環(huán)網(wǎng)供電技術(shù)研究探討論文
摘要：在分析了當(dāng)前配電網(wǎng)饋線自動化的幾種發(fā)展模式的基礎(chǔ)上，提出了一種新的實(shí)用的配合方式。該模式由改進(jìn)后的重合器和分段器構(gòu)成，具有無需通信設(shè)備支持、易于配合、投資較少、可靠性高，故障停電時間短等優(yōu)點(diǎn)，避免了同類配合方式的不足。該配合模式已經(jīng)投入試運(yùn)行，效果良好。
關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)饋線自動化重合器分段器
我國原來的配電網(wǎng)大多采用放射型供電。這種供電方式已不能適應(yīng)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和滿足用戶供電質(zhì)量要求，因為一旦在某一點(diǎn)出現(xiàn)線路故障，便會導(dǎo)致整條線路停電，并且由于無法迅速確定故障點(diǎn)而使停電檢修時間過長，大大降低了供電的可靠性［1］。為此，現(xiàn)在供電網(wǎng)廣泛采用環(huán)網(wǎng)接線，即兩條線路通過中間的聯(lián)絡(luò)開關(guān)連接，正常運(yùn)行時聯(lián)絡(luò)開關(guān)為斷開狀態(tài)，系統(tǒng)開環(huán)運(yùn)行；當(dāng)某一段出現(xiàn)故障時，可以通過網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，使負(fù)荷轉(zhuǎn)移，保證非故障區(qū)段的正常
供電，從而可大大提高配網(wǎng)供電的可靠性。
目前，我國投入巨額資金來改造城鄉(xiāng)電網(wǎng)，以提高整個電力系統(tǒng)的可靠性。在這種形勢下，選擇一種符合我國電力行業(yè)的實(shí)際情況，既有較高可靠性又有較好經(jīng)濟(jì)性的配電方式是擺在我們面前的一項迫切任務(wù)。
1饋線故障的定位、隔離及恢復(fù)供電模式
配電網(wǎng)自動化主要包括變電站自動化和饋線自動化。在配電網(wǎng)中由饋線引起的停電時有發(fā)生，故障發(fā)生后，如何盡快恢復(fù)供電是饋線自動化的一項重要內(nèi)容。實(shí)際上，配電自動化最根本的任務(wù)也就是在最短的時間內(nèi)完成對故障的定位、隔離和恢復(fù)供電。它們的發(fā)展可分為3個階段［2］：
�。�1）利用裝設(shè)在配電線路上的故障指示器，由電力檢修人員查找故障區(qū)段，并利用柱上開關(guān)設(shè)備人工隔離故障區(qū)段，恢復(fù)正常區(qū)段的供電。該方式的停電時間長，恢復(fù)供電慢。
（2）利用智能化開關(guān)設(shè)備（如重合器、分段器等），通過它們之間的相互配合，實(shí)現(xiàn)故障的就地自動隔離和恢復(fù)供電。該方式的自動化水平較高，無需通信就可實(shí)現(xiàn)控制功能，成本較低。缺點(diǎn)是開關(guān)設(shè)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(fù)供電。
�。�3）將開關(guān)設(shè)備和饋線終端單元（FTU）集成為具有數(shù)據(jù)采集、傳輸、控制功能的智能型裝置，并與計算機(jī)控制中心進(jìn)行實(shí)時通信，由控制中心以遙控方式集中控制。該方式采用先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)，可一次性完成故障的定位、隔離和恢復(fù)供電，避免短路電流對線路和設(shè)備的多次沖擊。存在的主要缺點(diǎn)是：要依賴于通信，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，影響配電系統(tǒng)可靠性的因素較多。
配電網(wǎng)饋線自動化的目的是提高供電的可靠性，所以系統(tǒng)的功能固然重要，但其自身的運(yùn)行可靠性和經(jīng)濟(jì)性則是電力部門最關(guān)心的問題［2］。因此，相對而言，以上3種模式中的第二種模式最為符合我國電力行業(yè)的實(shí)際情況。其主要特點(diǎn)是：
�。�1）可利用重合器本身切斷故障電流，實(shí)現(xiàn)故障就地隔離，縮小停電范圍；
（2）無需通信手段，可利用重合器多次重合以及保護(hù)動作時間的相互配合，實(shí)現(xiàn)故障的自動定位、隔離和恢復(fù)供電；
�。�3）可直接從電網(wǎng)上獲取電源，不需要外加不間斷電源；
（4）對過電壓、雷電、高頻信號及強(qiáng)磁場的抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高；
�。�5）增加通信設(shè)備可很容易升級到上述第3種模式，使配電網(wǎng)自動化分步進(jìn)行。
2幾種以重合器和分段器為主構(gòu)成的饋線自動化方式的比較
以重合器和分段器為主構(gòu)成的環(huán)網(wǎng)配電模式中，又可以分成3種方式：斷路器＋電壓型分段器、重合器＋分段器（以分段器作為聯(lián)絡(luò)）、完全采用重合器。這幾種方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，具體分析如下［3］。
（1）“斷路器＋分段器”和“重合器＋分段器（以分段器作為聯(lián)絡(luò)）”的配電模式。
特點(diǎn)：無需通信設(shè)備，由分段器對線路進(jìn)行分段，通過分段器檢測電壓信號，根據(jù)加壓時限，經(jīng)斷路器或重合器的多次重合，實(shí)現(xiàn)故障自動隔離，投資少，易于配合。
缺點(diǎn)：隔離故障需要多次重合，增加了對系統(tǒng)的沖擊次數(shù)；隔離故障時會波及非故障區(qū)段，造成非故障區(qū)段的停電；饋線越長，分段越多，逐級延時時間越長，從而使恢復(fù)供電所需時間也越長。
（2）“完全采用重合器”的配電模式。
特點(diǎn)：無需通信設(shè)備，利用重合器本身切斷故障電流，通過多次重合以及保護(hù)動作時限的相互配合，實(shí)現(xiàn)饋線故障就地自動隔離，避免了因某段故障導(dǎo)致全線路停電的情況，同時減少了出線開關(guān)的動作次數(shù)。
缺點(diǎn)：投資大，分段越多，保護(hù)配合越困難，變電站出線開關(guān)的速斷保護(hù)延時就越長，當(dāng)出線端發(fā)生故障時，對系統(tǒng)的影響較大。
針對以上3種配電方式的優(yōu)缺點(diǎn)，我們設(shè)計了一種新型的較為實(shí)用的配電模式：環(huán)網(wǎng)供電的兩個變電站出線端為改進(jìn)后的普通型重合器，中間聯(lián)絡(luò)開關(guān)為聯(lián)絡(luò)型分段重合器（兼具聯(lián)絡(luò)開關(guān)、分段器和重合器的功能），線路以改進(jìn)后的分段器分段。這種方式雖然仍由重合器和分段器構(gòu)成，但是通過對這些重合器和分段器進(jìn)行改進(jìn)，將聯(lián)絡(luò)型分段重合器作為聯(lián)絡(luò)開關(guān)，則可以使該配合方式具有以上3種模式的優(yōu)點(diǎn)，避免了大多數(shù)的不足。系統(tǒng)接線如圖1所示。
下面分別以線路中區(qū)段b發(fā)生瞬時性故障和永久性故障來說明該模式的工作過程。
假設(shè)在區(qū)段b發(fā)生瞬時性故障。VW1分閘后延時T1重合，QO1～QO3失壓后延時T2再分閘，設(shè)定T1＜T2，因此當(dāng)VW1重合閘后，QO1～QO3仍未完成分閘動作，處于合閘狀態(tài)。這樣，VW1就可以在T1（0．5s）內(nèi)切除瞬時性故障，避免了分段器的逐級延時，大大減少了發(fā)生瞬時性故障時的停電時間。
假設(shè)在區(qū)段b發(fā)生永久性故障。VW1經(jīng)一次重合，使QO1合閘閉鎖，VW1再次重合，由變電站1供電到a段。在這個過程中QO2檢測到一個持續(xù)時間很短的小電壓，QO2在QO1合閘閉鎖的同時也執(zhí)行合閘閉鎖，這樣就將故障段b的兩端同時閉鎖住，實(shí)現(xiàn)了對故障的隔離。故障發(fā)生后，VW3在檢測到單側(cè)失壓后延時XL合閘，QO3在VW3合閘后延時X后也合閘，由變電站2供電到c、d段。如果在這個過程中，c或d段又發(fā)生故障或者QO2未完成合閘閉鎖（這種情況出現(xiàn)的概率極�。瑒tVW3合閘后檢測到故障又跳閘，在第一次重合閘后實(shí)現(xiàn)故障的隔離和供電恢復(fù)。所以，無論在哪種情況下，這種配電模式都可以避免VW3至變電站2線路段的停電。也就是說，在隔離故障區(qū)段時不會波及非故障線路，不會造成非故障線路段的無謂停電。發(fā)生故障后，在線路上重合器和分段器動作的同時，裝設(shè)在變電站內(nèi)部的.故障定位器根據(jù)各開關(guān)設(shè)備的動作時間配合，可迅速地確定出故障區(qū)段的準(zhǔn)確位置，以便進(jìn)行檢修。
從上面的分析可以看出，這種配電方式雖然無法一次性完成對故障的定位、隔離和恢復(fù)供電，但是它可以快速切除瞬時性故障；在發(fā)生永久性故障時，可以同時完成對故障區(qū)段兩端的閉鎖。這種方式與傳統(tǒng)的“重合器＋分段器”配電方式相比，縮短了停電時間，減少了短路電流對線路的沖擊次數(shù)。因為整條線路中只在變電站出線端和線路中間裝設(shè)有重合器，所以保護(hù)配合易于實(shí)現(xiàn)；雖然線路分段較多，但變電站出線斷路器的速斷保護(hù)延時無需太長，所以當(dāng)變電站出線端發(fā)生短路時，對配電系統(tǒng)的影響也就較小。同時，由于采用分段重合器作為聯(lián)絡(luò)開關(guān)，在隔離故障時就避免了非故障區(qū)段的停電。另外，這種配電方式雖然沒有象第3種配電模式那樣切除故障快和功能強(qiáng)大，但它也有自己的優(yōu)勢，即無需通信設(shè)備，完全依賴于線路中的智能化開關(guān)設(shè)備就地完成對故障的定位、隔離和恢復(fù)供電，簡化了配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，也使影響可靠性的因素大大減少；并且這些智能化開關(guān)設(shè)備都留有通信接口，如有必要，可以方便地加上通信功能，使該配電網(wǎng)饋線自動化達(dá)到更高的水平。
3提高可靠性和減少線路停電時間的措施
對于配電自動化來說，自動化程度的高低和功能的強(qiáng)弱固然重要，但整個系統(tǒng)的可靠性應(yīng)該放在第1位。此外還要考慮到經(jīng)濟(jì)性［2］。為了保證上面介紹的以分段重合器為聯(lián)絡(luò)開關(guān)的“重合器＋分段器”模式的可靠性，采取了以下措施：
（1）重合器的開關(guān)本體為真空斷路器，采用真空滅弧室外裝復(fù)合絕緣的專利技術(shù)。它具有無油、無氣、免維護(hù)、壽命長、無火災(zāi)、無爆炸危險的優(yōu)點(diǎn)，機(jī)構(gòu)采用電機(jī)快速儲能的彈簧操作機(jī)構(gòu)，無需高壓合閘線圈。
�。�2）選用高性能PLC（可編程邏輯控制器）作為重合器和分段器的控制中心。簡化了外圍線路，大大提高了整機(jī)可靠性和抗干擾能力。
（3）直接從線路上獲取電源，無需任何外加電源。選用美國的開關(guān)電源模塊，抗干擾能力強(qiáng)，工作范圍廣，可在30％～120％輸入范圍內(nèi)輸出穩(wěn)定的額定電壓。
此外還有冗余設(shè)計和降額使用等措施，也可以提高整機(jī)的可靠性。
為了減少這種配電模式中的停電時間，采取了以下措施：
�。�1）快速切除瞬時故障，減少停電時間在電力系統(tǒng)中，線路故障的62％～85％為瞬時性故障，如果把瞬時性故障按永久性故障等同處理，則會造成較長時間（數(shù)十秒以上）的停電。為此，在重合器中增加了首次快速重合功能（可選），在分段器中增加了完全失壓后延時分閘功能。這兩者互相配合，可以在0．5～1s內(nèi)切除瞬時性故障，大大降低了瞬時故障時的停電時間。
�。�2）故障區(qū)段的兩端同時完成閉鎖
傳統(tǒng)的分段器當(dāng)線路發(fā)生故障時，只能一次閉鎖故障線路的一端，改進(jìn)后的分段器可以在線路發(fā)生永久性故障時使故障區(qū)段的兩端同時實(shí)現(xiàn)隔離，避免了非故障區(qū)段的停電，使恢復(fù)正常供電的時間縮短，同時減少了重合器或斷路器的重合次數(shù)，對系統(tǒng)的沖擊也就相應(yīng)地減少了。
�。�3）躲涌流功能
配電系統(tǒng)最主要的負(fù)荷是變壓器和高壓電機(jī)，所以在重合器首次合閘或重合時，會出現(xiàn)比額定電流高得多的啟動電流，有可能導(dǎo)致重合器的誤動。改進(jìn)后的重合器在軟件和硬件兩個方面增加了躲涌流措施，可以自動地區(qū)別合閘產(chǎn)生的涌流和故障電流，很好地解決了涌流問題。
4結(jié)束語
本文介紹了配電網(wǎng)饋線自動化的3個發(fā)展階段，經(jīng)過比較認(rèn)為，采用以“重合器＋分段器”為主構(gòu)成的配電系統(tǒng)較為符合我國目前電力行業(yè)的具體情況。分析了以“重合器＋分段器”為主構(gòu)成的配電網(wǎng)饋線自動化的幾種方式，提出了一種新的實(shí)用的配電方式，既可以減少故障時的停電時間和短路電流對線路的沖擊次數(shù)，又易于實(shí)現(xiàn)保護(hù)時間的配合。該配電模式已經(jīng)在浙江黃巖供電局試運(yùn)行，到目前為止，運(yùn)行效果是令人滿意的，達(dá)到了設(shè)計要求。
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