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[行业技术文章]基于重合器和分段器的10kV环网供电技术的研究及应用
更新时间:2013-01-24 发布:www.1024sj.com

作者:孙福杰邹积岩何俊佳

  我国原来的配电网年夜多采用放射型供电。这类供电方式已不能顺应社会经济成长和知足用户供电要求,由于一旦在某一点泛起线路故障,便会致使整条线路停电,而且由于没法迅速肯定故障点而使停电检修时间太长,年夜年夜下降了供电的靠得住性[1]。为此,现在供电网普遍采用环网接线,即两条线路经由过程中心的联络开关毗连,正常运行时联络开关为断开状态,系统开环运行;当某一段泛起故障时,可以经由过程网络重构,使负荷转移,保证非故障区段的正常供电,从而可年夜年夜提高配网供电的靠得住性。

  今朝,我国投进巨额资金来改造城乡电网,以提高整个电力系统的靠得住性。在这类形势下,选择一种合适我国电力行的现实情况,既有较高靠得住性又有较好经济性的配电方式是摆在我们眼前的一项迫切使命。
1 馈线故障的定位、隔离及恢复供电模式
  配电网自动化主要包括变电站自动化和馈线自动化。在配电网中由馈线引发的停电时有发生,故障发生后,若何尽快恢复供电是馈线自动化的一项重要内容。现实上,配电自动化基本的使命也就是在短的时间内完成对故障的定位、隔离和恢复供电。它们的成长可分为3个阶段[2]:
  (1)哄骗装设在配电线路上的故障指示器,由电力检修人员查找故障区段,并哄骗柱上开关装备人工隔离故障区段,恢复正常区段的供电。该方式的停电时间长,恢复供电慢。
  (2)哄骗智能化开关装备(如重合器、分段器等),经由过程它们之间的相互配合,实现故障的就地自动隔离和恢复供电。该方式的自动化水平较高,无需通讯就可实现控制功能,成本较低。错误谬误是开关装备需要增加合、分动作的次数才能完成故障的隔离和恢复供电。
  (3)将开关装备和馈线终端单元(FTU)集成为具有数据收集、传输、控制功能的智能型装配,并与计较机控制中心进行实时通讯,由控制中心以远控方式集中控制。该方式采用进步前辈的计较机技术和通讯技术,可一次性完成故障的定位、隔离和恢复供电,避免短路电流对线路和装备的屡次冲击。存在的主要错误谬误是:要依靠于通讯,结构复杂,影响配电系统靠得住性的身分较多。
  配电网馈线自动化的目的是提高供电的靠得住性,所以系统的功能固然重要,但其自身的运行靠得住性和经济性则是电力部门关心的问题[2]。是以,相对而言,以上3种模式中的第二种模式为合适我国电力行的现实情况。其主要特点是:
  (1)可哄骗重合器自己切断故障电流,实现故障就地隔离,缩小停电范围;
  (2)无需通讯手段,可哄骗重合器屡次重合和庇护动作时间的相互配合,实现故障的自动定位、隔离和恢复供电;
  (3)可直接从电网上获取电源,不需要外加不中断电源;
  (4)对过电压、雷电、高频旌旗灯号及强磁场的抗干扰能力强,靠得住性高;
  (5)增加通讯装备可很轻易升级到上述第3种模式,使配电网自动化分步进行。
2 几种以重合器和分段器为主组成的馈线自动化方式的比力  
  以重合器和分段器为主组成的环网配电模式中,又可以分成3种方式:断路器+电压型分段器、重合器+分段器(以分段器作为联络)、完全采用重合器。这几种方式各有错误谬误,具体分析以下[3]。
  (1)“断路器+分段器”和“重合器+分段器(以分段器作为联络)”的配电模式。
  特点:无需通讯装备,由分段器对线路进行分段,经由过程分段器检测电压旌旗灯号,凭据加压时限,经断路器或重合器的屡次重合,实现故障自动隔离,投资少,易于配合。
  错误谬误:隔离故障需要屡次重合,增加了对系统的冲击次数;隔离故障时会波及非故障区段,造成非故障区段的停电;馈线越长,分段越多,逐级延不时间越长,从而使恢复供电所需时间也越长。
(2)“完全采用重合器”的配电模式。

  特点:无需通讯装备,哄骗重合器自己切断故障电流,经由过程屡次重合和庇护动作时限的相互配合,实现馈线故障就地自动隔离,避免了因某段故障致使全线路停电的情况,同时削减了出线开关的动作次数。
  错误谬误:投资年夜,分段越多,庇护配合越坚苦,变电站出线开关的速断庇护延时就越长,当出线端发生故障时,对系统的影响较年夜。
  针对以上3种配电方式的错误谬误,我们设计了一种新型的较为实用的配电模式:环网供电的两个变电站出线端为改良后的普通型重合器,中心联络开关为联络型分段重合器(兼具联络开关、分段器和重合器的功能),线路以改良后的分段器分段。这类方式虽然仍由重合器和分段器组成,可是经由过程对这些重合器和分段器进行改良,将联络型分段重合器作为联络开关,则可以使该配合方式具有以上3种模式的点,避免了年夜大都的不足。系统接线如图1所示。



 下面划分以线路中区段b发生瞬时性故障和性故障来说明该模式的工作进程。
  假设在区段b发生瞬时性故障。VW1分闸后延时T1重合,QO1~QO3失压后延时T2再分闸,设定T1<T2,是以当VW1重合闸后,QO1~QO3仍未完成份闸动作,处于合闸状态。这样,VW1就能够在T1(0.5s)内切除瞬时性故障,避免了分段器的逐级延时,年夜年夜削减了发生瞬时性故障时的停电时间。
  假设在区段b发生性故障。VW1经一次重合,使QO1合闸闭锁,VW1再次重合,由变电站1供电到a段。在这个进程中QO2检测到一个延续时间很短的小电压,QO2在QO1合闸闭锁的同时也执行合闸闭锁,这样就将故障段b的两头同时闭锁住,实现了对故障的隔离。故障发生后,VW3在检测到单侧失压后延时XL合闸,QO3在VW3合闸后延时X后也合闸,由变电站2供电到c、d段。假设在这个进程中,c或d段又发生故障或QO2未完成合闸闭锁(这类情况泛起的几率极小),则VW3合闸后检测到故障又跳闸,在次重合闸后实现故障的隔离和供电恢复。所以,不管在哪种情况下,这类配电模式都可以免VW3至变电站2线路段的停电。也就是说,在隔离故障区段时不会波及非故障线路,不会造成非故障线路段的无谓停电。发生故障后,在线路上重合器和分段器动作的同时,装设在变电站内部的故障定位器凭据各开关装备的动作时间配合,可迅速地肯定出故障区段的准确位置,以便进行检修。
  从上面的分析可以看出,这类配电方式虽然没法一次性完成对故障的定位、隔离和恢复供电,可是它可以快速切除瞬时性故障;在发生性故障时,可以同时完成对故障区段两头的闭锁。这类方式与传统的“重合器+分段器”配电方式相比,缩短了停电时间,削减了短路电流对线路的冲击次数。由于整条线路中只在变电站出线端和线路中心装设有重合器,所以庇护配合易于实现;虽然线路分段较多,但变电站出线断路器的速断庇护延时无需太长,所以当变电站出线端发生短路时,对配电系统的影响也就较小。同时,由于采用分段重合器作为联络开关,在隔离故障时就避免了非故障区段的停电。另外,这类配电方式虽然没有象第3种配电模式那样切除故障快和功能壮大,但它也有自己的势,即无需通讯装备,完全依靠于线路中的智能化开关装备就地完成对故障的定位、隔离和恢复供电,简化了配电系统的结构,也使影响靠得住性的身分年夜年夜削减;而且这些智能化开关装备都留有通讯接口,若有需要,可以利便地加上通讯功能,使该配电网馈线自动化到达更高的水平。
3 提高靠得住性和削减线路停电时间的措施
  对于配电自动化来说,自动化水平的凹凸和功能的强弱固然重要,但整个系统的靠得住性应当放在第1位。此外还要斟酌到经济性[2]。为了保证上面介绍的以分段重合器为联络开关的“重合器+分段器”模式的靠得住性,接纳了以下措施:
  (1)重合器的开关本体为真空断路器,采用真空灭弧室外装复合尽缘的利技术。它具有无油、无气、免维护、寿命长、无火灾、无爆炸危险的点,机构采用机电快速储能的弹簧操作机构,无需高压合闸线圈。
  (2)选用高性能PLC(可编程逻辑控制器)作为重合器和分段器的控制中心。简化了外围线路,年夜年夜提高了整机靠得住性和抗干扰能力。
  (3)直接从线路上获取电源,无需任何外加电源。选用美国的开关电源模块,抗干扰能力强,工作范围广,可在30%~120%输进范围内输出稳定的额定电压。
  此外还有冗余设计和降额使用等措施,也能够提高整机的靠得住性。
  为了削减这类配电模式中的停电时间,接纳了以下措施:
(1)快速切除瞬时故障,削减停电时间在电力系统中,线路故障的62%~85%为瞬时性故障,假设把瞬时性故障按性故障同等处置,则会造成较长时间(数十秒以上)的停电。为此,在重合器中增加了快速重合功能(可选),在分段器中增加了完全失压后延时分闸功能。这两者相互配合,可以在0.5~1s内切除瞬时性故障,年夜年夜下降了瞬时故障时的停电时间。
(2)故障区段的两头同时完成闭锁
  传统的分段器当线路发生故障时,只能一次闭锁故障线路的一端,改良后的分段器可以在线路发生性故障时使故障区段的两头同时实现隔离,避免了非故障区段的停电,使恢复正常供电的时间缩短,同时削减了重合器或断路器的重合次数,对系统的冲击也就响应地削减了。
(3)躲涌流功能
  配电系统主要的负荷是变压器和高压机电,所以在重合器合闸或重应时,会泛起比额定电流高得多的启动电流,有可能致使重合器的误动。改良后的重合器在软件和硬件两个方面增加了躲涌流措施,可以自动地域别合闸发生的涌流和故障电流,很好地解决了涌流问题。
4 竣事语
  本文介绍了配电网馈线自动化的3个成长阶段,经过比力认为,采用以“重合器+分段器”为主组成的配电系统较为合适我国今朝电力行的具体情况。分析了以“重合器+分段器”为主组成的配电网馈线自动化的几种方式,提出了一种新的实用的配电方式,既可以削减故障时的停电时间和短路电流对线路的冲击次数,又易于实现庇护时间的配合。该配电模式已在浙江黄岩供电局试运行,到今朝为止,运行效果是使人知足的,到达了设计要求。

参考文献:

[1] 孙寄生.10kV环网供电技术研究与运用[J].中国电力,1999,  32(2).
[2] 中国机电工程学会自动化委会配电自动化分委会秘书组.配电自动化分委会学术计议会计议中关注的问题[J].电网  技术,1999,23(1).
[3] 林功平.配电网馈线自动化技术及其运用[J].电力系统自动化,1998,21(4).
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