葫蘆島市饋線自動化系統(tǒng)方案
摘要：變電所的備自投裝置被普遍采用，備自投裝置在進行驗收和定檢時存在一些難以解決的問題,該文針對這些問題，提出了一種解決方法和設計思路。
關鍵詞：饋線自動化；配電自動化；重合閘
中圖分類號：TM76 文獻標志碼：A 文章編號:1003-0867(2006)02-0009-02
葫蘆島市近年來工農業(yè)發(fā)展迅速，用電負荷不斷增長，并且對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)有網上運行的開關設備主要是柱上油斷路器和跌落開關，自動化程度低，不能快速檢測故障區(qū)段，無法自動隔離故障并恢復非故障區(qū)域供電。這一問題嚴重制約著供電可靠性的提高。因此，有必要對配電設備進行改造，實施配電自動化。
1 系統(tǒng)模式的確定
此次配電自動化系統(tǒng)定位在饋線自動化系統(tǒng)。架空線路的饋線自動化系統(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合起來形成分布智能模式的饋線自動化系統(tǒng)。同時針對“手拉手”環(huán)網部分配備了計算機系統(tǒng)和通信系統(tǒng)，實現(xiàn)環(huán)網線路的集中智能控制。其主要理由是這種分布智能相結合的模式，能夠有效提高線路供電可靠性，縮短故障查找時間，并且饋線遠方終端（ftu）預留有通信接口，為以后功能的擴展做好了準備。若單純采用電流型系統(tǒng)或電壓型系統(tǒng)，其對主變電所出線重合器的依賴性大，故障處理時間長，可靠性差。
2 系統(tǒng)的構成及特點
本饋線自動化系統(tǒng)主要包括以下設備：永磁機構真空自動重合器（OSM）和一體型遙控終端單元FTU、戶外跌落式自動分段器。以上設備均安裝在柱上，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)的主要特點是采取了基于后臺控制與就地控制相結合的方式。對于輻射型電網結構，所有開關設備正常狀態(tài)下為常閉。當線路故障時，距離故障區(qū)段最近的上游重合器檢測到故障電流而跳閘，并延時重合。若為瞬時故障，則合閘成功；若為永久故障，則分閘閉鎖，而隔離故障區(qū)段。當支線故障時，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整定次數（最多為3次）與線路重合器配合，當達到整定次數后，分閘跌落，從而隔離故障區(qū)段。線路重合器經延時后，再次重合，恢復故障區(qū)段上游分支線的正常供電。對于環(huán)形電網結構，位于聯(lián)絡位置的重合器正常狀態(tài)下為常開，其余開關設備均為常閉。當支線故障時，支線上游的所有重合器都經歷了短路電流，這一狀態(tài)傳輸給后臺控制器。后臺控制器經過邏輯分析后，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，其后的處理過程同于輻射電網結構支線故障時的處理。當線路故障時，后臺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)行分閘操作并延時合閘。若為瞬時故障，則合閘成功，若為永久故障，則合于故障而分閘閉鎖。同時，聯(lián)絡重合器檢測到一側有電，一側沒電后，通過通信將該狀態(tài)傳輸給后臺控制器，后臺控制器通過邏輯分析后遙控聯(lián)絡重合器合閘。因為是永久故障，聯(lián)絡重合器的合閘造成該側重合器都經歷短路電流，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荷轉供。
3 實施分析
在葫蘆島市配電網中，將變電所內10 kV饋線斷路器均更換為電流-時間型戶內自動重合器（ISM），將現(xiàn)有柱上油斷路器和跌落開關更換為永磁機構真空自動重合器（OSM）和戶外自動跌落式分段器（FDK）。同時在永磁機構真空自動重合器分布點配套一個一體型FTU、Tv與開關配套，滿足饋線自動化及遠方通信的要求。
為了節(jié)約投資，本次改造僅在“手拉手”環(huán)網線路上架設通信線，實現(xiàn)集中智能模式的故障隔離與負荷轉供；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，以便擴展功能時用。
由于支線較多，本次對負荷較輕或非重要用戶的支線上的開關未進行改造。這些支線發(fā)生故障時，若開關能正確動作，則自行切除故障，否則，通過線路重合器動作后將引起其所連接的一段主線停電。
開關設備的位置和數量應根據線路長度、負荷狀況等因素綜合考慮設計。圖1所示為葫蘆島市某變電所線路邏輯關系圖。為了使線路簡潔，次要支線均未畫出。圖中所有重合器重合時間均設定為2s，重合器采用永磁機構，儲能時間短。
設備功能的設計遵循整條線路盡量縮短停電時間的原則。輻射電網結構系統(tǒng)采用所內重合器實現(xiàn)二慢一快重合閘方式，線路重合器實現(xiàn)二快一慢重合閘方式進行配合。線路發(fā)生短路故障時，根據重合器安秒曲線，快曲線重合器先分閘隔離故障，把慢曲線重合器保護起來，使停電面積最小，停電時間縮短?；謴凸╇娮铋L時間是重合器分閘到閉鎖的累計時間，即三次重合閘時間之和，累積時間在10 s之內。分段器的計數次數至少應比重合器閉鎖前的分閘次數少一次，分段器的記憶時間必須大于重合器動作總的累積時間。
環(huán)形電網結構系統(tǒng)配合采用所內及線路重合器第一次分閘靠后臺控制器控制分閘，以后分閘靠自動就地控制器控制執(zhí)行二快操作。系統(tǒng)負荷的自動轉移通過通信傳輸及后臺控制器控制來實現(xiàn)?；謴凸╇娮铋L時間是重合器分閘到閉鎖累積時間的兩倍，即三次重合閘時間之和的兩倍，累積時間即為15s之內。
圖1中輻射狀線路沙南主干線的所內出線重合器CB1設定為二慢一快重合閘方式，線路重合器CH1設定為二快一慢重合閘方式。王屯分岐支線的分段器F1計數次數設定為3次，分段器F2、F3計數次數設定為2次。當f1點故障時，因故障引起重合器CH1跳閘，CH1執(zhí)行快曲線，其余重合器執(zhí)行慢曲線不分閘。F1、F3沒有達到計數次數處于合閘狀態(tài)，經過2 s后，重合器CH1重合，如果瞬時故障合閘成功；如果永久故障，CH1再次分閘，F(xiàn)3達到2次計數次數分閘跌落，經過2 s后，重合器CH1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“手拉手”接線。CB4為該變電所出線重合器，CH3、CH4為線路重合器，LH5為聯(lián)絡重合器。正常狀態(tài)下，CB4、CH3、CH4常閉，LH5常開。如果沙寺線的f2點發(fā)生故障，因短路電流流經重合器CB4、CH3，故重合器CB4、CH3處的FTU通過通信系統(tǒng)上報后臺控制器經歷了故障電流的信息。后臺控制器通過邏輯分析判定重合器CH3下級發(fā)生短路，通過通信傳輸給重合器CH3分閘指令，重合器CH3接到指令執(zhí)行分閘操作。若為瞬時故障，經過2 s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分閘閉鎖通過通信將閉鎖傳輸給后臺控制器。f2點故障被隔離。
f2點所在的故障區(qū)段被單側隔離之后，聯(lián)絡重合器LH5一側有電，一側沒電，其狀態(tài)通過通信傳輸給后臺控制器。后臺控制器通過邏輯分析判定重合器LH5可以重合，通過通信傳輸給重合器LH5合閘指令，重合器LH5接到指令執(zhí)行合閘操作。由于故障區(qū)段沒有被完全排除，短路電流經過沙寺線另一變電所饋線部分和重合器LH5、CH4，該狀態(tài)又通過通信傳輸給后臺控制器。后臺控制器通過邏輯分析判定重合器CH4下級發(fā)生故障，通過通信傳輸給重合器CH4分閘指令，重合器CH4接到指令執(zhí)行分閘操作。因f2點為永久故障，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。f2點所在的故障區(qū)段被隔離，其他重合器處于合閘狀態(tài)。
通過上述方案的實施，可以完成配電線路故障定位、自動隔離故障并恢復非故障區(qū)域的供電等功能。因為架空線路的故障中瞬時性故障所占的比例較高，通過重合閘功能可以有效的減少停電時間。同時該方案選用永磁操作機構真空自動重合器，可以連續(xù)四分三合，儲能時間短，能夠達到就近快速隔離故障，減少停電面積，縮短停電時間?；谕ㄐ啪€路的計算機控制系統(tǒng)在“手拉手”環(huán)網中的應用，大大減少了故障區(qū)段下游恢復送電的時間，同時減小了負荷轉供情況下合閘于故障時，短路電流對線路的沖擊。
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