葫蘆島市饋線自動(dòng)化系統(tǒng)方案
摘要：變電所的備自投裝置被普遍采用，備自投裝置在進(jìn)行驗(yàn)收和定檢時(shí)存在一些難以解決的問(wèn)題，該文針對(duì)這些問(wèn)題，提出了一種解決方法和設(shè)計(jì)思路。
關(guān)鍵詞：饋線自動(dòng)化；配電自動(dòng)化；重合閘
葫蘆島市近年來(lái)工農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速，用電負(fù)荷不斷增長(zhǎng)，并且對(duì)供電可靠性要求較高。該市 10 kV 配電線路以架空線為主，現(xiàn)有網(wǎng)上運(yùn)行的開(kāi)關(guān)設(shè)備主要是柱上油斷路器和跌落開(kāi)關(guān)，自動(dòng)化程度低，不能快速檢測(cè)故障區(qū)段，無(wú)法自動(dòng)隔離故障并恢復(fù)非故障區(qū)域供電。這一問(wèn)題嚴(yán)重制約著供電可靠性的提高。因此，有必要對(duì)配電設(shè)備進(jìn)行改造，實(shí)施配電自動(dòng)化。
1、系統(tǒng)模式的確定
此次配電自動(dòng)化系統(tǒng)定位在饋線自動(dòng)化系統(tǒng)。架空線路的饋線自動(dòng)化系統(tǒng)主要有電壓型和電流型兩種就地控制模式。此次改造把電壓型與電流型模式結(jié)合起來(lái)形成分布智能模式的饋線自動(dòng)化系統(tǒng)。同時(shí)針對(duì)“手拉手”環(huán)網(wǎng)部分配備了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和通信系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)線路的集中智能控制。其主要理由是這種分布智能相結(jié)合的模式，能夠有效提高線路供電可靠性，縮短故障查找時(shí)間，并且饋線遠(yuǎn)方終端（FTU）預(yù)留有通信接口，為以后功能的擴(kuò)展做好了準(zhǔn)備。若單純采用電流型系統(tǒng)或電壓型系統(tǒng)，其對(duì)主變電所出線重合器的依賴性大，故障處理時(shí)間長(zhǎng)，可靠性差。
2、系統(tǒng)的構(gòu)成及特點(diǎn)
本饋線自動(dòng)化系統(tǒng)主要包括以下設(shè)備：永磁機(jī)構(gòu)真空自動(dòng)重合器 (OSM）和一體型遙控終端單元FTU、戶外跌落式自動(dòng)分段器。以上設(shè)備均安裝在柱上，配合使用。其中重合器安裝在線路上，分段器安裝在分支線上。
系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是采取了基于后臺(tái)控制與就地控制相結(jié)合的方式。對(duì)于輻射型電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，所有開(kāi)關(guān)設(shè)備正常狀態(tài)下為常閉。當(dāng)線路故障時(shí)，距離故障區(qū)段最近的上游重合器檢測(cè)到故障電流而跳閘，并延時(shí)重合。若為瞬時(shí)故障，則合閘一成功；若為永久故障，則分閘閉鎖，而隔離故障區(qū)段。當(dāng)支線故障時(shí)，距離支線最近的上游線路重合器因故障而快速跳閘，其余重合器不分閘。支線的故障段上游分段器根據(jù)整定次數(shù)（最多為3次）與線路重合器配合，當(dāng)達(dá)到整定次數(shù)后，分閘跌落，從而隔離故障區(qū)段。線路重合器經(jīng)延時(shí)后，再次重合，恢復(fù)故障區(qū)段上游分支線的正常供電。對(duì)于環(huán)形電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，位于聯(lián)絡(luò)位置的重合器正常狀態(tài)下為常開(kāi)，其余開(kāi)關(guān)設(shè)備均為常閉。當(dāng)支線故障時(shí)，支線上游的所有重合器都經(jīng)歷了短路電流，這一狀態(tài)傳輸給后臺(tái)控制器。后臺(tái)控制器經(jīng)過(guò)邏輯分析后，遙控距離支線最近的上游線路重合器分閘。該重合器接到指令后執(zhí)行分閘操作，其后的處理過(guò)程同于輻射電網(wǎng)結(jié)構(gòu)支線故障時(shí)的處理。當(dāng)線路故障時(shí)，后臺(tái)控制器遙控距離故障區(qū)段最近的上游重合器分閘，該重合器執(zhí)行分閘操作并延時(shí)合閘。若為瞬時(shí)故障，則合閘成功，若為永久故障，則合于故障而分閘閉鎖。同時(shí)，聯(lián)絡(luò)重合器檢測(cè)到一側(cè)有電，一側(cè)沒(méi)電后，通過(guò)通信將該狀態(tài)傳輸給后臺(tái)控制器，后臺(tái)控制器通過(guò)邏輯分析后遙控聯(lián)絡(luò)重合器合閘。因?yàn)槭怯谰霉收?，?lián)絡(luò)重合器的合閘造成該側(cè)重合器都經(jīng)歷短路電流，距離故障段最近的線路重合器執(zhí)行快速分閘操作，直到分閘閉鎖，從而完成故障隔離與負(fù)荷轉(zhuǎn)供。
3、實(shí)施分析
在葫蘆島市配電網(wǎng)中，將變電所內(nèi)10 kV饋線斷路器均更換為電流一時(shí)間型戶內(nèi)自動(dòng)重合器(ISM)，將現(xiàn)有柱上油斷路器和跌落開(kāi)關(guān)更換為永磁機(jī)構(gòu)真空自動(dòng)重合器（OSM）和戶外自動(dòng)跌落式分段器（FDK）。同時(shí)在永磁機(jī)構(gòu)真空自動(dòng)重合器分布點(diǎn)配套一個(gè)一體型FTU、 TV與開(kāi)關(guān)配套，滿足饋線自動(dòng)化及遠(yuǎn)方通信的要求。
為了節(jié)約投資，本次改造僅在“手拉手”環(huán)網(wǎng)線路上架設(shè)通信線，實(shí)現(xiàn)集中智能模式的故障隔離與負(fù)荷轉(zhuǎn)供；輻射線路和分支線路上均未安裝通信系統(tǒng)，其故障隔離采用的是分布智能模式。但是輻射線路的重合器上都備有通信接口，以便擴(kuò)展功能時(shí)用。
由于支線較多，本次對(duì)負(fù)荷較輕或非重要用戶的支線上的開(kāi)關(guān)未進(jìn)行改造。這些支線發(fā)生故障時(shí)，若開(kāi)關(guān)能正確動(dòng)作，則自行切除故障，否則，通過(guò)線路重合器動(dòng)作后將引起其所連接的一段主線停電。
開(kāi)關(guān)設(shè)備的位置和數(shù)量應(yīng)根據(jù)線路長(zhǎng)度、負(fù)荷狀況等因素綜合考慮設(shè)計(jì)。圖1 所示為葫蘆島市某變電所線路邏輯關(guān)系圖。為了使線路簡(jiǎn)潔，次要支線均未畫(huà)出。圖中所有重合器重合時(shí)間均設(shè)定為 2S ，重合器采用永磁機(jī)構(gòu)，儲(chǔ)能時(shí)間短。
設(shè)備功能的設(shè)計(jì)遵循整條線路盡量縮短停電時(shí)間的原則。輻射電網(wǎng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)采用所內(nèi)重合器實(shí)現(xiàn)二慢一快重合閘方式，線路重合器實(shí)現(xiàn)二快一慢重合閘方式進(jìn)行配合。線路發(fā)生短路故障時(shí)，根據(jù)重合器安秒曲線，快曲線重合器先分閘隔離故障，把慢曲線重合器保護(hù)起來(lái)，使停電面積最小，停電時(shí)間縮短。恢復(fù)供電最長(zhǎng)時(shí)間是重合器分閘到閉鎖的累計(jì)時(shí)間，即三次重合閘時(shí)間之和，累積時(shí)間在10S之內(nèi)。分段器的計(jì)數(shù)次數(shù)至少應(yīng)比重合器閉鎖前的分閘次數(shù)少一次，分段器的記憶時(shí)間必須大于重合器動(dòng)作總的累積時(shí)間。
環(huán)形電網(wǎng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)配合采用所內(nèi)及線路重合器第一次分閘靠后臺(tái)控制器控制分閘，以后分閘靠自動(dòng)就地控制器控制執(zhí)行二快操作。系統(tǒng)負(fù)荷的自動(dòng)轉(zhuǎn)移通過(guò)通信傳輸及后臺(tái)控制器控制來(lái)實(shí)現(xiàn)?；謴?fù)供電最長(zhǎng)時(shí)間是重合器分閘到閉鎖累積時(shí)間的兩倍，即三次重合閘時(shí)間之和的兩倍，累積時(shí)間即為15S之內(nèi)。
圖 1 中輻射狀線路沙南主干線的所內(nèi)出線重合器 CBI 設(shè)定為二慢一快重合閘方式，線路重合器 CHI 設(shè)定為二快一慢重合閘方式。王屯分岐支線的分段器 FI 計(jì)數(shù)次數(shù)設(shè)定為 3 次，分段器 F2 、 F3 計(jì)數(shù)次數(shù)設(shè)定為 2 次。當(dāng) f l 點(diǎn)故障時(shí)，因故障引起重合器 CHI跳閘，CHI執(zhí)行快曲線，其余重合器執(zhí)行慢曲線不分閘。Fl 、F3沒(méi)有達(dá)到計(jì)數(shù)次數(shù)處于合閘狀態(tài)，經(jīng)過(guò) 2S 后，重合器CHI重合，如果瞬時(shí)故障合閘成功；如果永久故障，CHI再次分閘，F(xiàn)3達(dá)到 2 次計(jì)數(shù)次數(shù)分閘跌落，經(jīng)過(guò)2S 后，重合器CHI重合成功。
圖1中沙寺線為該變電所和另一變電所的環(huán)網(wǎng)“手拉手”接線。CB4為該變電所出線重合器，CH3、CH4為線路重合器，LHS為聯(lián)絡(luò)重合器。正常狀態(tài)下，CB4、CH3、CH4常閉，LHS常開(kāi)。如果沙寺線的幾點(diǎn)發(fā)生故障，因短路電流流經(jīng)重合器CB4、CH3，故重合器CB4、CH3處的FTU通過(guò)通信系統(tǒng)上報(bào)后臺(tái)控制器經(jīng)歷了故障電流的信息。后臺(tái)控制器通過(guò)邏輯分析判定重合器CH3下級(jí)發(fā)生短路，通過(guò)通信傳輸給重合器CH3分閘指令，重合器CH3接到指令執(zhí)行分閘操作。若為瞬時(shí)故障，經(jīng)過(guò)2S后，重合器CH3重合成功，若為永久故障，重合器CH3重合后執(zhí)行二快分閘操作，直到重合器CH3分閘閉鎖通過(guò)通信將閉鎖傳輸給后臺(tái)控制器。
f2點(diǎn)故障被隔離。幾點(diǎn)所在的故障區(qū)段被單側(cè)隔離之后，聯(lián)絡(luò)重合器LHS一側(cè)有電，一側(cè)沒(méi)電，其狀態(tài)通過(guò)通信后臺(tái)控制器。后臺(tái)控制器通過(guò)邏輯分析判定重合器LHS可以重合，通過(guò)通信傳輸給重合器LHS合閘指令，重合器LHS接到指令執(zhí)行合閘操作。由于故障區(qū)段沒(méi)有被完全排除，短路電流經(jīng)過(guò)沙寺線另一變電所饋線部分和重合器LHS、CH4，該狀態(tài)又通過(guò)通信傳輸給后臺(tái)控制器。后臺(tái)控制器通過(guò)邏輯分析判定重合器CH4下級(jí)發(fā)生故障，通過(guò)通信傳輸給重合器CH4分閘指令，重合器CH4接到指令執(zhí)行分閘操作。因幾點(diǎn)為永久故障，重合器CH4重合后執(zhí)行二快分閘操作，直到重合器CH4分閘閉鎖。幾點(diǎn)所在的故障區(qū)段被隔離，其他重合器處于合閘狀態(tài)。
通過(guò)上述方案的實(shí)施，可以完成配電線路故障定位、自動(dòng)隔離故障并恢復(fù)非故障區(qū)域的供電等功能。因?yàn)榧芸站€路的故障中瞬時(shí)性故障所占的比例較高，通過(guò)重合閘功能可以有效的減少停電時(shí)間。同時(shí)該方案選用永磁操作機(jī)構(gòu)真空自動(dòng)重合器，可以連續(xù)四分三合，儲(chǔ)能時(shí)間短，能夠達(dá)到就近快速隔離故障，減少停電面積，縮短停電時(shí)間。基于通信線路的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在“手拉手”環(huán)網(wǎng)中的應(yīng)用，大大減少了故障區(qū)段下游恢復(fù)送電的時(shí)間，同時(shí)減小了負(fù)荷轉(zhuǎn)供情況下合閘于故障時(shí)，短路電流對(duì)線路的沖擊。