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浅谈电压型开关在电流型馈线自动化中的应用
(福州 350009)福州电业局 郑旭涛 2005。02。09
1 背景
近几年，以日本东芝开关为代表的电压型配电自动化设备在国内许多城市开始投运。这些设备运行可靠、稳定,投运后已产生了明显的经济、社会效益，为当地的电力建设发挥了积极的作用。随着配网自动化的发展，馈线自动化模式已由最初的就地控制模式和分布智能控制模式提升为集中远方控制模式。在该模式下，由配网中心主站、FTU监控终端和一次开关配合,共同实现配电网络故障区段的定位、隔离和非故障区段的供电恢复。那么,在配网自动化中心主站、子站和通信网络已经建立的情况下，如何将原有电压型DA改造为电流型DA,或者单有电压型开关，如何进行改造以适应电流型DA，这是当前配网自动化实施过程中急需解决的技术问题。以下结合福州配网自动化实施情况,浅析如何对电压型开关进行改造以实现电流型DA的技术方案。
2 电压型DA的实现原理和优缺点分析
电压型DA的实现原理是线路故障后通过自动时限顺送功能合开关，由故障前端的开关控制器采集电压配合延时判断，进行线路的检测确认,从而完成故障区段的隔离，并恢复正常区间供电。
电压型DA的优点在于：
1、 东芝电压型开关本身体积小，动作可靠，长寿命,免维护，性能价格比高，对用户有一定的吸引力。
2、 电压型DA投资省，只要配置电压型开关和故障检测器,无需其它设备。
3、 电压型DA可以实现就地故障自动隔离和自恢复供电,不需要主站或子站，也无需通信通道。
但电压型DA也存在着不可克服的缺点：
1、 DA重构时间比较长，一般需要1分钟以上，而且要首端开关重合多次，才能完成DA过程。
2、 国内10KV回路，大多是小电流接地系统，单相接地故障不跳闸.因此电压型DA无法识别单相接地故障和断线故障。
3、 当发生金属性接地故障时，非电源侧开关的故障检测器无法利用残压进行闭锁，系统重构后，会导致非故障区段短时停电。
4、 由于无通讯和相关远动终端设备，调度无法把握DA处理情况，也无法进行正常遥控操作。
鉴于存在以上这些问题,实际应用中，尤其是建立配电自动化系统以后，通
信网络日趋完善的情况下，电压型DA的局限性就更明显了。因此目前大多数系统采用的是电流型DA方式.
3 电压型DA改电流型DA的技术方案
3．1 电流型DA与电压型DA的区别
电流型DA与电压型DA的根本不同点在于故障判据不同。电流型DA根据有无故障电流来识别故障和定位故障点，而电压型是依据电压来判断。因此电流型DA必须要配电主站或子站，而且需要建立相应的通信通道，开关的控制集中在主站或子站进行操作。
3．2 许继VSP5电压型开关的特点
福州电业局配电自动化改造中采用了珠海许继生产的VSP5型真空负荷开关,该系列开关全面引进日本东芝技术，具有电压型开关的突出特点:采用交流220V操作电源，当馈线无压时，开关自动跳闸。开关电气原理图如下：
故障情况下开关的闭锁有两种类型:
1、 合闸闭锁：当开关顺送合闸，在故障探测Y时间内,馈线又失电，这时该开关自动闭锁——Y时间闭锁.
2、 残压闭锁：故障点在开关非电源侧，当馈线失电，瞬时电压大于30%额定电压且持续时间大于150ms，则该开关闭锁。
基于以上特点,我们认为:
1、 开关合/分，由馈线有无电压来控制，这是开关特性所决定的,无法改变.
2、 开关采用交流操作电源，不依赖于蓄电池，使得开关操作更可靠，同时减少配电终端蓄电池的容量，这是电压型开关的优点应当予以保留.
关键是开关的闭锁如何改造？能否用主站、子站集中控制方式来代替Y时间闭锁和残压闭锁？这是电压型改造电流型的关键。
3．3 几种改造方案的比较：
（1） 电压型开关操作电源改为直流操作电源，开关分/合，不受馈线电压
控制。这样只要配置3相CT和相应的配电终端,即可完成实现电流型DA。
（2） 采用逆变电源或其它交流电源作为开关的操作电源。开关分/合，不
受馈线电压控制。由配电终端控制操作电源投切,达到控制开关分/合的目的。
（3） 针对VSP5开关的特点进行改造：当手柄在自动位置时，如合闸线
圈两端有220V电压，开关保持在合闸状态；如合闸线圈掉电，开关变为分闸。因此,要实现对开关的闭锁,只要在开关线圈回路中串接一个接点，控制合闸线圈两端的电源即可，原电压型开关所有部件及这种开关的优点不变。如下图所示,当线圈开点处于合位置，则有电就合，处于自动状态。当线圈开点处于分位置，开关的动作被闭锁，处于分位置。
柱上真空开关
线圈
控制闭锁接点，由FTU控制
PT切换控制开关
Y接点
上述三种方案比较,第一种涉及到一次设备开关的改造，工作量大,投资
大，最为关键的是失去了“东芝”电压型开关的特点，如果开关已投运，根本无法实施,所以不可取；第二种采用逆变电源,不可靠，价格也贵，从其它地方提供交流电源也不现实，所以不可取；第三种模式,除保持了原有东芝”电压型开关的优点外，控制可靠，而且经济实用，值得推荐。
3．4 福州配网电压型开关改电流型DA的具体实现
福州配电自动化改造二期工程采用鲁能积成的F304型FTU与许继VSP5型开关配合，采用上述第三种方案，实现快速配电自动化。具体的，FTU提供交流接触器和直流24V继电器两种方案控制开关的操作电源,
1、交流接触器控制开关操作电源方案：开关两侧220V交流电源通过接触器切换为一组交流，供开关的操作电源和控制闭锁接点的线圈工作电源使用。在开关两侧全部失电后，开关因合闸线圈失电而分闸，接触器的线圈控制电压因交流失电而消失，自保持触点释放.当开关任一侧交流得电时，通过设计使接触器不会自动重合，而使开关保持在闭锁状态.要开关闭合，必须通过主站下发点号1的遥控合闸命令使开关闭合，解除闭锁状态。此种方案的缺点在于当出现瞬时性故障时，当变电站通过重合闸恢复供电后,由于开关两侧得电后自动保持在闭锁状态,需要由主站或子站下发遥控合闸命令来解除闭锁。
2、直流24V继电器控制开关操作电源方案：对于采用继电器方案的情况，由于继电器的控制线圈在交流失电后可由蓄电池维持供电，开关在交流失电后再次上电时将自动合闸,便于瞬时性故障恢复，但对于永久性故障，为避免重合于故障，需要主站或子站下发点号0的遥控分闸命令闭锁开关。假设线路上开关都为电压型开关，当线路发生瞬时性故障时,变电站出线开关分闸，线路上开关分闸，FTU继电器的控制线圈在交流失电后由蓄电池维持供电，接点保持闭合，变电站出线开关重合闸时线路开关来电自动合闸，线路恢复供电；当线路发生永久性故障时，变电站出线开关重合闸不成，线路上开关失电分闸，主站系统DA处理进程启动,将故障点两侧开关断开（实际上是断开继电器接点,将开关闭锁,避免线路恢复供电时重合于故障）,切除故障后，执行线路恢复供电方案.
以上两种方案同时集成在FTU控制箱内，可根据现场的需求，通过变换机柜内到航空插座的接线和主站的遥控点号配置实现切换选择。
除了远方遥控命令实现开关的闭锁和合闸外，F304在当地操作面板上设置了闭锁开关和开关控制条，通过闭锁开关和当地远方开关的组合，闭锁继电器的触点输出，从而最终影响到VSP5开关线圈的得电失电,实现当地操作对开关的闭锁。
通过比较两种实施方案的优劣，我们最终采取第二种方案,既保护了原有电压型开关的投资，又实现了与现有电流型馈线自动化的融合,实际运行情况良好。
4 总结
无论是电压型DA还是电流型DA，都有自己的优缺点，关键看谁更能适应自己的配电网络。但是一旦选定了合适的配网自动化系统，就要以讲究实用为目的，既切实解决当前配网中的主要问题，又不浪费资金、摆花架子.毕竟建设配网自动化系统的主要目的不是用来解决一年内屈指可数的几次事故，而应该把重点放在线路和设备的经济运行、提高工作效率上，使配网自动化系统发挥出更大的效益,缩短对客户的停电时间，提升优质服务的技术水平，这样才能使我们的配电管理水平上一个新的台阶。