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配電網(wǎng)饋線自動化系統(tǒng)
配電網(wǎng)饋線自動化系統(tǒng)【1】
[摘 要] 本文主要通過系統(tǒng)地對配電網(wǎng)自動化的介紹，詳細(xì)地闡述了饋線自動化系統(tǒng)的各個部分，使大家對饋線自動化有更深入的了解。
[關(guān)鍵詞] 配電網(wǎng) 饋線自動化 饋線智能化
改革開放以來，我國電力工業(yè)得到了快速的發(fā)展，電網(wǎng)建設(shè)逐年加強(qiáng)，與此同時，對電網(wǎng)自動化和智能化的要求越來越高。
如何提高自動化水平，如何擴(kuò)展各種功能逐漸成為現(xiàn)在的發(fā)展方向。
在我國近幾年配電系統(tǒng)的發(fā)展中，饋線自動化起著十分重要的作用。
本文主要對饋線自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的研究和介紹。
配電線路(也稱饋電線路、饋線)是配電系統(tǒng)的重要組成部分，智能配電網(wǎng)的研究尚處于摸索階段[1-3]，而目前的饋線自動化是智能配電網(wǎng)的關(guān)鍵和核心。
饋線自動化主要指饋線發(fā)生故障后，自動地檢測并切除故障區(qū)段，進(jìn)而恢復(fù)非故障區(qū)段正常供電的一種技術(shù)。
長期以來，由于指導(dǎo)思想上的不重視和經(jīng)濟(jì)條件制約，饋線自動化水平不高，對用戶供電的可靠性得不到保障。
饋線自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)饋線自動化系統(tǒng)主要由一次設(shè)備、控制箱、通信、控制主站4部分組成。
1.一次設(shè)備
1.1開關(guān)。
實(shí)現(xiàn)饋線自動化首先要求配電網(wǎng)采用環(huán)網(wǎng)、分段供電結(jié)構(gòu)。
故障區(qū)段的隔離及恢復(fù)供電可分為按順序重合及SCADA監(jiān)視系統(tǒng)配合遙控負(fù)荷開關(guān)、分段器兩種方式。
采用的開關(guān)設(shè)備有自動重合器、負(fù)荷開關(guān)及分段器等。
自動重合器是早期使用比較多的饋線自動化一次設(shè)備，應(yīng)用V-T(電壓-時間)配合原理實(shí)現(xiàn)。
在配電線路故障后逐個自動重合，若再次重合到永久性故障，便自動閉鎖，隔離故障點(diǎn)。
自動重合器的優(yōu)點(diǎn)是無需通信設(shè)備，這在早期電子、通信設(shè)備相對較貴的情況下有利于減少投資。
但用它恢復(fù)供電需要較長的時間，對開關(guān)開斷能力要求較高，有可能多次重合到永久故障點(diǎn)，短路電流對系統(tǒng)沖擊較大，眾多開關(guān)反復(fù)動作及負(fù)荷冷啟動要從配電網(wǎng)上攝取大量功率，給配電網(wǎng)帶來了不利影響，現(xiàn)已逐漸被淘汰。
饋線自動化所選用的負(fù)荷開關(guān)、分段器要具備電動操作功能。
在電纜線路中采取臺式安裝方式，而在架空線路上采用柱上安裝方式。
從實(shí)現(xiàn)故障區(qū)段的隔離及恢復(fù)供電的功能角度來說，線路開關(guān)是在變電站內(nèi)斷路器切除故障后，線路處于停電狀態(tài)下操作的，因而可選用無電流開斷能力的“死”線分段開關(guān)，以減少開關(guān)的投資。
1.2電壓、電流互感(傳感)器。
傳統(tǒng)的電壓、電流互感器體積大、成本高，不適于在變電站外的線路上使用。
饋電線路監(jiān)控系統(tǒng)對電壓、電流變換器的負(fù)載能力及精度要求相對較低，一般使用電壓、電流傳感器裝置。
這些傳感器體積小、造價低，它們內(nèi)嵌在絕緣子內(nèi)，配套安裝在柱上開關(guān)上或線路開關(guān)柜內(nèi)。
2 控制箱
控制箱起到聯(lián)結(jié)開關(guān)和SCADA系統(tǒng)的橋梁作用，主要部件如下。
2.1開關(guān)操作控制電路。
該電路應(yīng)具有防止操作安全閉鎖的功能，可遙控或就地手動操作，還應(yīng)有AC電源或蓄電池電壓指示。
2.2不間斷供電電源。
不間斷供電電源為開關(guān)操作機(jī)構(gòu)及二次電子設(shè)備提供電源，一般是采用2組12V直流可充電蓄電池串聯(lián)供電，可由電壓互感器的二次側(cè)100V交流電充電，也可由220V低壓電網(wǎng)充電。
在交流電源停電時蓄電池應(yīng)能維持一段時間的工作。
2.3控制箱體。
在使用臺式配電開關(guān)柜時，控制箱一般配套安裝在柜內(nèi)或柜體的一邊;在使用柱上開關(guān)時，可安裝在電力線桿柱上。
控制箱體一般是戶外安裝，需要有較強(qiáng)的防腐蝕、防寒、防塵、防潮能力，在氣候特別潮濕和寒冷的地區(qū)，建議在箱內(nèi)裝一小功率電加熱器，以提高控制器內(nèi)電子元器件運(yùn)行的穩(wěn)定性。
2.4遠(yuǎn)方終端(FTU)。
饋線自動化遠(yuǎn)方終端(FA-RTU)，簡稱FTU，與傳統(tǒng)調(diào)度自動化用的RTU有所區(qū)別，對其有一些特殊要求。
�、倌軌蛘_測量和自動記錄線路故障電流的幅值和方向，這是為了滿足對故障線路迅速定位和隔離故障區(qū)段的要求;當(dāng)配電線路單線接地時，F(xiàn)TU必須測量該線路零序電流的幅值和大小，以便迅速判定接地線路和相別;線路故障時電流比正常工作時電流大得多，F(xiàn)TU必須適應(yīng)大電流的動態(tài)變化范圍。
�、谀軌�?qū)Σ僮麟娫醇伴_關(guān)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)視。
對操作電源主要監(jiān)視其電壓，包括備用電源的剩余容量;對開關(guān)主要監(jiān)視其動作次數(shù)、動作時間、累計(jì)切斷電流能力等。
�、勰苓m應(yīng)戶外惡劣運(yùn)行環(huán)境。
除能防塵、防潮、防寒等外，還必須具有抗御大電流、高電壓、雷電等強(qiáng)烈干擾的能力。
�、荏w積小、重量輕、功耗小，便于安裝。
⑤價格低廉。
配電網(wǎng)自動化需要大量的FTU，比調(diào)度自動化系統(tǒng)所用RTU數(shù)量高一個數(shù)量級以上。
如果價格昂貴、成本高，勢必大幅度提高配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)投資，嚴(yán)重影響本項(xiàng)工作的開展。
2.5通信終端。
如無線電臺、擴(kuò)頻電臺、光端機(jī)、載波機(jī)等。
3.控制主站
3.1控制主站的主要功能。
自動處理來自FTU的數(shù)據(jù);實(shí)施對故障線路定位、隔離及恢復(fù)供電;提供人機(jī)接口;作為配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)一個結(jié)點(diǎn)時，必須具備信息轉(zhuǎn)發(fā)功能，如與上一級SCADA系統(tǒng)或其他相關(guān)系統(tǒng)的通信。
3.2設(shè)置原則。
控制主站的設(shè)置應(yīng)根據(jù)本地區(qū)配電網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀、資金來源、數(shù)據(jù)流量等具本情況酌定。
一般有以下幾種方式：①與相關(guān)變電站監(jiān)控主站或主RTU綜合考慮。
如果變電站監(jiān)控主站容量允許，可與之共用，饋線自動化控制主站可作為變電站監(jiān)控主站的一個工作站，只負(fù)責(zé)故障線路的定位、隔離和恢復(fù)供電工作，其余工作均由變電站監(jiān)控主站完成。
②設(shè)置區(qū)域性控制主站。
根據(jù)區(qū)域特點(diǎn)，把控制主站設(shè)在附近變電所內(nèi)或其他適宜的地方。
它的功能就是配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)必須完成的功能。
這樣一來，可大量節(jié)約通道投資，減小整個系統(tǒng)風(fēng)險。
�、叟c配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)主站統(tǒng)一考慮。
這種設(shè)置方式的優(yōu)點(diǎn)是減少了投資，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，但是帶來的缺點(diǎn)是饋線自動化功能擴(kuò)展困難，有可能影響系統(tǒng)的總體性能。
4.0總結(jié)
饋線自動化在運(yùn)行的過程中存在著一定的缺陷，一般地，除過饋線出口斷路器之外，饋線其他位置安裝的都是沒有切斷短路電流能力的負(fù)荷開關(guān)，因此非故障饋線段被切斷是不可避免的。
另外僅在饋線出口配置電流速斷保護(hù)，必然盲目地動作并切斷整條饋線，致使在切斷的過程中沒有選擇性。
在以后的發(fā)展過程中，更應(yīng)該創(chuàng)新地開發(fā)更高效益的饋線自動化系統(tǒng)，為配電系統(tǒng)的能力提高起到很大的作用。
[1]薛志方，朱曉萍.智能型輸電線路局部氣象監(jiān)測單元的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2010，4(1)：80-83.
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配電網(wǎng)饋線自動化中分段器的應(yīng)用【2】
摘 要 文章分析了分段器和配電網(wǎng)饋線自動化基本概念，針對環(huán)網(wǎng)與輻射網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行了探討。
關(guān)鍵詞 分段器;配電網(wǎng);環(huán)網(wǎng);輻射網(wǎng)
分段器是配電網(wǎng)中用來隔離故障線路區(qū)段的自動開關(guān)設(shè)備，它一般與重合器、斷路器或熔斷器相配合，串聯(lián)于重合器與斷路器的負(fù)荷側(cè)，在無電壓或無電流情況下自動分閘。
分段器按識別故障的原理不同，可分為“過流脈沖計(jì)數(shù)型”(電流-時間型)和“電壓-時間型”兩大類。
電流-時間型分段器通常與前級開關(guān)設(shè)備(重合器或斷路器)配合使用，它不能開斷短路電流，但具有“記憶”前級開關(guān)設(shè)備開斷故障電流動作次數(shù)的能力。
電壓-時間型重合式分段器是憑借加壓或失壓的時間長短來控制其動作，失壓后分閘，加壓后合閘或閉鎖。
1 配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)
配電網(wǎng)自動化主要決定兩個方面，一是設(shè)備的技術(shù)性能，二是配電接線方案，兩者的統(tǒng)一和配合才能組成較理想的配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)。
配電網(wǎng)的接線一般有環(huán)型和輻射型兩大類，它們的配合形式主要以重合器(或斷路器)與分段器、熔斷器的配合使用，這樣對提高供電可靠性，減小運(yùn)行費(fèi)用，提高配電網(wǎng)自動化程度能起到顯著作用。
2 配電網(wǎng)饋線自動化
配電網(wǎng)自動化的一個主要任務(wù)就是要實(shí)現(xiàn)饋線自動化，這是衡量配電網(wǎng)自動化技術(shù)性能的重要指標(biāo)。
饋線自動化是指當(dāng)配電線路故障時能盡快找到故障線路，然后對故障線路進(jìn)行隔離，對非故障線路盡快恢復(fù)供電。
2.1 同桿架設(shè)的桿上設(shè)備分段器
同桿架設(shè)的桿上設(shè)備由真空開關(guān)(PVS)、電源變壓器(SPS)、帶故障檢測功能的遙控終端單元(PTV)和站內(nèi)故障指示設(shè)備(FSI)共同構(gòu)成。
2.2 桿上設(shè)備的連接
PVS在線路來電時由合閘線圈關(guān)合。
只要電壓存在，它始終保持關(guān)合狀態(tài)。
PVS在線路掉電時因線圈失壓而自動打開。
3 在環(huán)網(wǎng)中的應(yīng)用
隨著配電自動化及電力市場的迅速發(fā)展，環(huán)網(wǎng)式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)已成為近幾年來發(fā)展的主要趨勢。
以圖1為例，正常運(yùn)行時聯(lián)絡(luò)重合器不接通，兩個變電所的主干線建立起相互備用的聯(lián)絡(luò)關(guān)系。
而圖1的環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)適用于在配網(wǎng)自動化改造中只建立簡單的通訊系統(tǒng)，資金投入不多的地區(qū)。
在通訊系統(tǒng)比較發(fā)達(dá)的地區(qū)，建議使用帶后臺控制的環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，帶后臺控制的環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)自動化及通訊水平比較高，日本等發(fā)達(dá)國家在20世紀(jì)90年代就已實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)自動化。
如圖1所示，A、B為兩個變電所，正常情況下，IRM、OSM、IRM、F1、F2、F3 處于合閘狀態(tài)。
重合器IRM1、IRM2為電流―時間型戶內(nèi)重合器，設(shè)定為一快三慢(1A3C))，重合間隔為2 s。
OSM1、OSM2、OSM3 為電壓―時間型戶外重合器，OSM1、OSM3 的合閘順延時差為3s，兩次合閘不成功閉鎖。
OSM2為聯(lián)絡(luò)重合器，線路正常情況下處于分閘狀態(tài)設(shè)定為一次合閘不成功閉鎖。
F1為計(jì)數(shù)次數(shù)2次的分段器，F(xiàn)2、F3 為計(jì)數(shù)次數(shù)1次的分段器。圖1
如果D1處發(fā)生故障，出口重合器IRM1執(zhí)行快曲線動作一次，重合器OSM1、OSM2檢測到線路失壓，OSM1分閘，分段器F2達(dá)到整定的計(jì)數(shù)次數(shù)分閘跌落，2 s后重合器ORM1重合，重合器OSM1延時3 s重合，恢復(fù)線路其他部分供電。
如果D2處發(fā)生故障，若為瞬時性故障，出口重合器IRM1執(zhí)行快曲線動作一次，重合器OSM1、OSM2檢測到線路失壓，OSM1分閘，分段器F1沒有達(dá)到整定的計(jì)數(shù)次數(shù)仍處于合閘狀態(tài)。
若為永久性故障，出口重合器IRM1再次分閘，重合器OSM1再次檢測到線路失壓分閘，分段器F1達(dá)到整定的計(jì)數(shù)次數(shù)分閘跌落隔離故障區(qū)段，重合器合閘成功后，恢復(fù)其他線路供電。
如果D3處發(fā)生永久性故障，重合器IRM1分閘，最終閉鎖。
重合器OSM1隨即脫離原狀態(tài)改為一次合閘不成功閉鎖，重合器OSM2在比OSM1稍長的時限合閘，L1段線路由B所反送電，重合器OSM1由于合在故障點(diǎn)上而分閘閉鎖。
L2段及分支線路由B所供電。
如果D4處發(fā)生永久性故障，出口重合器IRM1執(zhí)行快曲線分閘，重合器OSM1、OSM2檢測到線路失壓，OSM1分閘，經(jīng)2 s后重合器IRM1重合，重合器OSM1延時3 s合在故障點(diǎn)上，最終分閘閉鎖。
聯(lián)絡(luò)重合器OSM2延時合閘，由于故障沒有消除最終分閘閉鎖。
4 用于輻射網(wǎng)系統(tǒng)
如圖2所示。圖2
圖中：CB―安裝在配電變電壓中的斷路器，受變電站中央控制單元控制;1PVS～4PVS―安裝在架空線路電桿上的分段器。
若故障為瞬時故障：在CB重合之前故障已消除，CB重合后對線路恢復(fù)供電，IPVS的PTC檢測到電源端有電壓時，經(jīng)X時間(關(guān)合時間)開始計(jì)數(shù)，PVS在X時間計(jì)數(shù)結(jié)束后關(guān)合。
同理2PVS經(jīng)2X關(guān)合，3PVS經(jīng)3X關(guān)合，4PVS經(jīng)4X關(guān)合，全系統(tǒng)恢復(fù)供電。
若故障為永久性故障，當(dāng)4PVS關(guān)合后，與此同時，Y時間開始計(jì)數(shù)，出于故障存在，CB第二次跳開，并快速重合。
1PVS～4PVS在CB跳開Y時間跳開。
1PVS～4PVS經(jīng)整定的X時間關(guān)合，4PVS在Y時間計(jì)數(shù)中，檢測到線路失壓，則RTU鎖扣，將故障隔離。
參考文獻(xiàn)
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