基于三段式線路保護的自動控制斷路器改造

黨夢宇 殷高飛

摘? 要：目前自動控制斷路器保護三段式線路時，存在控制器檢測結果不精準，開關對三段式線路的保護不夠靈敏，通信裝置通信不及時等問題，為此提出基于三段式線路保護的自動控制斷路器改造。增加自動重合閘裝置，提高斷路器開關的靈敏度，縮短人為開合閘所浪費的時間;計算斷路器控制器檢查三段式線路的周期，設置控制器最優(yōu)檢查周期，提高控制器對三段式線路的保護效率;增加通信裝置與控制器和三段式線路控制中心的無線通道接口，增加通信裝置與控制器無線通道，提高自動控制斷路器信息傳遞效率。

關鍵詞：三段式;線路保護;自動控制;斷路器

0? ? 引言

目前電力的使用已經滲入社會生活的各個方面，在使用過程中，對電能質量的要求也在不斷提高。但電力行業(yè)發(fā)展到現(xiàn)在，目前的斷路器已經不能滿足各行各業(yè)的用電需求，因此國內外都在積極研究自動控制斷路器的改造[1]。國外對自動控制斷路器的研究起步較早，研制出一種框架式自動控制斷路器，可以自動測量電壓、頻率和功率;除此之外，還研制出一種塑殼斷路器，這種斷路器配置了眾多電力參數(shù)測量功能，可以精準控制電力流轉[2]。相比較國外，國內對自動控制斷路器研究起步較晚，幾十年前，國內最早研究出的是塑料外殼智能型斷路器，為國內斷路器的發(fā)展奠定了基礎，在此后的幾年間，國內先后在塑料外殼智能型斷路器上進行改進，研發(fā)出可通信塑殼斷路器，體積小，具有微處理等功能[3]。但是，隨著電網規(guī)模的擴大化，斷路器對電路的保護不再處于單一電路保護的水平，而是需要同一斷路器保護多條線路。因此，此次對基于三段式線路保護的自動控制斷路器改造展開了研究。

某礦現(xiàn)有35 kV變電站，高壓室內兩進線柜無斷路器，操作停送電時，需要通過上級發(fā)電廠反饋至負荷柜分合斷路器后才能進行。然而，該煤礦企業(yè)對電力系統(tǒng)供電的可靠性要求極高，通過上述操作方式檢修線路故障，切換供電線路，不僅時間間隔長，而且由于人為操作中主觀因素的影響，極易發(fā)生誤操作，引起供電事故。所以，此次改造在進線柜內加裝自動控制斷路器，增加設備自投裝置，實現(xiàn)遠程監(jiān)控、遠程操作、自動投切功能與后臺監(jiān)控系統(tǒng)及調度的“四遙”功能，當線路出現(xiàn)故障后，還能夠自動切換，不影響下級負荷正常運行，保證供電的可靠性。

1? ? 基于三段式線路保護的自動控制斷路器改造內容

針對三段式線路保護，自動控制斷路器的主要改造內容如表1所示。

2? ? 改造過程

根據(jù)表1中自動控制斷路器改造主要內容，分析改造過程如下：

2.1? ? 提高斷路器開關靈敏度

三段式線路在運行時會出現(xiàn)電流流通問題，出現(xiàn)大規(guī)模停電，甚至造成人身安全和設備安全事故，因此在保護三段式線路時，需要優(yōu)化斷路器開關，提高斷路器開關的靈敏度，促使斷路器可以在感應到三段式線路電流流通出現(xiàn)問題的一瞬間，就停止三段式線路的電流流通，實現(xiàn)對三段式線路的保護[4]。因此，優(yōu)化斷路器開關，在原本的斷路器開關上增加自動重合閘裝置，替代人為手動閘，即在三段式線路保護前端的斷路器上安裝一個自動重合閘裝置，如圖1所示。

圖1中，QF表示斷路器開關，A、B、C表示三段式線路，AAR表示自動重合閘裝置，1、2、3即三個斷路器裝置。從圖1中可以看出，當A、B、C三段式線路出現(xiàn)任何問題時，都會自動閉合相應的斷路器開關，此時，安裝在斷路器3上的自動重合閘裝置也會瞬間控制斷路器開關閉合，阻斷電流的產生。當三段式線路產生的故障為暫時性故障時，斷路器控制單元會及時收集三段式線路信息，自動重合閘，恢復三段式線路的正常供電，此時重合閘處于閉合狀態(tài)，從而增加斷路器對三段式線路的自動控制能力，縮短停電時間。增設了自動重合閘的斷路器裝置，應用在三段式供電線路中，當運行線路發(fā)生故障時，斷路器開關會執(zhí)行先跳動作。此時設備會檢測三段式線路中的線路1，當線路1無電壓無電流時，檢測線路2，當檢測發(fā)現(xiàn)線路2中有電壓時，斷路器會自動閉合開關。此時需要計算斷路器自動閉合時間，即：采樣判斷+裝置動作+跳閘指令=9 ms時，斷路器自動閉合;當分閘線圈動作+斷路器分閘時間（固有分閘時間+不同期時間+熄弧時間）≈60 ms時，斷路器不會自動閉合;當采樣判斷+裝置動作+合閘指令=10 ms，合閘時間≈100 ms時，判斷三段式線路存在故障。此時，如果不投入重合閘，當三段式線路中的一條線路發(fā)生故障時，在0.2 s之內可以再次供電，不會對三段式線路和斷路器運行設備造成任何影響，只會產生一些電壓波動。如果在此時投入重合閘，需要重新計算重合閘閉合時間，即跳閘+重合閘+跳閘+備自投合閘≈0.9 s（重合閘延時0.3 s及以下時），不會影響下級斷路器運行，給下級設備帶來負荷，此時斷路器及三段式線路都可以正常運行。

2.2? ? 設置控制器信息收集周期

斷路器的核心部件是控制器，可以實時收集線路的參數(shù)，并根據(jù)線路參數(shù)變化及時做出調整，給出相應的控制信息，從而實現(xiàn)電力線路的遠程管理[5]。因此，設信號直流分量為A0，基波頻率為w，諧波次數(shù)為n，且n為自然數(shù)，第n次諧波的正弦分量幅值為an，第n次諧波的余弦分量幅值為bn，則有：

f（t）=A0+■（ansin nwt+bncos nwt）? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

式中：f（t）為斷路器收集三段式線路參數(shù)的周期函數(shù);t為收集三段式線路參數(shù)的周期時間。

此時得到的f（t）為斷路器收集三段式線路參數(shù)的最優(yōu)周期。經過設置后，控制器會在最優(yōu)周期內循環(huán)檢查三段式線路，其檢查周期流程如圖2所示。

從圖2可以看出，控制器在檢測三段式線路過程中，會不斷初始化上一周期檢測到的信息，重復如圖2所示的檢查流程，檢查三段式線路可能存在的問題。當圖2的流程出現(xiàn)問題時，控制器會自動停止檢查，斷絕電流，保護三段式線路，并將故障信息通過通信裝置傳遞給三段式線路維護人員。若沒有發(fā)現(xiàn)故障，控制器會刷新上一次檢測結果，重新循環(huán)檢測三段式線路。

2.3? ? 增加通信裝置與控制器無線連接通道

在斷路器中，除了控制器外還有通信裝置，用于在發(fā)現(xiàn)三段式線路存在問題時，及時將故障信息傳遞給三段式線路檢修人員。因此，針對斷路器通信裝置進行改造，通過增加通信裝置與控制器的無線連接通道，改善通信裝置與控制器通信的及時性。在斷路器通信裝置原有的接口上，增加通信裝置與控制器的無線通道接口，與此同時，增加斷路器的通信裝置與三段式線路維修控制中心的無線通道接口，提高信息的快速傳遞能力，從而形成同控制器與控制中心的雙鏈接通信形式。在此基礎上，增加以太網連接接口，抑制外界信號干擾，保障通信過程中數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸。

3? ? 結語

綜上所述，此次自主控制斷路器改造，從斷路器開關、控制器和通信裝置三個方面著手，增加自主控制斷路器對三段式線路檢查的靈敏度、對電流控制的有效性以及對故障問題傳遞的及時性。但此次改造未考慮斷路器的電源、運行時長和斷路器本身可能存在的故障問題，因此，在今后的研究中，還需從斷路器本身著眼，提高斷路器運行的穩(wěn)定性及其對三段式線路的保護效率。

[參考文獻]

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[3] 朱光宇，龐艷君，原通文，等.斷路器自動裝配檢測生產線上RFID應用模式研究[J].制造業(yè)自動化，2020，42（6）：1-3.

[4] 李勁彬，夏天，黃爍，等.基于XGBoost的集成式隔離斷路器狀態(tài)評估[J].高電壓技術，2020，46（5）：1800-1806.

[5] 孫浩，張志遠，徐天啟.輸電線路三段式電流保護的MATLAB仿真與分析[J].數(shù)字技術與應用，2018，36（5）：98-99.

收稿日期：2020-06-28

作者簡介：黨夢宇（1982—），男，陜西楊陵人，工程師，從事機電專業(yè)工作。

殷高飛（1990—），男，陜西洛南人，助理工程師，從事礦井建設工作。