綜合配電自動(dòng)化終端的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

摘 要 配網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，配網(wǎng)故障一般位于分支線路上，主線路發(fā)生故障的概率不高。針對(duì)目前配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，從配網(wǎng)改造和建設(shè)實(shí)際出發(fā)，提出一種綜合配電自動(dòng)化終端設(shè)計(jì)方案，在分支線路配置集繼電保護(hù)、無(wú)功補(bǔ)償、無(wú)源自供電、多種通信接口功能于一體的配電自動(dòng)化終端，快速隔離配網(wǎng)故障和動(dòng)態(tài)改善配網(wǎng)電能質(zhì)量，解決失電時(shí)配電終端設(shè)備工作和斷路器操作的電源問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)提高供電可靠性和供電質(zhì)量的目的。

引言

配網(wǎng)是整個(gè)電力系統(tǒng)的末端，直接面向終端用戶，供電可靠性和供電質(zhì)量要求越來(lái)越高。目前國(guó)內(nèi)配網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施和結(jié)構(gòu)相對(duì)比較薄弱;供電質(zhì)量較差，電壓水平低，網(wǎng)損率高;配電自動(dòng)化程度還較低。配網(wǎng)的總體水平已不能滿足終端用戶日益增長(zhǎng)的用電需求，大規(guī)模的配網(wǎng)自動(dòng)化改造和建設(shè)正在積極展開(kāi)。

配網(wǎng)自動(dòng)化是建立在信息化的基礎(chǔ)上，將配電系統(tǒng)在線數(shù)據(jù)和離線數(shù)據(jù)、配電網(wǎng)數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和地理圖形進(jìn)行信息集成，構(gòu)成完整的自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)及其設(shè)備正常運(yùn)行及事故狀態(tài)下的監(jiān)測(cè)、保護(hù)、控制以及用電和配電管理的自動(dòng)化，最終實(shí)現(xiàn)以大幅度提高供電可靠性、改善電能質(zhì)量為目標(biāo)的對(duì)配電系統(tǒng)在線的、準(zhǔn)實(shí)時(shí)的閉環(huán)控制[1]。配電自動(dòng)化終端作為配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)部分，要求其功能完善、工作可靠、擴(kuò)展簡(jiǎn)單以及維護(hù)方便。

本文在分析典型配電自動(dòng)化方案基礎(chǔ)上，結(jié)合配網(wǎng)運(yùn)行實(shí)際，提出一種配電自動(dòng)化終端方案，以期能夠解決配網(wǎng)當(dāng)前存在的實(shí)際問(wèn)題。

典型配電自動(dòng)化方案分析

考慮到各地方配電網(wǎng)的復(fù)雜性，不失一般性，配電網(wǎng)可以以如下拓?fù)涫疽猓?/strong>

圖一中，變電站的10kV出線配置斷路器和相應(yīng)的保護(hù)，主線路上采用分段開(kāi)關(guān)分段，各分支線路采用負(fù)荷開(kāi)關(guān)的配置，所有開(kāi)關(guān)均帶電動(dòng)分、合閘功能。由于分段開(kāi)關(guān)和負(fù)荷開(kāi)關(guān)均不能開(kāi)斷短路電流，因此不配置保護(hù)。故障區(qū)段查找、隔離以及恢復(fù)供電目前大致有兩種方案：

其一，依靠自動(dòng)化開(kāi)關(guān)設(shè)備反復(fù)配合動(dòng)作來(lái)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。在故障情況下，由變電站出線斷路器配置的保護(hù)切除故障，這時(shí)會(huì)造成全線失電，然后分段開(kāi)關(guān)、負(fù)荷開(kāi)關(guān)由于失壓而跳閘，然后再由變電站的斷路器合閘后，依次合負(fù)荷開(kāi)關(guān)和分段開(kāi)關(guān)來(lái)檢測(cè)故障點(diǎn)，當(dāng)然還存在斷路器再次跳閘、再次合閘的可能，造成對(duì)負(fù)荷(尤其是變壓器)的多次沖擊，停電時(shí)間長(zhǎng)。

其二，依靠分布在分段開(kāi)關(guān)上的FTU采集故障信息，通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)上傳調(diào)度集中控制，通過(guò)遙控將故障隔離并恢復(fù)非故障區(qū)段供電。該方案減少了開(kāi)關(guān)的反復(fù)動(dòng)作，提高了設(shè)備運(yùn)行安全，自動(dòng)化程度高，對(duì)通信系統(tǒng)依賴很強(qiáng)。

已有的配網(wǎng)自動(dòng)化方案[2~7]都是集中在配網(wǎng)主網(wǎng)架的故障隔離和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)上，從理論上來(lái)說(shuō)，這些方案都具有可行性，但在實(shí)際應(yīng)用中都遇到了許多問(wèn)題，導(dǎo)致系統(tǒng)并不能發(fā)揮其應(yīng)有的效果，如：通信方式及通信系統(tǒng)穩(wěn)定性、故障判別元件的靈敏度配合、環(huán)境適用性、電源的可靠性等方面或多或少存在問(wèn)題，應(yīng)用的效果并不好。

綜合配電自動(dòng)化終端設(shè)計(jì)

根據(jù)配網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的統(tǒng)計(jì)，故障一般位于分支回路上，主回路上發(fā)生故障的概率并不大，而改造配網(wǎng)的出發(fā)點(diǎn)應(yīng)該是能夠?qū)嶋H解決問(wèn)題，如果能將分支線路的故障快速切除，將可以解決配網(wǎng)大部分的問(wèn)題，即故障快速隔離、提高供電可靠性。

配網(wǎng)供電質(zhì)量較差，改善供電質(zhì)量的通常做法是在配網(wǎng)上安裝無(wú)功補(bǔ)償裝置。為了能夠減少電力用戶內(nèi)部各條配電線路的電能損耗，提高配網(wǎng)的功率因數(shù)，采用分散無(wú)功補(bǔ)償方式比較合適，即在分支線路公用配變低壓側(cè)、用戶的配電母線上安裝無(wú)功補(bǔ)償裝置。

考慮到上述情況，筆者提出分支線路配置集保護(hù)測(cè)控、無(wú)功補(bǔ)償、無(wú)源自供電、多種通信接口功能于一體的配電自動(dòng)化終端。

首先，將分支線路的負(fù)荷開(kāi)關(guān)更換為真空斷路器，為分支線路配置專門的保護(hù)。

在分支回路故障情況下，由分支線路斷路器切除故障，可以實(shí)現(xiàn)保護(hù)級(jí)的故障隔離。已有的配網(wǎng)自動(dòng)化無(wú)論采用何種方案，故障隔離均不可能達(dá)到保護(hù)級(jí)(也就是能在1s內(nèi)隔離故障)，一般的時(shí)間為幾十秒或數(shù)分鐘，而采用此方案，故障切除可以在1s內(nèi)可靠完成，大大縮短了停電時(shí)間，提高了供電可靠性。

分支線路配置保護(hù)大大簡(jiǎn)化了保護(hù)配合，所有分支回路的保護(hù)獨(dú)自整定，不需要和其他回路配合，如果分支回路下還有分支(如開(kāi)閉所)，則可以同下面的分支回路的保護(hù)進(jìn)行時(shí)間上的配合即可，變電站的線路出線保護(hù)只需要同所有分支回路保護(hù)的最長(zhǎng)延時(shí)配合，有一定級(jí)差即可，保護(hù)整定和配合都非常簡(jiǎn)單。

分支線路配置保護(hù)減少了對(duì)線路負(fù)荷的沖擊，分支斷路器切除分支回路故障后，變電站線路保護(hù)元件返回，如果分支回路帶重合閘，僅對(duì)該分支存在沖擊的可能(合閘到永久故障)，提高了設(shè)備運(yùn)行安全。

其次，分支線路配置集成靜止無(wú)功發(fā)生器SVG，實(shí)現(xiàn)分支線路動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償。

SVG并聯(lián)于電網(wǎng)中，相當(dāng)于一個(gè)可變的無(wú)功電流源，通過(guò)調(diào)節(jié)逆變