,

具体应兼顾以下4个标准。

（1）关键负荷集中区应优先确保独立分段,条件许可时采取多电源供电。

（2）为使故障后停电范围最小,分段后各段线路负荷密度应尽可能均衡。

（3）长度在10公里以内线路宜分为4段,为确保保护定值有一定级差,每段线路长度尽可能保持均衡。

（4）考虑环境原因,如尽可能避开雷区、林地等。

2）联络开关:联络开关也起到线路分段作用,其安装位置在考虑第1）款所述标准同时,

还应兼顾行政辖区分界点。环网线路电源点若属于不一样行政辖区,为满足考评要求,

可选择辖区分界处作为联络开关安装位置。

3）分支线:关键负荷或负荷密度较高分支线路考虑安装分支线分界断路器、分支线用户分界断路器。

确定分段器安装位置时关键考虑负荷性质、负荷密度和环境等原因,

负荷较小分支线路可将断路器安装在线路起点处,负荷较大分支线路可考虑第1）款第（2）、

（3）条所述标准选择断路器安装位置。

3.2应用方案介绍

本方案包含关键设备为馈线出线断路器、主干线分段断路器、分支线分界断路器、

分支线用户分界断路器。本方案包含全部断路器全部能够经过选择快速智能柱上断路器。

早期可经过保护参数整定配合,实现馈线自动化功效,并经过远程通讯接口向监控中心发送动作信息,

实现远程管理。当配网通道成熟时,可轻松实现配网自动化。

主干线I段主干线II段

YB2

图1 馈线自动化一次设备配置图

CB为变电站馈线出线断路器

FB、FB1~FB3为主干线分段断路器

ZB1～ZB2为分支线分界断路器

YB1~YB4为分支线用户分界断路器

LSW为联络开关

开关填充黑色表示闭合,填充白色表示分闸。

3.2.1变电站馈线出线断路器

馈线出线断路器保护设置:投入一次重合闸,投入速断保护、过流保护、零序保护。

速断和过流保护动作时间整定为0.2s,零序保护时间整定为3s。一次重合闸延时1s。

3.2.2主干线分段断路器

主干线分段断路器FB1保护设置:投入一次重合闸,投入速断保护、过流保护、零序保护。

速断和过流保护动作时间整定为0.16s,零序保护时间整定为2.5s。一次重合闸延时1s。

断路器FB1动作时间小于站端馈线保护动作时间20ms,满足时限保护要求。

主干线分段断路器FB保护设置:投入一次重合闸,投入速断保护、过流保护、零序保护。

速断和过流保护动作时间整定为0.12s,零序保护时间整定为2s。一次重合闸延时1s。

断路器FB动作时间小于断路器FB1保护动作时间160ms,满足时限保护要求。

主干线分段断路器FB2保护设置:投入一次重合闸,投入速断保护、过流保护、零序保护。

速断和过流保护动作时间整定为0.08s,零序保护时间整定为1.5s。一次重合闸延时1s。

断路器FB3动作时间小于断路器FB2保护动作时间120ms,满足时限保护要求。

主干线分段断路器FB3保护设置:投入一次重合闸,投入速断保护、过流保护、零序保护。

速断和过流保护动作时间整定为0.04s,零序保护时间整定为1s。一次重合闸延时1s。

断路器FB3动作时间小于断路器FB保护动作时间80ms,满足时限保护要求。

主干线分段断路器可依据需求配置不一样通信模块,可使用光纤、载波、

无线通信自动上传开关动作和告警信号。

3.2.3分支线分界断路器

分支线分界断路器ZB1保护设置:投入一次重合闸,投入速断保护、过流保护、零序保护。

速断和过流保护动作时间整定为0.12s,零序保护时间整定为2s。一次重合闸延时1s。

断路器ZB1动作时间小于断路器FB1保护动作时间160ms,满足时限保护要求。

分支线分界断路器ZB2保护设置:投入一次重合闸,投入速断保护、过流保护、零序保护。

速断和过流保护动作时间整定为0.04s,零序保护时间整定为1s。一次重合闸延时1s。

断路器ZB2动作时间小于断路器FB2保护动作时间80ms,满足时限保护要求。

分支线分界断路器可依据需求配置不一样通信模块,可使用光纤、载波、

无线通信自动上传开关动作和告警信号。

3.2.4分支线用户分界断路器

分支线用户分界断路器YB1、YB2在主干线第一分段（FB电源侧）,其保护设置:投入一次重合闸,

投入瞬时速断或限时速断保护、过流保护、零序保护。若投入瞬时速断,

则断路器含有快速保护功效（故障电流连续时间小于25ms）,若投入限时速断,

保护动作时间可整定为0.08s或以下,过流保护动作时间整定为0.08s或以下,零序保护时间整定为1s。

一次重合闸延时1s。断路器YB1、YB2动作时间小于断路器ZB1保护动作时间120ms,

满足时限保护要求。

分支线用户分界断路器YB3~YB4在主干线第二分段（FB负荷侧）,其保护设置:投入一次重合闸,

投入瞬时速断、过流保护、零序保护。瞬时速断时故障电流连续时间小于25ms,

过流保护动作时间整定为0s,零序保护时间整定为0.5s。一次重合闸延时1s。

断路器YB3~YB4动作时间小于断路器ZB2保护动作时间40ms,满足时限保护要求。

分支线用户分界断路器可依据需求配置不一样通信模块,可使用光纤、载波、

无线通信自动上传开关动作和告警信号。

3.2.5联络开关（手拉手环网开关）

联络开关选择配置快速智能柱上断路器,可实现远程管理。当配网通道成熟时,可实现配网自动化,

轻松实现网络重构。

3.3方案优势

在上述方案中,故障电流对电网冲击很小:

断路器FB1以下主干线发生故障不会引发变电站出线断路器跳闸;

主干线上后一级发生故障不会引发前一级断路器跳闸;

分支线上发生故障不会引发主干线前一级断路器跳闸。设置全部断路器重合一次,

可在整个线路范围内瞬时故障消失后自动恢复供电。全部断路器保护整定简单方便。配有自动化接口,

可实现远程管理。线路扩容时定值修改方便。

3.4江西变同宁906线路一次设备及保护配置方案

江西变同宁906线路见图2所表示。

图2 江西变同宁906线路图

该线路变压器总容量为2670+1170kVA,线路最大额定电流约为384A,所以,

选定额定电流为630A断路器即可满足要求。根据馈线分段标准,

我们第一期在图中兰线标注位置配置了快速智能柱上断路器,其一次设备配置示意图见图3。

图3 江西变同宁906线路一次设备配置示意图

上图中,同宁01开关作为变电站馈线出线断路器,同宁02开关、同宁03开关、同宁04开关、

旧独山抽水支01开关作为主干线分段断路器,刘村支01开关、坛坡支01开关、岜马支01开关、

岜粒支01开关、平江支01开关等作为分支线分界断路器。该条线路无双电源供电,无需联络开关。

在设置线路保护定值时,要采取逐步递减方法,确保从变电站到出线末端,电流依次减小,

整定时间依次降低。

u 变电站馈线出线断路器保护设置

主干线同宁01开关保护设置:投入一次重合闸,投入速断保护、过流保护、零序保护。

速断和过流保护动作时间整定为0.16s,零序保护时间整定为2.5s。一次重合闸延时1s。

u 主干线分段断路器保护设置

主干线同宁02开关保护设置:投入一次重合闸,投入速断保护、过流保护、零序保护。

速断和过流保护动作时间整定为0.12s,零序保护时间整定为2.0s。一次重合闸延时1s。

同宁02开关动作时间小于站端馈线保护动作时间160ms,满足时限保护要求。

主干线同宁03开关保护设置:投入一次重合闸,投入速断保护、过流保护、零序保护。

速断和过流保护动作时间整定为0.08s,零序保护时间整定为1.5s。一次重合闸延时1s。

同宁03开关动作时间小于同宁02开关保护动作时间120ms,满足时限保护要求。

主干线同宁04开关保护设置:投入一次重合闸,投入速断保护、过流保护、零序保护。

速断和过流保护动作时间整定为0.04s,零序保护时间整定为1.0s。一次重合闸延时1s。

同宁04开关动作时间小于同宁03开关保护动作时间80ms,满足时限保护要求。

主干线旧独山抽水支01开关保护设置:投入一次重合闸,投入速断保护、过流保护、零序保护。

速断和过流保护动作时间整定为0.0s,零序保护时间整定为0.5s。一次重合闸延时1s。

旧独山抽水支01开关动作时间小于同宁04开关保护动作时间40ms,满足时限保护要求。

主干线分段断路器可依据需求配置不一样通信模块,可使用光纤、载波、

无线通信自动上传开关动作和告警信号。

u 分支线分界断路器保护设置

分支线刘村支01开关在主干线第一分段,其保护设置:投入一次重合闸,投入瞬时速断或限时速断保护、

过流保护、零序保护。若投入瞬时速断,则断路器含有快速保护功效（故障电流连续时间小于25ms）,

若投入限时速断,保护动作时间可整定为0.12s或以下,过流保护动作时间整定为0.12s或以下,

零序保护时间整定为1s。一次重合闸延时1s。

刘村支01开关动作时间小于同宁01开关保护动作时间160ms,满足时限保护要求。

分支线坛坡支01开关、岜马支01开关在主干线第二分段,其保护设置:投入一次重合闸,投入瞬时速断、

过流保护、零序保护。若投入瞬时速断,则断路器含有快速保护功效（故障电流连续时间小于25ms）,

若投入限时速断,保护动作时间可整定为0.08s或以下,过流保护动作时间整定为0.08s或以下,

零序保护时间整定为1s。一次重合闸延时1s。坛坡支01开关、

岜马支01开关动作时间小于同宁02开关保护动作时间0.12ms,满足时限保护要求。

分支线岜粒支01开关在主干线第三分段,其保护设置:投入一次重合闸,投入瞬时速断、过流保护、

零序保护。若投入瞬时速断,则断路器含有快速保护功效（故障电流连续时间小于25ms）,

若投入限时速断,保护动作时间可整定为0.04s或以下,过流保护动作时间整定为0.04s或以下,

零序保护时间整定为0.5s。一次重合闸延时1s。

岜粒支01开关动作时间小于同宁03开关保护动作时间0.08ms,满足时限保护要求。

分支线平江支01开关在主干线第四分段,其保护设置:投入一次重合闸,投入瞬时速断、过流保护、

零序保护。若投入瞬时速断,则断路器含有快速保护功效（故障电流连续时间小于25ms）,

若投入限时速断,保护动作时间可整定为0s,过流保护动作时间整定为0s,零序保护时间整定为0s。

一次重合闸延时1s。平江支01开关动作时间小于同宁04开关保护动作时间0.04ms,满足时限保护要求。

分支线用户分界断路器可依据需求配置不一样通信模块,可使用光纤、载波、

无线通信自动上传开关动作和告警信号。

3.5江西变同新908线路一次设备及保护配置方案

江西变同新908线路见图4。

该线路变压器总容量为3135+1565kVA,线路最大额定电流约为470A,所以,

选定额定电流为630A断路器即可满足要求,根据馈线分段标准,

我们第一期在图中兰线标注位置配置了快速智能柱上断路器,其一次设备配置示意图见图5。

图5 江西变同新908线路一次设备配置示意图

上图中,同新02开关、同新03开关、同新05开关、同新06开关、同新07开关作为主干线分段断路器,

那马支01开关、那杜支01开关、木村支01开关、康宁支01开关等作为分支线分界断路器。

该条线路无双电源供电,无需联络开关。

u 主干线分段断路器保护设置

主干线同新02开关保护设置:投入一次重合闸,投入速断保护、过流保护、零序保护。

速断和过流保护动作时间整定为0.16s,零序保护时间整定为2.5s。一次重合闸延时1s。

主干线同新03开关保护设置:投入一次重合闸,投入速断保护、过流保护、零序保护。

速断和过流保护动作时间整定为0.12s,零序保护时间整定为2.0s。一次重合闸延时1s。

同新03开关动作时间小于同新02开关保护动作时间160ms,满足时限保护要求。

主干线同新05开关保护设置:投入一次重合闸,投入速断保护、过流保护、零序保护。

速断和过流保护动作时间整定为0.08s,零序保护时间整定为1.5s。一次重合闸延时1s。

同新05开关动作时间小于同新03开关保护动作时间120ms,满足时限保护要求。

主干线同新06开关保护设置:投入一次重合闸,投入速断保护、过流保护、零序保护。

速断和过流保护动作时间整定为0.04s,零序保护时间整定为1.0s。一次重合闸延时1s。

同新06开关动作时间小于同新05开关保护动作时间80ms,满足时限保护要求。

主干线同新07开关保护设置:投入一次重合闸,投入速断保护、过流保护、零序保护。

速断和过流保护动作时间整定为0.0s,零序保护时间整定为0.5s。一次重合闸延时1s。

同新07开关动作时间小于同新06开关保护动作时间40ms,满足时限保护要求。

主干线分段断路器可依据需求配置不一样通信模块,可使用光纤、载波、

无线通信自动上传开关动作和告警信号。

u 分支线分界断路器保护设置

分支线那马支01开关在主干线第一分段,其保护设置:投入一次重合闸,投入瞬时速断或限时速断保护、

过流保护、零序保护。若投入瞬时速断,则断路器含有快速保护功效（故障电流连续时间小于25ms）,

若投入限时速断,保护动作时间可整定为0.12s或以下,过流保护动作时间整定为0.12s或以下,

零序保护时间整定为1s。一次重合闸延时1s。

那马支01开关动作时间小于同新02开关保护动作时间160ms,满足时限保护要求。

分支线那杜支01开关在主干线第二分段,其保护设置:投入一次重合闸,投入瞬时速断、过流保护、

零序保护。若投入瞬时速断,则断路器含有快速保护功效（故障电流连续时间小于25ms）,

若投入限时速断,保护动作时间可整定为0.08s或以下,过流保护动作时间整定为0.08s或以下,

零序保护时间整定为1s。一次重合闸延时1s。

那杜支01开关动作时间小于同新03开关保护动作时间0.12ms,满足时限保护要求。

分支线木村支01开关、康宁支01开关在主干线第三分段,其保护设置:投入一次重合闸,投入瞬时速断、

过流保护、零序保护。若投入瞬时速断,则断路器含有快速保护功效（故障电流连续时间小于25ms）,

若投入限时速断,保护动作时间可整定为0.04s或以下,过流保护动作时间整定为0.04s或以下,

零序保护时间整定为0.5s。一次重合闸延时1s。木村支01开关、

康宁支01开关动作时间小于同新05开关保护动作时间0.08ms,满足时限保护要求。

u 保护动作过程

当同新05开关、同新06开关开关之间母线发生相间断路故障时,故障电流将从变电站出线,

沿着母线流到故障点,经过同新02开关、同新03开关、同新05开关,

因为这三台开关设置故障电流定值依次减小,同新05开关最先达成瞬时速断保护定值,或,

只有同新05开关故障电流达成故障电流定值,同新05开关最先保护动作,切除故障线路,

确保同新05开关之前线路继续供电。

假如在同新05开关上设置了一次自动重合闸,开关将在跳闸后,根据设定时间进行一次重合闸,

假如是因为瞬时故障,造成开关跳闸,则一次重合闸基础上能够重合成功,重新供电成功;

假如是因为永久性故障造成开关跳闸,则开关一次重合闸以后,快速跳闸,并合闸闭锁,隔离故障线路。

3.6快速智能柱上断路器关键技术条件

3.6.1快速智能柱上断路器本体特征

a）额定参数

l 额定电压: 12kV

l 额定电流: 630A

l 额定短时（1min）工频耐受电压: 42kV

l 额定雷电冲击耐受电压: 75kV

l 额定短路开断电流: 20kA

l 额定短路关合电流（峰值）: 50kA

l 热稳定电流（4s）: 20kA

l 动稳定电流（峰值）: 50kA

l 额定短路电流开断次数: 30次

l 额定频率: 50Hz

l 爬电比距: ≥ 31 mm/kV

l 外绝缘污秽等级: Ⅳ

b）机械特征参数

l 行程: 14±0.5 mm

l 触头开距: 11±0.5mm

l 超程: 3.5±0.5 mm

l 合闸时间: ≤80 ms

l 分闸时间: ≤60 ms

l 分合闸不一样期: ≤2 ms

l 合闸弹跳: ≤2 ms

l 平均分闸速度: 1.1±0.2 m/s

l 平均合闸速度: 0.6±0.2 m/s

l 机械次数: 10000次

l 主回路电阻: ≤ 120 μΩ

l 额定操作次序: 分-0.3s-合分-180s-合分

c）其它参数

l 电流传感器变比: 600/1

l 电流传感器精度等级: 0.2级

l 箱体采取不锈钢材料制成,外壳防护等级: IP64

l 重量: 80kg

l 箱体颜色: 国际灰

3.6.2快速智能柱上断路器操作控制箱特征

a）关键功效

l瞬时速断保护

l定时过流保护

l数据统计功效

l自动重合闸

l小电流接地系统单相接地保护功效

l短消息功效

b）关键性能参数

l 工作电源: DC12V

l 操作电源电压: DC110V

l 电流输入范围: 0～10A

l 电流整定范围（一次CT变比为600:1）:10～600A/100～5000A