1 國(guó)內(nèi)配電線路重合閘應(yīng)用情況

對(duì)于配電架空線路，絕大部分故障是由于雷擊過(guò)電壓引起的絕緣子表面閃絡(luò)、大風(fēng)造成的短時(shí)碰線、樹(shù)枝落在導(dǎo)線上等引起的瞬時(shí)性故障。因此，大多數(shù)的供電公司從提高供電可靠性的角度出發(fā)選擇投入重合閘。

現(xiàn)在城市電力線路纜化率越來(lái)越高，架空線路改電纜下地已經(jīng)成為一種趨勢(shì)，出現(xiàn)了越來(lái)越多的架空和電纜混合線路和純電纜線路。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，電纜線路發(fā)生永久性故障的概率較低，而且如果重合于永久故障，可能會(huì)對(duì)電纜造成致命性的損壞，所以對(duì)于純電纜線路大多選擇不投入重合閘。

對(duì)于架空和電纜混合線路是否投入重合閘，這需要權(quán)衡供電可靠性和設(shè)備安全等多方面的因素，但一直沒(méi)有一套完整的理論來(lái)指導(dǎo)。國(guó)內(nèi)許多大城市對(duì)供電可靠性要求比較高，所以不論是架空線路還是架空和電纜混合線路都投入重合閘或根據(jù)混合線路中電纜所占的比例決定是否投入重合閘。

國(guó)內(nèi)配電網(wǎng)現(xiàn)在的重合閘還是傳統(tǒng)的重合方式，投入與否每個(gè)供電公司都有自己考量。一方面，為提高供電可靠性，線路都需投入重合閘；另一方面，必須考慮重合于永久性故障帶來(lái)的影響。因此，對(duì)配電線路重合閘的設(shè)置，國(guó)內(nèi)一直存在爭(zhēng)議，不同地區(qū)的規(guī)定也存在一定的差異。

2. 脈沖關(guān)合的基本原理

脈沖關(guān)合技術(shù)，簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)，就是在系統(tǒng)發(fā)生故障重合器跳閘后，在電源側(cè)電壓波形118°時(shí)重合器合閘，在電流第一次過(guò)零時(shí)重合器開(kāi)斷，這個(gè)過(guò)程只有3到8ms，這3到8ms內(nèi)產(chǎn)生的電流波形只是一個(gè)很小的脈沖（如圖1所示），分析這個(gè)脈沖即可判斷故障是否依然存在，如果線路故障消失，立刻啟動(dòng)重合器合閘；如果故障仍然存在，重合器保持分閘位置。

即使線路故障為永久故障，脈沖關(guān)合時(shí)所產(chǎn)生的電流脈沖也很小，幅值通常不到傳統(tǒng)重合時(shí)故障電流的一半，持續(xù)時(shí)間只有3到8ms。在實(shí)驗(yàn)室里，我們將某品牌重合器和IntelliRupter智能脈沖式重合器分別接于相同的回路上，模擬各種故障，比較重合于永久故障時(shí)對(duì)系統(tǒng)的影響，再次驗(yàn)證了上述結(jié)論，表1列出了其中三次的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。因此，即使脈沖關(guān)合于永久故障，系統(tǒng)也不會(huì)受到再次沖擊。

圖1：脈沖關(guān)合波形圖

表1：傳統(tǒng)重合和脈沖關(guān)合故障電流比較

跟傳統(tǒng)重合方式相比，脈沖關(guān)合具有以下明顯的優(yōu)勢(shì)：

（1）電流脈沖峰值較低，不會(huì)產(chǎn)生具有破壞性的電動(dòng)力而損壞設(shè)備；

（2）電流脈沖峰值低，持續(xù)時(shí)間短，產(chǎn)生的熱應(yīng)力對(duì)設(shè)備的影響可以忽略。在相同的情況下，脈沖關(guān)合生產(chǎn)的熱應(yīng)力不到傳統(tǒng)重合情況下的2%，如表1所示；

（3）系統(tǒng)不會(huì)再次經(jīng)歷電壓驟降，保證電能質(zhì)量；

（4）沒(méi)有故障電流再次穿越上級(jí)變壓器，有效地保護(hù)了變壓器；

（5）脈沖僅持續(xù)3到8ms，不足以使上級(jí)設(shè)備的保護(hù)裝置啟動(dòng)，便于保護(hù)配合。

脈沖關(guān)合技術(shù)的實(shí)現(xiàn)離不開(kāi)一次設(shè)備和二次裝置之間的精密配合。一次設(shè)備必須要在3到8ms內(nèi)合分一次，同時(shí)觸頭必須能夠有效的滅?。欢窝b置不僅要協(xié)助一次設(shè)備準(zhǔn)確的抓取電流脈沖，還必須具有一系列嚴(yán)密的邏輯來(lái)快速地分析脈沖，判斷故障是否存在。

脈沖關(guān)合技術(shù)是對(duì)傳統(tǒng)重合技術(shù)的革命性突破，在確保系統(tǒng)安全的前提下迅速判斷出故障是瞬時(shí)性的還是永久性的。脈沖關(guān)合技術(shù)應(yīng)用范圍極廣，完全適用于電纜線路的重合，不會(huì)對(duì)電纜造成任何損壞。

3. 脈沖關(guān)合技術(shù)在寧夏吳忠配網(wǎng)中的實(shí)際應(yīng)用

寧夏吳忠配網(wǎng)是中性點(diǎn)完全不接地系統(tǒng)，市區(qū)大多數(shù)線路為電纜和架空混合線路，所有線路的分段和聯(lián)絡(luò)設(shè)備保護(hù)都停用，變電站出線斷路器也根據(jù)實(shí)際情況選擇性的投入一次重合閘。為推進(jìn)饋線自動(dòng)化建設(shè)，我們將四條電纜和架空混合線路，即北郊變510西環(huán)Ⅰ線和529西環(huán)Ⅱ線、吳忠變515利寧Ⅰ線和526利寧Ⅱ線所有分段和聯(lián)絡(luò)設(shè)備改裝為IntelliRupter智能脈沖式重合器。

運(yùn)行至今，已成功避免了多起不必要的停電，有效地提高了供電可靠性和電能質(zhì)量。在此介紹幾次應(yīng)用中發(fā)生故障的情況。

3.1 529西環(huán)Ⅱ線瞬時(shí)相間故障

圖2：529西環(huán)Ⅱ線一次接線圖

529西環(huán)Ⅱ線裝有1臺(tái)分段IntelliRupter智能脈沖式重合器IR1，如圖所示。IR1過(guò)流保護(hù)定值為960A，0.05s動(dòng)作，設(shè)2次脈沖關(guān)合檢測(cè)。北郊變515開(kāi)關(guān)過(guò)流保護(hù)和環(huán)網(wǎng)柜開(kāi)關(guān)過(guò)流保護(hù)動(dòng)作延時(shí)分別為0.2s和0.1s。因此，F(xiàn)點(diǎn)故障，由IR1跳閘隔離故障點(diǎn)，529開(kāi)關(guān)和環(huán)網(wǎng)柜開(kāi)關(guān)不會(huì)動(dòng)作。

（1）2012年3月29日13:32:18.067線路發(fā)生故障，IR1檢測(cè)到B、C相過(guò)流，電流值分別為5471.558A和5266.041A。A相電流值為180.672A，波形如圖6所示。由于A相電流值相對(duì)較小，A相波形圖的比例尺較大，請(qǐng)結(jié)合波形圖的數(shù)值查看。

圖3：529西環(huán)Ⅱ線故障初始電流波形圖

IR1過(guò)流保護(hù)定值為960A，判斷為BC相間故障，0.05s后跳閘，隔離故障點(diǎn)。

（2）經(jīng)過(guò)設(shè)定時(shí)間，IR1開(kāi)始一次脈沖關(guān)合檢測(cè)，如圖4所示。已判斷為BC相故障，B、C相重合器觸頭快速的合分一次，取得的脈沖電流值分別為78.571A和89.160A，電流值相對(duì)較低，不是故障電流。因此，IR1認(rèn)為線路故障已消失。

圖4：529西環(huán)Ⅱ線一次脈沖關(guān)合檢測(cè)波形圖

（3）IR1重合器三相合閘，線路恢復(fù)正常運(yùn)行。

3.2 515利寧Ⅰ線永久相間故障

圖5：515利寧Ⅰ線一次接線圖

515利寧Ⅰ線裝有1臺(tái)IntelliRupter智能脈沖式重合器IR7，如圖所示。IR7過(guò)流保護(hù)定值為1930A，0.22s動(dòng)作，設(shè)2次脈沖關(guān)合檢測(cè)。吳忠變515開(kāi)關(guān)過(guò)流保護(hù)和環(huán)網(wǎng)柜開(kāi)關(guān)過(guò)流保護(hù)動(dòng)作延時(shí)分別為0.4s和0.3s。因此，F(xiàn)點(diǎn)故障，由IR7跳閘隔離故障點(diǎn)，515開(kāi)關(guān)和環(huán)網(wǎng)柜開(kāi)關(guān)不會(huì)動(dòng)作。

(1) 2012年4月17日16:24:29.679線路發(fā)生故障，IR7檢測(cè)到有過(guò)流，三相電流值分別為4154.802A、1741.032A和4484.825A，波形如圖6所示。

圖6：515利寧Ⅰ線故障初始電流波形圖

IR7過(guò)流保護(hù)定值為1930A，因此判斷為AC相間故障，啟動(dòng)重合器IR7分閘，隔離故障點(diǎn)，等待一次脈沖關(guān)合檢測(cè)。

(2)經(jīng)過(guò)設(shè)定時(shí)間，IR7開(kāi)始一次脈沖關(guān)合檢測(cè)，如圖7所示。已判斷為AC相故障，A、C相重合器觸頭快速的合分一次，取得的脈沖電流值分別為1765.111A和1726.947A（約為初始故障電流的40%），判斷為故障仍然存在。為排除勵(lì)磁涌流的影響，緊接著在負(fù)半波再取一次電流脈沖，結(jié)果如圖所示，仍為故障電流。所以，一次脈沖關(guān)合檢測(cè)的結(jié)果是線路故障還未排除，重合器IR7暫時(shí)保持分閘狀態(tài)，等待二次脈沖關(guān)合檢測(cè)。

圖7：515利寧Ⅰ線一次脈沖關(guān)合檢測(cè)波形圖

（3）經(jīng)過(guò)另一設(shè)定時(shí)間，IR7的A、C相開(kāi)始二次脈沖關(guān)合檢測(cè)，如圖8所示。二次檢測(cè)取得的脈沖電流值分別為1531.971A和1524.742A（不到初始故障電流的40%），但是電流值仍比較大，判斷為故障電流。同樣，為排除勵(lì)磁涌流的影響，緊接著在負(fù)半波再取一次電流脈沖，仍為故障電流。二次脈沖關(guān)合檢測(cè)的結(jié)果同樣是線路故障還未排除，判斷為相間永久故障，重合器IR7保持分閘位置并閉鎖。

圖8：515利寧Ⅰ線二次脈沖關(guān)合檢測(cè)波形圖

以上相間短路故障并未對(duì)系統(tǒng)造成任何沖擊，運(yùn)行人員及時(shí)從調(diào)控中心的電腦上了解了故障情況，并及時(shí)通知線路檢修人員巡線查找故障點(diǎn)。很快，故障點(diǎn)被確定，是風(fēng)將異物吹到線路上，導(dǎo)致相間故障。檢修人員及時(shí)清除了異物，排除了故障，并通知了運(yùn)行人員。運(yùn)行人員在調(diào)控中心的電腦上手動(dòng)合上IR7，線路恢復(fù)正常運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

脈沖關(guān)合技術(shù)的誕生是施恩禧電氣對(duì)智能電網(wǎng)建設(shè)的重大貢獻(xiàn)，其打破傳統(tǒng)的重合理念從另一個(gè)角度解決了重合于永久故障給系統(tǒng)帶來(lái)的安全威脅，也一定程度解決了配網(wǎng)的保護(hù)配合和電纜回路的重合問(wèn)題。

本文編自《電氣技術(shù)》，作者為陳建、張智。