環(huán)網(wǎng)供電技術(shù)研究探討論文
摘要：在分析了當前配電網(wǎng)饋線(xiàn)自動(dòng)化的幾種發(fā)展模式的基礎上，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成，具有無(wú)需通信設備支持、易于配合、投資較少、可靠性高，故障停電時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，避免了同類(lèi)配合方式的不足。該配合模式已經(jīng)投入試運行，效果良好。
關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)饋線(xiàn)自動(dòng)化重合器分段器
我國原來(lái)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社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展和滿(mǎn)足用戶(hù)供電質(zhì)量要求，因為一旦在某一點(diǎn)出現線(xiàn)路故障，便會(huì )導致整條線(xiàn)路停電，并且由于無(wú)法迅速確定故障點(diǎn)而使停電檢修時(shí)間過(guò)長(cháng)，大大降低了供電的可靠性［1］。為此，現在供電網(wǎng)廣泛采用環(huán)網(wǎng)接線(xiàn)，即兩條線(xiàn)路通過(guò)中間的聯(lián)絡(luò )開(kāi)關(guān)連接，正常運行時(shí)聯(lián)絡(luò )開(kāi)關(guān)為斷開(kāi)狀態(tài)，系統開(kāi)環(huán)運行；當某一段出現故障時(shí)，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )重構，使負荷轉移，保證非故障區段的正常
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(lái)改造城鄉電網(wǎng)，以提高整個(gè)電力系統的可靠性。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)濟性的配電方式是擺在我們面前的一項迫切任務(wù)。
1饋線(xiàn)故障的定位、隔離及恢復供電模式
配電網(wǎng)自動(dòng)化主要包括變電站自動(dòng)化和饋線(xiàn)自動(dòng)化。在配電網(wǎng)中由饋線(xiàn)引起的停電時(shí)有發(fā)生，故障發(fā)生后，如何盡快恢復供電是饋線(xiàn)自動(dòng)化的一項重要內容。實(shí)際上，配電自動(dòng)化最根本的任務(wù)也就是在最短的時(shí)間內完成對故障的定位、隔離和恢復供電。它們的發(fā)展可分為3個(gè)階段［2］：
�。�1）利用裝設在配電線(xiàn)路上的故障指示器，由電力檢修人員查找故障區段，并利用柱上開(kāi)關(guān)設備人工隔離故障區段，恢復正常區段的供電。該方式的停電時(shí)間長(cháng)，恢復供電慢。
�。�2）利用智能化開(kāi)關(guān)設備（如重合器、分段器等），通過(guò)它們之間的相互配合，實(shí)現故障的就地自動(dòng)隔離和恢復供電。該方式的自動(dòng)化水平較高，無(wú)需通信就可實(shí)現控制功能，成本較低。缺點(diǎn)是開(kāi)關(guān)設備需要增加合、分動(dòng)作的次數才能完成故障的隔離和恢復供電。
�。�3）將開(kāi)關(guān)設備和饋線(xiàn)終端單元（FTU）集成為具有數據采集、傳輸、控制功能的智能型裝置，并與計算機控制中心進(jìn)行實(shí)時(shí)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、隔離和恢復供電，避免短路電流對線(xiàn)路和設備的多次沖擊。存在的主要缺點(diǎn)是：要依賴(lài)于通信，結構復雜，影響配電系統可靠性的因素較多。
配電網(wǎng)饋線(xiàn)自動(dòng)化的目的是提高供電的可靠性，所以系統的功能固然重要，但其自身的運行可靠性和經(jīng)濟性則是電力部門(mén)最關(guān)心的問(wèn)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)現故障就地隔離，縮小停電范圍；
�。�2）無(wú)需通信手段，可利用重合器多次重合以及保護動(dòng)作時(shí)間的相互配合，實(shí)現故障的自動(dòng)定位、隔離和恢復供電；
�。�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(guò)電壓、雷電、高頻信號及強磁場(chǎng)的抗干擾能力強，可靠性高；
�。�5）增加通信設備可很容易升級到上述第3種模式，使配電網(wǎng)自動(dòng)化分步進(jìn)行。
2幾種以重合器和分段器為主構成的饋線(xiàn)自動(dòng)化方式的比較
以重合器和分段器為主構成的環(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(wú)需通信設備，由分段器對線(xiàn)路進(jìn)行分段，通過(guò)分段器檢測電壓信號，根據加壓時(shí)限，經(jīng)斷路器或重合器的多次重合，實(shí)現故障自動(dòng)隔離，投資少，易于配合。
缺點(diǎn)：隔離故障需要多次重合，增加了對系統的沖擊次數；隔離故障時(shí)會(huì )波及非故障區段，造成非故障區段的停電；饋線(xiàn)越長(cháng)，分段越多，逐級延時(shí)時(shí)間越長(cháng)，從而使恢復供電所需時(shí)間也越長(cháng)。
�。�2）“完全采用重合器”的配電模式。
特點(diǎn)：無(wú)需通信設備，利用重合器本身切斷故障電流，通過(guò)多次重合以及保護動(dòng)作時(shí)限的相互配合，實(shí)現饋線(xiàn)故障就地自動(dòng)隔離，避免了因某段故障導致全線(xiàn)路停電的情況，同時(shí)減少了出線(xiàn)開(kāi)關(guān)的動(dòng)作次數。
缺點(diǎn)：投資大，分段越多，保護配合越困難，變電站出線(xiàn)開(kāi)關(guān)的速斷保護延時(shí)就越長(cháng)，當出線(xiàn)端發(fā)生故障時(shí)，對系統的影響較大。
針對以上3種配電方式的優(yōu)缺點(diǎn)，我們設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(gè)變電站出線(xiàn)端為改進(jìn)后的普通型重合器，中間聯(lián)絡(luò )開(kāi)關(guān)為聯(lián)絡(luò )型分段重合器（兼具聯(lián)絡(luò )開(kāi)關(guān)、分段器和重合器的功能），線(xiàn)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成，但是通過(guò)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(kāi)關(guān)，則可以使該配合方式具有以上3種模式的優(yōu)點(diǎn)，避免了大多數的不足。系統接線(xiàn)如圖1所示。
下面分別以線(xiàn)路中區段b發(fā)生瞬時(shí)性故障和永久性故障來(lái)說(shuō)明該模式的工作過(guò)程。
假設在區段b發(fā)生瞬時(shí)性故障。VW1分閘后延時(shí)T1重合，QO1～QO3失壓后延時(shí)T2再分閘，設定T1＜T2，因此當VW1重合閘后，QO1～QO3仍未完成分閘動(dòng)作，處于合閘狀態(tài)。這樣，VW1就可以在T1（0．5s）內切除瞬時(shí)性故障，避免了分段器的逐級延時(shí)，大大減少了發(fā)生瞬時(shí)性故障時(shí)的停電時(shí)間。
假設在區段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(gè)過(guò)程中QO2檢測到一個(gè)持續時(shí)間很短的小電壓，QO2在QO1合閘閉鎖的同時(shí)也執行合閘閉鎖，這樣就將故障段b的兩端同時(shí)閉鎖住，實(shí)現了對故障的隔離。故障發(fā)生后，VW3在檢測到單側失壓后延時(shí)XL合閘，QO3在VW3合閘后延時(shí)X后也合閘，由變電站2供電到c、d段。如果在這個(gè)過(guò)程中，c或d段又發(fā)生故障或者QO2未完成合閘閉鎖（這種情況出現的概率極�。�，則VW3合閘后檢測到故障又跳閘，在第一次重合閘后實(shí)現故障的隔離和供電恢復。所以，無(wú)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(xiàn)路段的停電。也就是說(shuō)，在隔離故障區段時(shí)不會(huì )波及非故障線(xiàn)路，不會(huì )造成非故障線(xiàn)路段的無(wú)謂停電。發(fā)生故障后，在線(xiàn)路上重合器和分段器動(dòng)作的同時(shí)，裝設在變電站內部的.故障定位器根據各開(kāi)關(guān)設備的動(dòng)作時(shí)間配合，可迅速地確定出故障區段的準確位置，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(wú)法一次性完成對故障的定位、隔離和恢復供電，但是它可以快速切除瞬時(shí)性故障；在發(fā)生永久性故障時(shí)，可以同時(shí)完成對故障區段兩端的閉鎖。這種方式與傳統的“重合器＋分段器”配電方式相比，縮短了停電時(shí)間，減少了短路電流對線(xiàn)路的沖擊次數。因為整條線(xiàn)路中只在變電站出線(xiàn)端和線(xiàn)路中間裝設有重合器，所以保護配合易于實(shí)現；雖然線(xiàn)路分段較多，但變電站出線(xiàn)斷路器的速斷保護延時(shí)無(wú)需太長(cháng)，所以當變電站出線(xiàn)端發(fā)生短路時(shí)，對配電系統的影響也就較小。同時(shí)，由于采用分段重合器作為聯(lián)絡(luò )開(kāi)關(guān)，在隔離故障時(shí)就避免了非故障區段的停電。另外，這種配電方式雖然沒(méi)有象第3種配電模式那樣切除故障快和功能強大，但它也有自己的優(yōu)勢，即無(wú)需通信設備，完全依賴(lài)于線(xiàn)路中的智能化開(kāi)關(guān)設備就地完成對故障的定位、隔離和恢復供電，簡(jiǎn)化了配電系統的結構，也使影響可靠性的因素大大減少；并且這些智能化開(kāi)關(guān)設備都留有通信接口，如有必要，可以方便地加上通信功能，使該配電網(wǎng)饋線(xiàn)自動(dòng)化達到更高的水平。
3提高可靠性和減少線(xiàn)路停電時(shí)間的措施
對于配電自動(dòng)化來(lái)說(shuō)，自動(dòng)化程度的高低和功能的強弱固然重要，但整個(gè)系統的可靠性應該放在第1位。此外還要考慮到經(jīng)濟性［2］。為了保證上面介紹的以分段重合器為聯(lián)絡(luò )開(kāi)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(kāi)關(guān)本體為真空斷路器，采用真空滅弧室外裝復合絕緣的專(zhuān)利技術(shù)。它具有無(wú)油、無(wú)氣、免維護、壽命長(cháng)、無(wú)火災、無(wú)爆炸危險的優(yōu)點(diǎn)，機構采用電機快速儲能的彈簧操作機構，無(wú)需高壓合閘線(xiàn)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(jiǎn)化了外圍線(xiàn)路，大大提高了整機可靠性和抗干擾能力。
�。�3）直接從線(xiàn)路上獲取電源，無(wú)需任何外加電源。選用美國的開(kāi)關(guān)電源模塊，抗干擾能力強，工作范圍廣，可在30％～120％輸入范圍內輸出穩定的額定電壓。
此外還有冗余設計和降額使用等措施，也可以提高整機的可靠性。
為了減少這種配電模式中的停電時(shí)間，采取了以下措施：
�。�1）快速切除瞬時(shí)故障，減少停電時(shí)間在電力系統中，線(xiàn)路故障的62％～85％為瞬時(shí)性故障，如果把瞬時(shí)性故障按永久性故障等同處理，則會(huì )造成較長(cháng)時(shí)間（數十秒以上）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(shí)分閘功能。這兩者互相配合，可以在0．5～1s內切除瞬時(shí)性故障，大大降低了瞬時(shí)故障時(shí)的停電時(shí)間。
�。�2）故障區段的兩端同時(shí)完成閉鎖
傳統的分段器當線(xiàn)路發(fā)生故障時(shí)，只能一次閉鎖故障線(xiàn)路的一端，改進(jìn)后的分段器可以在線(xiàn)路發(fā)生永久性故障時(shí)使故障區段的兩端同時(shí)實(shí)現隔離，避免了非故障區段的停電，使恢復正常供電的時(shí)間縮短，同時(shí)減少了重合器或斷路器的重合次數，對系統的沖擊也就相應地減少了。
�。�3）躲涌流功能
配電系統最主要的負荷是變壓器和高壓電機，所以在重合器首次合閘或重合時(shí)，會(huì )出現比額定電流高得多的啟動(dòng)電流，有可能導致重合器的誤動(dòng)。改進(jìn)后的重合器在軟件和硬件兩個(gè)方面增加了躲涌流措施，可以自動(dòng)地區別合閘產(chǎn)生的涌流和故障電流，很好地解決了涌流問(wèn)題。
4結束語(yǔ)
本文介紹了配電網(wǎng)饋線(xiàn)自動(dòng)化的3個(gè)發(fā)展階段，經(jīng)過(guò)比較認為，采用以“重合器＋分段器”為主構成的配電系統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”為主構成的配電網(wǎng)饋線(xiàn)自動(dòng)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(shí)的停電時(shí)間和短路電流對線(xiàn)路的沖擊次數，又易于實(shí)現保護時(shí)間的配合。該配電模式已經(jīng)在浙江黃巖供電局試運行，到目前為止，運行效果是令人滿(mǎn)意的，達到了設計要求。
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