配電網饋線自動化系統

　　配電網饋線自動化系統【1】

　　[摘 要] 本文主要通過系統地對配電網自動化的介紹，詳細地闡述了饋線自動化系統的各個部分，使大家對饋線自動化有更深入的了解。

　　[關鍵詞] 配電網 饋線自動化 饋線智能化

　　改革開放以來，我國電力工業得到了快速的發展，電網建設逐年加強，與此同時，對電網自動化和智能化的要求越來越高。

　　如何提高自動化水平，如何擴展各種功能逐漸成為現在的發展方向。

　　在我國近幾年配電系統的發展中，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結構進行詳細的研究和介紹。

　　配電線路(也稱饋電線路、饋線)是配電系統的重要組成部分，智能配電網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的關鍵和核心。

　　饋線自動化主要指饋線發生故障后，自動地檢測并切除故障區段，進而恢復非故障區段正常供電的一種技術。

　　長期以來，由于指導思想上的不重視和經濟條件制約，饋線自動化水平不高，對用戶供電的可靠性得不到保障。

　　饋線自動化系統結構饋線自動化系統主要由一次設備、控制箱、通信、控制主站4部分組成。

　　1.一次設備

　　1.1開關。

　　實現饋線自動化首先要求配電網采用環網、分段供電結構。

　　故障區段的隔離及恢復供電可分為按順序重合及SCADA監視系統配合遙控負荷開關、分段器兩種方式。

　　采用的開關設備有自動重合器、負荷開關及分段器等。

　　自動重合器是早期使用比較多的饋線自動化一次設備，應用V-T(電壓-時間)配合原理實現。

　　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。

　　自動重合器的優點是無需通信設備，這在早期電子、通信設備相對較貴的情況下有利于減少投資。

　　但用它恢復供電需要較長的時間，對開關開斷能力要求較高，有可能多次重合到永久故障點，短路電流對系統沖擊較大，眾多開關反復動作及負荷冷啟動要從配電網上攝取大量功率，給配電網帶來了不利影響，現已逐漸被淘汰。

　　饋線自動化所選用的負荷開關、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。

　　從實現故障區段的隔離及恢復供電的功能角度來說，線路開關是在變電站內斷路器切除故障后，線路處于停電狀態下操作的，因而可選用無電流開斷能力的“死”線分段開關，以減少開關的投資。

　　1.2電壓、電流互感(傳感)器。

　　傳統的電壓、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。

　　饋電線路監控系統對電壓、電流變換器的負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，它們內嵌在絕緣子內，配套安裝在柱上開關上或線路開關柜內。

　　2 控制箱

　　控制箱起到聯結開關和SCADA系統的橋梁作用，主要部件如下。

　　2.1開關操作控制電路。

　　該電路應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操作機構及二次電子設備提供電源，一般是采用2組12V直流可充電蓄電池串聯供電，可由電壓互感器的二次側100V交流電充電，也可由220V低壓電網充電。

　　在交流電源停電時蓄電池應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柜時，控制箱一般配套安裝在柜內或柜體的一邊;在使用柱上開關時，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，建議在箱內裝一小功率電加熱器，以提高控制器內電子元器件運行的穩定性。

　　2.4遠方終端(FTU)。

　　饋線自動化遠方終端(FA-RTU)，簡稱FTU，與傳統調度自動化用的RTU有所區別，對其有一些特殊要求。

　　①能夠正確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段的要求;當配電線路單線接地時，FTU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，FTU必須適應大電流的動態變化范圍。

　�、谀軌驅Σ僮麟娫醇伴_關狀態進行實時監視。

　　對操作電源主要監視其電壓，包括備用電源的剩余容量;對開關主要監視其動作次數、動作時間、累計切斷電流能力等。

　　③能適應戶外惡劣運行環境。

　　除能防塵、防潮、防寒等外，還必須具有抗御大電流、高電壓、雷電等強烈干擾的能力。

　　④體積小、重量輕、功耗小，便于安裝。

　�、輧r格低廉。

　　配電網自動化需要大量的FTU，比調度自動化系統所用RTU數量高一個數量級以上。

　　如果價格昂貴、成本高，勢必大幅度提高配電網自動化系統投資，嚴重影響本項工作的開展。

　　2.5通信終端。

　　如無線電臺、擴頻電臺、光端機、載波機等。

　　3.控制主站

　　3.1控制主站的主要功能。

　　自動處理來自FTU的數據;實施對故障線路定位、隔離及恢復供電;提供人機接口;作為配電網自動化系統一個結點時，必須具備信息轉發功能，如與上一級SCADA系統或其他相關系統的通信。

　　3.2設置原則。

　　控制主站的設置應根據本地區配電網絡現狀、資金來源、數據流量等具本情況酌定。

　　一般有以下幾種方式：①與相關變電站監控主站或主RTU綜合考慮。

　　如果變電站監控主站容量允許，可與之共用，饋線自動化控制主站可作為變電站監控主站的一個工作站，只負責故障線路的定位、隔離和恢復供電工作，其余工作均由變電站監控主站完成。

　�、谠O置區域性控制主站。

　　根據區域特點，把控制主站設在附近變電所內或其他適宜的地方。

　　它的功能就是配電網自動化系統必須完成的功能。

　　這樣一來，可大量節約通道投資，減小整個系統風險。

　�、叟c配電網自動化系統主站統一考慮。

　　這種設置方式的優點是減少了投資，簡化了系統結構，但是帶來的缺點是饋線自動化功能擴展困難，有可能影響系統的總體性能。

　　4.0總結

　　饋線自動化在運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荷開關，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，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。

　　在以后的發展過程中，更應該創新地開發更高效益的饋線自動化系統，為配電系統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測單元的設計與實現[J].南方電網技術，2010，4(1)：80-83.

　　[2]于永哲，黃家棟.基于混合智能算法的配電網絡重構[J].南方電網技術，2010，4(1)：76-79.

　　[3]余貽鑫.智能電網的技術組成和實現順序[J].南方電網技術，2009，3(2)：1-5.

　　配電網饋線自動化中分段器的應用【2】

　　摘 要 文章分析了分段器和配電網饋線自動化基本概念，針對環網與輻射網系統進行了探討。

　　關鍵詞 分段器;配電網;環網;輻射網

　　分段器是配電網中用來隔離故障線路區段的自動開關設備，它一般與重合器、斷路器或熔斷器相配合，串聯于重合器與斷路器的負荷側，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“過流脈沖計數型”(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設備(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”前級開關設備開斷故障電流動作次數的能力。

　　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 配電網自動化系統

　　配電網自動化主要決定兩個方面，一是設備的技術性能，二是配電接線方案，兩者的統一和配合才能組成較理想的配電網自動化系統。

　　配電網的接線一般有環型和輻射型兩大類，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，減小運行費用，提高配電網自動化程度能起到顯著作用。

　　2 配電網饋線自動化

　　配電網自動化的一個主要任務就是要實現饋線自動化，這是衡量配電網自動化技術性能的重要指標。

　　饋線自動化是指當配電線路故障時能盡快找到故障線路，然后對故障線路進行隔離，對非故障線路盡快恢復供電。

　　2.1 同桿架設的桿上設備分段器

　　同桿架設的桿上設備由真空開關(PVS)、電源變壓器(SPS)、帶故障檢測功能的遙控終端單元(PTV)和站內故障指示設備(FSI)共同構成。

　　2.2 桿上設備的連接

　　PVS在線路來電時由合閘線圈關合。

　　只要電壓存在，它始終保持關合狀態。

　　PVS在線路掉電時因線圈失壓而自動打開。

　　3 在環網中的應用

　　隨著配電自動化及電力市場的迅速發展，環網式網絡結構已成為近幾年來發展的主要趨勢。

　　以圖1為例，正常運行時聯絡重合器不接通，兩個變電所的主干線建立起相互備用的聯絡關系。

　　而圖1的環網結構適用于在配網自動化改造中只建立簡單的通訊系統，資金投入不多的地區。

　　在通訊系統比較發達的地區，建議使用帶后臺控制的環網結構，帶后臺控制的環網結構自動化及通訊水平比較高，日本等發達國家在20世紀90年代就已實現配電系統自動化。

　　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。

　　重合器IRM1、IRM2為電流―時間型戶內重合器，設定為一快三慢(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為聯絡重合器，線路正常情況下處于分閘狀態設定為一次合閘不成功閉鎖。

　　F1為計數次數2次的分段器，F2、F3 為計數次數1次的分段器。圖1

　　如果D1處發生故障，出口重合器IRM1執行快曲線動作一次，重合器OSM1、OSM2檢測到線路失壓，OSM1分閘，分段器F2達到整定的計數次數分閘跌落，2 s后重合器ORM1重合，重合器OSM1延時3 s重合，恢復線路其他部分供電。

　　如果D2處發生故障，若為瞬時性故障，出口重合器IRM1執行快曲線動作一次，重合器OSM1、OSM2檢測到線路失壓，OSM1分閘，分段器F1沒有達到整定的計數次數仍處于合閘狀態。

　　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達到整定的計數次數分閘跌落隔離故障區段，重合器合閘成功后，恢復其他線路供電。

　　如果D3處發生永久性故障，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由于合在故障點上而分閘閉鎖。

　　L2段及分支線路由B所供電。

　　如果D4處發生永久性故障，出口重合器IRM1執行快曲線分閘，重合器OSM1、OSM2檢測到線路失壓，OSM1分閘，經2 s后重合器IRM1重合，重合器OSM1延時3 s合在故障點上，最終分閘閉鎖。

　　聯絡重合器OSM2延時合閘，由于故障沒有消除最終分閘閉鎖。

　　4 用于輻射網系統

　　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重合后對線路恢復供電，IPVS的PTC檢測到電源端有電壓時，經X時間(關合時間)開始計數，PVS在X時間計數結束后關合。

　　同理2PVS經2X關合，3PVS經3X關合，4PVS經4X關合，全系統恢復供電。

　　若故障為永久性故障，當4PVS關合后，與此同時，Y時間開始計數，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經整定的X時間關合，4PVS在Y時間計數中，檢測到線路失壓，則RTU鎖扣，將故障隔離。

　　參考文獻

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　　[2]孫福杰,何俊佳，鄒積巖.基于重合器和分段器的10 kV環網供電技術的研究應用[J].電網技術,2000,07.

　　[3]趙海應.重合器與分段器配合實現中小城市配網自動化[J].中國新技術新產品,2010,19.

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