兩種供電方式下10kV饋線自動化系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

兩種供電方式下10kV饋線自動化系統(tǒng)的設計與實現(xiàn),供電,方式,10,kV,饋線,自動化,系統(tǒng),設計,實現(xiàn) 配網自動化 低壓電器(2 o 0 8 7)通 用低壓 電器篇 兩種供 電方式 下 1 0 k V饋 線 自動化 系統(tǒng) 的設計與實現(xiàn) 閆鴻魁，林莘，王博，周 蕾。，汪 亮(1 沈陽工業(yè)大學 電氣工程學院，遼寧 沈陽 1 1 0 0 2 3；2 南京 因秦萊配電 自動化 設備有限公司，江蘇 南京2 1 1 1 O 0；3 東北大學 軟件 學院，遼寧 沈陽 1 1 0 0 0 4)摘要：針對 目前 的城、農網改造 中應用 的環(huán) 網型和輻射 型配 電方式進 行保護邏 閂 濁 r 1 0 R，一、輯設計，利用真空斷路器優(yōu)越的機械性能和重合器控制器的保護、測控及三遙功能實現(xiàn) 里 +巒 了配網饋線 自動化。增加了小電流接地保護功能，以及 G P R S技術的應用，對于提高供 究方向為智能化甫 電可靠性、減少停電時間和范圍提供基礎，最大限度地避免故障所帶來的巨大的損失。器及其相關技術。關鍵 詞：環(huán)網配電；輻射型；饋線 自動化；小 電流接地 中圖分類號：T M 7 6 文獻標識碼：A文章編號：1 0 0 1-5 5 3 I(2 0 0 8)0 7-0 0 4 1-0 5 De s i g n a n d I mp l e m e n t a t i o n o f 1 0 kV Fe e d Li n e s Au t o m a t i o n S y s t e m Ene r g i z e d i n Two W a y s Ho n g k u i ，L I N Xi n ，WANG Bo ，ZHOU L e i ，WANG L i a n g (1 S c h o o l o f E l e c t ri c a l E n g i n e e ri n g，S h e n y a n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y，S h e n y a n g 1 1 0 0 2 3，C h i n a；2 N a n j i n g I n t e l l i g e n t D i s t ri b u t i o n A u t o ma t i o n E q u i p m e n t C o ，L t d ，N a n j i n g 2 1 1 1 0 0，C h i n a；3 S o f t w a r e A c a d e my，N o r t h e a s t e r n U n i v e r s i t y，S h e n y a n g 1 1 0 0 0 4，C h i n a)Abs t r a c t：Ai me d a t t h e c i t y n e t，a g r i c u l t u r e n e t a l t e r a t i o n c u r r e n t l y，t h e r e a r e l o t s o f p r o t e c t l o g i c d e s i g n s o n t h e me t h o d a b o ut l o o p n e t po we r d i s t r i b u t i o n a n d r a d i a n t t y p e po we r d i s t r i b u t i o n；Ma ki n g us e o f t h e a s c e n d a n t me c h a n i c al p r o p e r t y o f v a c u u m c i r c u i t b r e a k e r a n d t h e f u n c t i o n o f a u t o ma t i c c i r c u i t a n d c o n t r o l l e r S s a f e g u ard，t r a c k i n g，t h r e e r e mo t e t h a t C a l Ty o u t p o we r d i s t r i b ut i on a ut o ma t i o n a n d i n c r e a s i ng t h e f u nc t i o n o f i n e f f e c t i v e g r o un d e d p r o t e c t i o n a n d t h e t e c h n i c al a p p l i c a t i o n o f GP R S I n c r e a s i n g r e l i a b i l i t y o n s e r v i c e，r e d u c i n g p o we r o ff t i me a n d e x t e n s i o n a nd a v o i d i n g t h e h u g e g T e a t d a ma g e t h a t ma l f un c t i o n c a u s e d ma x i mall y Ke y wo r ds：l oo p ne t powe r di s t r i but i o n；r a di ant t ype；f e e d l i n e s a ut o mat i o n；i ne ffe c t i ve g r o unde d 0 引 言 隨著城、農 網改造 的不 斷深入，各 電業(yè)局對 城、農 網改造 中設備 的選 型及 配電、配 網 的方 案作 了有益及有效 的嘗試，并得 出了很多經驗。配網分為環(huán)網型和輻射型兩種，針對 以往環(huán) 網 型供電和輻射型供電遇 到的情況，即開關設備需 要增加合、分動作 的次數(shù)才能完成故 障的隔離 和 恢復供電，本文進行 了改進。對環(huán) 網型和輻射型 兩種供電方式進行了分析與 比較，同時進行 了技 術和經濟的可行性比較。在 自動重合器上設計 了 微機綜合保護測控裝置，通過對該裝置的綜合保 護控制單元(P A R C)的設置，設計 了一套重合閘 保 護次序，并增加 了合于故 障加速跳 的功能及 G P R S通信功能。利用(C H Z 1 0 1 2 6 3 0-2 0型)重 合器本身切斷故障電流，實現(xiàn)故障就地隔離，縮小 林莘(1 9 6 1 一)，女，教授，博士生導師，從事高壓電器、智能化電器等方面的教學與科研工作。王博(1 9 8 1 一)，男，工程師，從事配電自動化及其相關技術工作。周蕾(1 9 8 1 一)，女，碩士研究生，研究方向為軟件工程。汪亮(1 9 8 2 一)，男，工程師，研究方 向為高電壓設備。維普資訊 http:/ 低壓電器(2 0 0 8 N o 7)通用低壓電器篇 配網自動化 停 電范 圍，減少 了重合閘次數(shù)，延長 了開關 的壽 命。同時帶有小電流接地保護功能，對于出現(xiàn)小 電流接地 的區(qū)段進行維護，最大限度地降低對 供電區(qū)域產生的影響，進一步提高供電的可靠性。1 環(huán) 網型配 電 自動化設 計方案 本文設計的環(huán)網型供 電方案由兩個出口斷路 器 D L 、D L ，6個 自動重合器 C H ，、C H 和一個 環(huán)網聯(lián)絡重合器 C H 組成，重合器上都配有綜合 保護控制單元(P A R C)-6 ，其系統(tǒng) 圖如 圖 l所，I D L 、D L 分別為 l 、2 變電站的出口斷路器，具有重合閘功能，重合間隔時間 1 S，重合 閘恢復 時間為 2 S。C H 、C H 為進線端帶有電壓互感 器的 自動 重合器，一端失壓 0 5 S 分閘，來壓延時 3 S 重合 閘，重合閘恢復時間設為 6 0 S。具有電流保護功 能，過流延 時時 間 2 0 0 ms。根據實際情 況，本文 又增加了合于故障加速跳的功能，加速跳延 時時 問為 1 0 0 m s，加速跳閘后閉鎖合閘操作。C H 為環(huán) 網聯(lián)絡重合器，兩側有壓閉鎖合閘 C Hl C H 2、C H 3 變電站DL 監(jiān)控中心 I P：22l 2 2 6 2 42 l 66 2 變電站D L!C段 L l 空 I 墜 ，、D 段 一、F 段 C H5 CH6 CH7 圖 1 環(huán)網配電系統(tǒng) 圖 操作，當有一側 失壓 1 0 S 后 進行合 閘操作時限。具有電流保護功能，過 流延時時 間 2 0 0 0 m s。同 時還增加了合于故障加速跳的功能，加速跳延 時 時間為 1 0 0 ms，加速跳閘后閉鎖合閘操作。C H 、C H 、C H 、C H 為進線端和出線端配備 電壓互感器 的自動重合器，兩端均失壓 0 5 S分 閘，來壓延時 3 S 重合閘，重合閘恢復時間設為 6 0 S。具有電流保護功能，過流延時時間2 0 0 m s。同 時還增加了合于故障加速跳的功能，加速跳延時 時間為 1 0 0 ms，加速跳閘后閉鎖合閘操作。CH。、C H 正 常工作 處于合 閘狀態(tài)，C H 處于分閘狀態(tài)。以上的設置是基于山東省黃城縣 的環(huán)網型供電的特 點、不 同的重合器所在線路的 位置綜合考慮而設計 的一套實際操作次序，設置 的參數(shù)也是根據實際情況設定 的。當某一段出現(xiàn) 故障時，按照以上的參數(shù)和動作次序進行操作，可 最大限度地保證供電的可靠性。舉例如下：當 E 段發(fā)生故 障 時(見 圖 1)，若 為瞬 時性 故 障，則 D L 、C H。、C H 經 0 2 S 后過流保護跳 閘，C H 經 0 7 S 后失壓分閘。此時，首先 D L 經 1 2 S 一次 一42 一 重合閘，其次 C H 經 4 2 S后來壓重合閘，最后 C H 經 7 2 S 后來壓重合閘，即故障發(fā)生 7 2 S 后 恢復正常供電。若為永久性故 障，D L 、C H 、C H 跳開后，P A R C將故 障檢測結果通過 G P R S網絡 無線送到控制主站，控制主站進行故障定位后，通 過 G P R S網絡無線遙控跳開 C H ，合上 D L 、C H ，隔離故 障區(qū)段，合上 C H ，恢復無故障區(qū)段供電。由 1 變電站供 A、c段，2 變電站供 B、D、F、H、G段(見 圖 2)。當然也存在不 同段線路的故 障情況，但是分析的原理 同上。B(D、F、H)段故 障的動作順序與 A(c、E、G)段相 同，可按上述設 置參數(shù)進行操作，在最短的時間內消除故障，最大 限度地避免其他線路受到不必要的影響。因此，采用 G P R S無線通信技術與重合器相 結合的方式，重合器開關設備保證 了開關設備 的 智能化 操 作，采集 了 電參 數(shù) 和線 路 信息；利用 G P R S無線技術，并通過監(jiān)控 中心實現(xiàn) 了遠端 電 氣設備實時監(jiān)控 目的，確實實現(xiàn)了遙控、遙信、遙 測等 功 能，體 現(xiàn) 了 配 電 自動 化 的宗 旨。帶 有 G P R S的通信 的配電 自動化最大特點是無線遙控 廠 帔 一 維普資訊 http:/ 配網 自動化 低壓電器(2 0 0 8 I 7)通用低壓電器篇 圖 2 隔離故障 E段的系統(tǒng)圖 冀 塋 信 通 2輻 射 型 配 電 自 動 化 設 計 方 案 道、對系統(tǒng)沖擊小，適用于城區(qū)配電網 自動化。一 一 H 、。此外，來壓合 閘操作需要一個前提條件，防止 本文輻射 型供 電方案 由一個總 的出 口斷 手動送電時開關 自動重合。其邏輯如圖3所示。路器 C B 和部分 自動重合器 F 組成(見圖 4)。I1 摹 糞 器 J或 J 進 線 端 來 電l 圖 3 滿足來壓合閘的邏輯 圖 CB l F L 工 F F 5 _ 工 璉。意 一 一工 璉一 上 一 一 一 1l F 2 F 3 F 6 一 一 一上 一 上 一 一t 一 J 一 卜 一l 一 毛 一 l 一J L2 L Ld C B 整定 為“O-0 3 s-C O”，恢復時 間為 5 S。分支線路選用 6組重合器 F 將線路分成 L 段。重合器的動作電流與斷路器相配合，記憶恢復時間 設為 5 S。F (干線)整定“O-Z -C O-閉鎖”。F 2、F 、F (支線)整定“O-Z -C O 閉鎖”，F(xiàn) 、F (用戶端)整 定“O-閉鎖”。Z j 5 s，Z 2 Z j+5 s。(1)若 短路故 障發(fā)生 在 k 段，出線 斷路 器 C B 、重合器 F 、F 通過故障電流，C B 、F 、F：分閘“O”，0 3 S 后，C B 1 重合“C”成功，經 Z +0 3 S 后，F(xiàn) 重合“C”成 功。經 Z +0 3 S后，F(xiàn) 重合失 敗“C O 閉鎖”，隔離故障 I J 5 段。此時 Z 記憶恢 復 時間 5 s，出線斷路器 C B 、F 完成單分“O”后，分 別重合，恢復其他線路正常供電(見圖 5)。(2)若 短路故 障發(fā)生 在 k 段，出線 斷路 器 C B 、重合器 F 通過故障 電流，C B 、F 分閘“O”，0 3 S 后，C B l 重合“C”成功，經 Z l+0 3 S 后，F(xiàn) 4重 合故障失敗，C B 分 閘“O”，F(xiàn) “C O 一 閉鎖”，隔離故 圖 4 輻射型配電系統(tǒng)圖 障 k 段。此時 Z 記憶恢復時間 5 s，出線斷路器 C B 完成單分“O”后重合，恢復其他線路正常供 電(見 圖 6)。(3)若短 路故 障發(fā)生 在 L 段，出線斷 路器 C B 、重合器 F 、F 、F 通過故障 電流，C B 、F 、F 分閘“O”，F(xiàn) 分閘閉鎖“O-閉鎖”，隔離故障 L 6 段。0 3 S 后，C B j 重合“C”成功，經 Z j+0 3 S 后，重 合“C”成功。經 Z +0 3 S 后，重合“C”成功，恢 復其他線路正常供電(見圖 7)。輻射型供 電的控制方式由重合器完成，不依賴 通信通道。對于用戶端短路故障，一次重合閘即可 完成故障隔離及 自動恢復供電方式，即“O C”；對 于干線短路故障，兩次重合閘即可完成故障隔離及 自動恢復供電方式，即“O C O C”。變電站 出線開 關重合閘額定操作順序特性“O-0 3 s-C O”無需調 整可滿足與線路重合器的保護特性配合。特點是 不需通信通道、易于實現(xiàn)、投資少；線路開關能夠合 一4 維普資訊 http:/ 低壓電器(2 0 0 8 7)通用低壓 電器篇 配網 自動化 圖5 L 出現(xiàn)故障 圖6 L 出現(xiàn)故障 圖7 L 出現(xiàn)故障 閘到故障電流上；多次重合對設備、系統(tǒng)及用戶沖 擊大；適用于農村線路 自動化。3 G P R S通信 的特點 P A R C通 過 標 準 的 R S-2 3 2 C 4 8 5接 口與 G P R S 模 塊連 接，即可 形 成 配 電 網監(jiān)控 終 端 G P R S無線通信，然后設置 G P R S模塊 的相關參 數(shù)，在每個 G P R S模塊 中裝入一個 中國移動 的數(shù) 據消費者識別模塊 S I M卡即可。開發(fā)的后臺軟件能很好地與 G P R S技術及終 端重合器開關設備有機結合起來，能顯示線路 電 壓、電流、有功功率、無功功率、功率 因數(shù)等 電參 數(shù)，以及開關設備的分合閘位置狀態(tài)、保護投退情 況、保護定值 等工作狀態(tài)，能實時顯示故障定值、故障類型等故障信息，能把采集 到的電參數(shù)進行 分析管理，并形成相應報表。4 小電流接地 系統(tǒng) 的保護 所有重合器均可配備小 電流接地保護功能，適用于 1 0 k V中性點不接地系統(tǒng)中。當不采用消弧線圈時：(1)在發(fā)生單相接地時，全系統(tǒng)都將 出現(xiàn)零 序電壓。(2)在非故 障的元件上有零序 電流，其數(shù)值 等于本身的對地 電容 電流，電容性無功功率的實 際方 向為 由母線流向線路。(3)在故障線路上，零序 電流為全系統(tǒng)非故 障元件對地 電容電流之總和，其數(shù)值一般較大，電 容性無功功率的實際方向為由線路流向母線。由于中性點非有效接地，當系統(tǒng)發(fā)生單相短 路接地時，故障點不會產生大的短路 電流，因此，允許短時間帶故障運行，對于減少用戶停電時間 提高供 電可靠性非常有意義。當系統(tǒng)帶故障運行 時，非故障相對地電壓將上升很高，易引發(fā)各種過 電壓，危及系統(tǒng)絕緣嚴重時，導致單相瞬時性接地 故障發(fā)展成單相永久接地故障或兩相故障。這些 特點和區(qū)別，是考慮保護方式 的依據。本文采用 的是零序電流和零序 電壓幅值法和功率方向判別 法相結合的方法 J。輻射 型配網線路一次系統(tǒng) 圖(單相接地)如圖 8所示。毛 -暑 F F 5 -工 三。一 一出一 。一 工 n l F 2 F 3 F 6 一毒 毒 童 毒 毒 童 一 一l 艇 一 工 n 一 一工 童 一 J 一工 一 一 一工-i 一毒 一J L2 L 3 k 圖 8 輻射型配網線路一次系統(tǒng)圖(單相接地)F 、F 和 F 接地保護延 時時 間為 3 m i n；F 和 F 接地保護延時時間為 2 m i n；F 和 F 接地保 護延時時間為 1 m i n。以 L 段故障為例，F(xiàn) 接地保護延 時時間小 于 F 和 F 。經 1 m i n后，F(xiàn) 檢測接地故障仍然存 在進行分 閘操作，閉鎖重合閘，隔離了故障 k 段，4 4 L 段及后面的線路停電，其他線路正常供電。同 理，其他線路出現(xiàn)故障，該系統(tǒng)仍然能夠準確判斷 出故障，進行 自動動作，切斷故障段。若該系統(tǒng)配 有 G P R S無線通信及監(jiān)控后臺，則接地故障信息 就可直接發(fā)送到遠程監(jiān)控后臺，由遠程監(jiān)控后 臺 來判斷并分析故障，并由后臺無線遙控開關設備，維普資訊 http:/ 配網自動化 低壓電器(2 0 0 8 N o 7)通用低壓 電器篇 切除故 障點。5 兩種供 電方式下的分析 環(huán) 網型供電配網 自動化方案能有效地減少事 故造成 的停電次數(shù)，縮小停 電范圍，減小開關重合 閘后對其他線路的沖擊，大 幅度提 高供 電的可靠 性，并能對永久性故 障點進行準確隔離。缺點是 需要環(huán) 網供電，增加 了線路 的投資。輻射型配網自動化方案具有施工 簡單、投資 省、建設周期短、實現(xiàn)功能容易等特點，能有效地 減少事故造成的停電次數(shù)，縮小停 電范圍，減小開 關重合 閘后對其他線路 的沖擊，并能對永久性故 障點之后的線路進行準確的隔離。缺點是出現(xiàn)故 障后，故障線路及其負載側 的線路全部停電。以上兩種方案所使用到的設備采用 Z W3 2 A 一 1 2 T 6 3 0 2 0戶外交流高壓真空斷路和 C H Z 1 0 1 2 6 3 0-2 0交流高壓 自動重合器，設計 了微機綜合保 護測 控 裝 置，該 裝 置 的 綜 合 保 護 控 制 單 元(P A R C)增加 了合于故 障加速跳的功能，并且?guī)?有小電流接地保護功能。在環(huán)網供電配網自動化 方案下 ，最大限度地減小開關重合閘后對其他 線路 的沖擊，而且性價 比較高，減少 了線路 的投 資。在輻射型配 網自動化方案下，可在最短的時 問內切除故障，恢復其他線路供 電。該微機綜合 保護測控裝置既可分散安裝也可組屏 安裝，且?guī)?有通信功能，可為以后 的 G P R S擴展奠定基礎。另外，小電流接地系統(tǒng) 的特點是考慮保護方 式的依據。本文采用的是零序電流和零序電壓幅 值法和功率方 向判別法相結合的方法，即零序 電 流互感器的極性是以變電所母線流向線路為正方 向，那 么非 故 障線 路的零序 電流超前零 序 電壓 9 O。，故障線路的零序 電流滯后零 序電壓 9 O。，故 障線路 的零序電流與非故障線路 的零序電流在相 位上相差 1 8 O。L。當發(fā)生單相接地故障、綜合保 護單元檢測到線路零序 電流超過 門限值時，主動 將線路零序電流及零序 電壓信息進行 處理，判斷 出故障區(qū)段，判據更科學，動作更可靠。6 結 語 本文所設計用到的重合器配有綜合保護控制 單元，帶有小電流接地保護功能，配置了 G P R S通 信模塊，使故障診斷更為準確、可靠。該方案即將 應用在山東省黃城縣 的配 網自動化的規(guī)劃 中，是 一套實用性很強的配 網饋線 自動化方案，具有廣 泛的應用前景。【參 考 文 獻】1 D U H o n g，B A N J i n T h e C o m m u n i c a t i o n S c h e m e o f D i s t ri b u t i o n A u t o m a t i o n C T h e T h i r d B e ij i n g I n t e r n a t i o n a l Co n f e r e n c e o n P o we r T r an s mi s s i o n&Di s t r i b u t i o n T e c h n o l o g y 2 0 0 1，2 0 0 1(2)：9 7 1 0 0 2 孫寄生 1 0 k V環(huán)網供電技術研究與應用 J 中國 電力，1 9 9 9，3 2(2)：4 1-4 3 3 王丌昌 小電流接地系統(tǒng)單相接地故障檢測探討 J 中國電力，2 0 0 1，3 4(7)：6 3-6 5 4 林莘 永磁機構與真空斷路 器 J 北京：機械工業(yè) 出版社，2 0 0 5 5 林功平 配電網饋線 自動化技術及其應用 J 電 力系統(tǒng) 自動化，1 9 9 8，2 1(4)：6 4 6 8 6 南京 因泰萊 電器 股份有 限公 司 P Al 5 0系列 微機 綜合保護測控裝置技術說 明書 Z 2 0 0 6 7 諸駿偉 電力 系統(tǒng)分析 M 北京：水 利 電力 出版 社，1 9 9 5 8 R J(B u d)B a t e s 通用 分組 無線業(yè) 務(G P R S)技術 與應用 M 朱洪波譯 北京：人 民郵電出版社，2 0 0 4 9 焦旭升 小電流接地選線原理分析 J 發(fā)電設備，2 0 0 2(2)：4 4 _ 4 7 1 0 程紅麗 饋線 自動 化的模式 探討 J 西安科 技學 院學報，2 0 0 1(3)：2 4 6 2 4 9 1 1 李煜，李巖，湯懷收基 于小 電流接地故 障查 巡的 配網 自動化 系統(tǒng) J 農村 電氣 化，2 0 0 6(1 1)：2 9 3 1 收 稿 日期：2 0 0 7 1 2-05 低壓 電器 編輯部根據業(yè)務發(fā)展需要，在全 國范 圍公開公開招聘 以下人員：技術編輯 1名(專 職)崗位要求：(1)電氣 自動 化或電力系統(tǒng) 自動化或 電子技術專業(yè)，大專 以上，有開 拓進取 精神，愛 崗敬 業(yè)，務 實、鉆研、敏銳之 專業(yè) 素養(yǎng)和工作 態(tài)度，責任心 強；(2 )在 電工技術行業(yè)或 電子技術行業(yè)有 1年 以上 工作 經驗，技術工作者優(yōu)先；(3)性別不限，3 5周歲以下。聯(lián)系人：過 佳 單位：上海 電器科學研究所(集 團)有 限公 司信息傳媒事業(yè)部 地址：上海市曹楊路 8 0 0號(2 0 0 0 6 3)電話：0 2 1 6 2 5 7 4 9 9 04 2 1 Em a i l：x u e y u e y u j i h o t m a i l C O I I -4 5-招 聘 維普資訊 http:/