配电线路柔性重合技术

一、背景与思路

• 配电网三相自动重合闸的作用与趋势：重合于永久性故障会带来短路电流冲击，重合于瞬时性故障可能带来励磁涌流冲击。推行接地故障跳闸将显著增加重合次数，降低重合冲击势在必行。
• 降低电流冲击的可能性：通过分相重合和定相位重合策略降低冲击。
• 分相+定相位重合的可行性：快速开关的定相位合闸离散度小（±1ms），可实现配电线路故障后的“柔性”重合。
• 研究内容：基于分相重合的永久性故障判别和基于相控重合的励磁涌流抑制。

二、基于分相重合的永久性故障判别

• 基本思路：针对不同故障类型与中性点接地方式，提出不同的重合相序以减小故障电流冲击。
  • 单相接地故障：小电阻接地系统重合一健全相。
  • 两相短路接地：小电流（或小电阻）接地系统重合一健全相。
  • 两相短路故障：重合任意一相时，开关下游无对地故障支路，重合无冲击电流。
• 接地故障特征分析：建立了不同故障类型的分相重合分析模型，分析了瞬时性与永久性故障的电气量特征差异，通过求解“过渡电阻”值进行区分。
• 接地故障性质识别方法（参数识别）：利用滑窗构造超定方程，通过最小二乘算法求解“过渡电阻”值，构造判据区分瞬时性与永久性故障。
• 相间故障特征分析：永久性相间故障重合非故障相时，负荷侧等效电路与瞬时性故障相同；重合故障相时，电压特征存在显著差异。
• 相间故障性质识别方法（平均Hausdorff距离）：利用Hausdorff距离算法实现故障性质的快速识别，定义判据区分瞬时性与永久性故障。

三、基于相控重合的励磁涌流抑制

• “定相位”抑制励磁涌流：通过分析变压器磁通特征，控制合闸相位，可显著降低励磁涌流。
• 剩磁的估算问题：合闸策略需要剩磁参数，优先选择误差较小的芯柱进行，线电压积分法具有可操作性。
• 合闸相位、合闸相序的确定：分相合闸采用“先合两相、再合一相”的策略，关键在于获取一个铁芯柱的剩磁参数与该剩磁参数对应的两相作为首合相，剩余一相作为末合相。
• 多台变压器合闸策略：采用“首先分群聚类，确定群等效剩磁，最后基于容量加权求合闸角”的方法。
• 相控合闸总体流程：提出相控合闸的详细流程。

四、样机与测试

• 样机研制：提出了一种分相开关的改进设计方案，包括磁控分相操作机构、电子式电压传感器（EVT）、低功耗电流传感器（LPCT）、低功耗控制终端。
• RTDS测试-永久性故障识别：闭环测试结果表明，永久性故障识别方法准确可靠。
• RTDS测试-励磁涌流抑制：正常空载合闸励磁涌流抑制率能达到99%，故障下多台变压器励磁涌流抑制率能达到80%以上。

五、总结

• “柔性”重合技术能有效降低合于故障或合闸涌流带来的冲击。
• 具有分相操作功能的开关，可实现永久性故障判别，且能够降低合于故障带来的电流冲击。
• 具有分相合闸+定相位合闸功能的开关，可有效降低变压器合闸产生的励磁涌流冲击。
• 样机测试证明了方案的可行性，仍需进一步通过示范应用加以验证。