两种供电方式下10kV馈线自动化系统的设计与实现
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配网自动化 低压电器(2 o 0 8 7)通 用低压 电器篇 两种供 电方式 下 1 0 k V馈 线 自动化 系统 的设计与实现 闫鸿魁,林莘,王博,周 蕾。,汪 亮(1 沈阳工业大学 电气工程学院,辽宁 沈阳 1 1 0 0 2 3;2 南京 因秦莱配电 自动化 设备有限公司,江苏 南京2 1 1 1 O 0;3 东北大学 软件 学院,辽宁 沈阳 1 1 0 0 0 4)摘要:针对 目前 的城、农网改造 中应用 的环 网型和辐射 型配 电方式进 行保护逻 闩 浊 r 1 0 R,一、辑设计,利用真空断路器优越的机械性能和重合器控制器的保护、测控及三遥功能实现 里 +峦 了配网馈线 自动化。增加了小电流接地保护功能,以及 G P R S技术的应用,对于提高供 究方向为智能化甫 电可靠性、减少停电时间和范围提供基础,最大限度地避免故障所带来的巨大的损失。器及其相关技术。关键 词:环网配电;辐射型;馈线 自动化;小 电流接地 中图分类号:T M 7 6 文献标识码:A文章编号:1 0 0 1-5 5 3 I(2 0 0 8)0 7-0 0 4 1-0 5 De s i g n a n d I mp l e m e n t a t i o n o f 1 0 kV Fe e d Li n e s Au t o m a t i o n S y s t e m Ene r g i z e d i n Two W a y s Ho n g k u i ,L I N Xi n ,WANG Bo ,ZHOU L e i ,WANG L i a n g (1 S c h o o l o f E l e c t ri c a l E n g i n e e ri n g,S h e n y a n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y,S h e n y a n g 1 1 0 0 2 3,C h i n a;2 N a n j i n g I n t e l l i g e n t D i s t ri b u t i o n A u t o ma t i o n E q u i p m e n t C o ,L t d ,N a n j i n g 2 1 1 1 0 0,C h i n a;3 S o f t w a r e A c a d e my,N o r t h e a s t e r n U n i v e r s i t y,S h e n y a n g 1 1 0 0 0 4,C h i n a)Abs t r a c t:Ai me d a t t h e c i t y n e t,a g r i c u l t u r e n e t a l t e r a t i o n c u r r e n t l y,t h e r e a r e l o t s o f p r o t e c t l o g i c d e s i g n s o n t h e me t h o d a b o ut l o o p n e t po we r d i s t r i b u t i o n a n d r a d i a n t t y p e po we r d i s t r i b u t i o n;Ma ki n g us e o f t h e a s c e n d a n t me c h a n i c al p r o p e r t y o f v a c u u m c i r c u i t b r e a k e r a n d t h e f u n c t i o n o f a u t o ma t i c c i r c u i t a n d c o n t r o l l e r S s a f e g u ard,t r a c k i n g,t h r e e r e mo t e t h a t C a l Ty o u t p o we r d i s t r i b ut i on a ut o ma t i o n a n d i n c r e a s i ng t h e f u nc t i o n o f i n e f f e c t i v e g r o un d e d p r o t e c t i o n a n d t h e t e c h n i c al a p p l i c a t i o n o f GP R S I n c r e a s i n g r e l i a b i l i t y o n s e r v i c e,r e d u c i n g p o we r o ff t i me a n d e x t e n s i o n a nd a v o i d i n g t h e h u g e g T e a t d a ma g e t h a t ma l f un c t i o n c a u s e d ma x i mall y Ke y wo r ds:l oo p ne t powe r di s t r i but i o n;r a di ant t ype;f e e d l i n e s a ut o mat i o n;i ne ffe c t i ve g r o unde d 0 引 言 随着城、农 网改造 的不 断深入,各 电业局对 城、农 网改造 中设备 的选 型及 配电、配 网 的方 案作 了有益及有效 的尝试,并得 出了很多经验。配网分为环网型和辐射型两种,针对 以往环 网 型供电和辐射型供电遇 到的情况,即开关设备需 要增加合、分动作 的次数才能完成故 障的隔离 和 恢复供电,本文进行 了改进。对环 网型和辐射型 两种供电方式进行了分析与 比较,同时进行 了技 术和经济的可行性比较。在 自动重合器上设计 了 微机综合保护测控装置,通过对该装置的综合保 护控制单元(P A R C)的设置,设计 了一套重合闸 保 护次序,并增加 了合于故 障加速跳 的功能及 G P R S通信功能。利用(C H Z 1 0 1 2 6 3 0-2 0型)重 合器本身切断故障电流,实现故障就地隔离,缩小 林莘(1 9 6 1 一),女,教授,博士生导师,从事高压电器、智能化电器等方面的教学与科研工作。王博(1 9 8 1 一),男,工程师,从事配电自动化及其相关技术工作。周蕾(1 9 8 1 一),女,硕士研究生,研究方向为软件工程。汪亮(1 9 8 2 一),男,工程师,研究方 向为高电压设备。维普资讯 http:/ 低压电器(2 0 0 8 N o 7)通用低压电器篇 配网自动化 停 电范 围,减少 了重合闸次数,延长 了开关 的寿 命。同时带有小电流接地保护功能,对于出现小 电流接地 的区段进行维护,最大限度地降低对 供电区域产生的影响,进一步提高供电的可靠性。1 环 网型配 电 自动化设 计方案 本文设计的环网型供 电方案由两个出口断路 器 D L 、D L ,6个 自动重合器 C H ,、C H 和一个 环网联络重合器 C H 组成,重合器上都配有综合 保护控制单元(P A R C)-6 ,其系统 图如 图 l所,I D L 、D L 分别为 l 、2 变电站的出口断路器,具有重合闸功能,重合间隔时间 1 S,重合 闸恢复 时间为 2 S。C H 、C H 为进线端带有电压互感 器的 自动 重合器,一端失压 0 5 S 分闸,来压延时 3 S 重合 闸,重合闸恢复时间设为 6 0 S。具有电流保护功 能,过流延 时时 间 2 0 0 ms。根据实际情 况,本文 又增加了合于故障加速跳的功能,加速跳延 时时 问为 1 0 0 m s,加速跳闸后闭锁合闸操作。C H 为环 网联络重合器,两侧有压闭锁合闸 C Hl C H 2、C H 3 变电站DL 监控中心 I P:22l 2 2 6 2 42 l 66 2 变电站D L!C段 L l 空 I 坠 ,、D 段 一、F 段 C H5 CH6 CH7 图 1 环网配电系统 图 操作,当有一侧 失压 1 0 S 后 进行合 闸操作时限。具有电流保护功能,过 流延时时 间 2 0 0 0 m s。同 时还增加了合于故障加速跳的功能,加速跳延 时 时间为 1 0 0 ms,加速跳闸后闭锁合闸操作。C H 、C H 、C H 、C H 为进线端和出线端配备 电压互感器 的自动重合器,两端均失压 0 5 S分 闸,来压延时 3 S 重合闸,重合闸恢复时间设为 6 0 S。具有电流保护功能,过流延时时间2 0 0 m s。同 时还增加了合于故障加速跳的功能,加速跳延时 时间为 1 0 0 ms,加速跳闸后闭锁合闸操作。CH。、C H 正 常工作 处于合 闸状态,C H 处于分闸状态。以上的设置是基于山东省黄城县 的环网型供电的特 点、不 同的重合器所在线路的 位置综合考虑而设计 的一套实际操作次序,设置 的参数也是根据实际情况设定 的。当某一段出现 故障时,按照以上的参数和动作次序进行操作,可 最大限度地保证供电的可靠性。举例如下:当 E 段发生故 障 时(见 图 1),若 为瞬 时性 故 障,则 D L 、C H。、C H 经 0 2 S 后过流保护跳 闸,C H 经 0 7 S 后失压分闸。此时,首先 D L 经 1 2 S 一次 一42 一 重合闸,其次 C H 经 4 2 S后来压重合闸,最后 C H 经 7 2 S 后来压重合闸,即故障发生 7 2 S 后 恢复正常供电。若为永久性故 障,D L 、C H 、C H 跳开后,P A R C将故 障检测结果通过 G P R S网络 无线送到控制主站,控制主站进行故障定位后,通 过 G P R S网络无线遥控跳开 C H ,合上 D L 、C H ,隔离故 障区段,合上 C H ,恢复无故障区段供电。由 1 变电站供 A、c段,2 变电站供 B、D、F、H、G段(见 图 2)。当然也存在不 同段线路的故 障情况,但是分析的原理 同上。B(D、F、H)段故 障的动作顺序与 A(c、E、G)段相 同,可按上述设 置参数进行操作,在最短的时间内消除故障,最大 限度地避免其他线路受到不必要的影响。因此,采用 G P R S无线通信技术与重合器相 结合的方式,重合器开关设备保证 了开关设备 的 智能化 操 作,采集 了 电参 数 和线 路 信息;利用 G P R S无线技术,并通过监控 中心实现 了远端 电 气设备实时监控 目的,确实实现了遥控、遥信、遥 测等 功 能,体 现 了 配 电 自动 化 的宗 旨。带 有 G P R S的通信 的配电 自动化最大特点是无线遥控 厂 帔 一 维普资讯 http:/ 配网 自动化 低压电器(2 0 0 8 I 7)通用低压电器篇 图 2 隔离故障 E段的系统图 冀 茔 信 通 2辐 射 型 配 电 自 动 化 设 计 方 案 道、对系统冲击小,适用于城区配电网 自动化。一 一 H 、。此外,来压合 闸操作需要一个前提条件,防止 本文辐射 型供 电方案 由一个总 的出 口断 手动送电时开关 自动重合。其逻辑如图3所示。路器 C B 和部分 自动重合器 F 组成(见图 4)。I1 摹 粪 器 J或 J 进 线 端 来 电l 图 3 满足来压合闸的逻辑 图 CB l F L 工 F F 5 _ 工 琏。意 一 一工 琏一 上 一 一 一 1l F 2 F 3 F 6 一 一 一上 一 上 一 一t 一 J 一 卜 一l 一 毛 一 l 一J L2 L Ld C B 整定 为“O-0 3 s-C O”,恢复时 间为 5 S。分支线路选用 6组重合器 F 将线路分成 L 段。重合器的动作电流与断路器相配合,记忆恢复时间 设为 5 S。F (干线)整定“O-Z -C O-闭锁”。F 2、F 、F (支线)整定“O-Z -C O 闭锁”,F 、F (用户端)整 定“O-闭锁”。Z j 5 s,Z 2 Z j+5 s。(1)若 短路故 障发生 在 k 段,出线 断路 器 C B 、重合器 F 、F 通过故障电流,C B 、F 、F:分闸“O”,0 3 S 后,C B 1 重合“C”成功,经 Z +0 3 S 后,F 重合“C”成 功。经 Z +0 3 S后,F 重合失 败“C O 闭锁”,隔离故障 I J 5 段。此时 Z 记忆恢 复 时间 5 s,出线断路器 C B 、F 完成单分“O”后,分 别重合,恢复其他线路正常供电(见图 5)。(2)若 短路故 障发生 在 k 段,出线 断路 器 C B 、重合器 F 通过故障 电流,C B 、F 分闸“O”,0 3 S 后,C B l 重合“C”成功,经 Z l+0 3 S 后,F 4重 合故障失败,C B 分 闸“O”,F “C O 一 闭锁”,隔离故 图 4 辐射型配电系统图 障 k 段。此时 Z 记忆恢复时间 5 s,出线断路器 C B 完成单分“O”后重合,恢复其他线路正常供 电(见 图 6)。(3)若短 路故 障发生 在 L 段,出线断 路器 C B 、重合器 F 、F 、F 通过故障 电流,C B 、F 、F 分闸“O”,F 分闸闭锁“O-闭锁”,隔离故障 L 6 段。0 3 S 后,C B j 重合“C”成功,经 Z j+0 3 S 后,重 合“C”成功。经 Z +0 3 S 后,重合“C”成功,恢 复其他线路正常供电(见图 7)。辐射型供 电的控制方式由重合器完成,不依赖 通信通道。对于用户端短路故障,一次重合闸即可 完成故障隔离及 自动恢复供电方式,即“O C”;对 于干线短路故障,两次重合闸即可完成故障隔离及 自动恢复供电方式,即“O C O C”。变电站 出线开 关重合闸额定操作顺序特性“O-0 3 s-C O”无需调 整可满足与线路重合器的保护特性配合。特点是 不需通信通道、易于实现、投资少;线路开关能够合 一4 维普资讯 http:/ 低压电器(2 0 0 8 7)通用低压 电器篇 配网 自动化 图5 L 出现故障 图6 L 出现故障 图7 L 出现故障 闸到故障电流上;多次重合对设备、系统及用户冲 击大;适用于农村线路 自动化。3 G P R S通信 的特点 P A R C通 过 标 准 的 R S-2 3 2 C 4 8 5接 口与 G P R S 模 块连 接,即可 形 成 配 电 网监控 终 端 G P R S无线通信,然后设置 G P R S模块 的相关参 数,在每个 G P R S模块 中装入一个 中国移动 的数 据消费者识别模块 S I M卡即可。开发的后台软件能很好地与 G P R S技术及终 端重合器开关设备有机结合起来,能显示线路 电 压、电流、有功功率、无功功率、功率 因数等 电参 数,以及开关设备的分合闸位置状态、保护投退情 况、保护定值 等工作状态,能实时显示故障定值、故障类型等故障信息,能把采集 到的电参数进行 分析管理,并形成相应报表。4 小电流接地 系统 的保护 所有重合器均可配备小 电流接地保护功能,适用于 1 0 k V中性点不接地系统中。当不采用消弧线圈时:(1)在发生单相接地时,全系统都将 出现零 序电压。(2)在非故 障的元件上有零序 电流,其数值 等于本身的对地 电容 电流,电容性无功功率的实 际方 向为 由母线流向线路。(3)在故障线路上,零序 电流为全系统非故 障元件对地 电容电流之总和,其数值一般较大,电 容性无功功率的实际方向为由线路流向母线。由于中性点非有效接地,当系统发生单相短 路接地时,故障点不会产生大的短路 电流,因此,允许短时间带故障运行,对于减少用户停电时间 提高供 电可靠性非常有意义。当系统带故障运行 时,非故障相对地电压将上升很高,易引发各种过 电压,危及系统绝缘严重时,导致单相瞬时性接地 故障发展成单相永久接地故障或两相故障。这些 特点和区别,是考虑保护方式 的依据。本文采用 的是零序电流和零序 电压幅值法和功率方向判别 法相结合的方法 J。辐射 型配网线路一次系统 图(单相接地)如图 8所示。毛 -暑 F F 5 -工 三。一 一出一 。一 工 n l F 2 F 3 F 6 一毒 毒 童 毒 毒 童 一 一l 艇 一 工 n 一 一工 童 一 J 一工 一 一 一工-i 一毒 一J L2 L 3 k 图 8 辐射型配网线路一次系统图(单相接地)F 、F 和 F 接地保护延 时时 间为 3 m i n;F 和 F 接地保护延时时间为 2 m i n;F 和 F 接地保 护延时时间为 1 m i n。以 L 段故障为例,F 接地保护延 时时间小 于 F 和 F 。经 1 m i n后,F 检测接地故障仍然存 在进行分 闸操作,闭锁重合闸,隔离了故障 k 段,4 4 L 段及后面的线路停电,其他线路正常供电。同 理,其他线路出现故障,该系统仍然能够准确判断 出故障,进行 自动动作,切断故障段。若该系统配 有 G P R S无线通信及监控后台,则接地故障信息 就可直接发送到远程监控后台,由远程监控后 台 来判断并分析故障,并由后台无线遥控开关设备,维普资讯 http:/ 配网自动化 低压电器(2 0 0 8 N o 7)通用低压 电器篇 切除故 障点。5 两种供 电方式下的分析 环 网型供电配网 自动化方案能有效地减少事 故造成 的停电次数,缩小停 电范围,减小开关重合 闸后对其他线路的冲击,大 幅度提 高供 电的可靠 性,并能对永久性故 障点进行准确隔离。缺点是 需要环 网供电,增加 了线路 的投资。辐射型配网自动化方案具有施工 简单、投资 省、建设周期短、实现功能容易等特点,能有效地 减少事故造成的停电次数,缩小停 电范围,减小开 关重合 闸后对其他线路 的冲击,并能对永久性故 障点之后的线路进行准确的隔离。缺点是出现故 障后,故障线路及其负载侧 的线路全部停电。以上两种方案所使用到的设备采用 Z W3 2 A 一 1 2 T 6 3 0 2 0户外交流高压真空断路和 C H Z 1 0 1 2 6 3 0-2 0交流高压 自动重合器,设计 了微机综合保 护测 控 装 置,该 装 置 的 综 合 保 护 控 制 单 元(P A R C)增加 了合于故 障加速跳的功能,并且带 有小电流接地保护功能。在环网供电配网自动化 方案下 ,最大限度地减小开关重合闸后对其他 线路 的冲击,而且性价 比较高,减少 了线路 的投 资。在辐射型配 网自动化方案下,可在最短的时 问内切除故障,恢复其他线路供 电。该微机综合 保护测控装置既可分散安装也可组屏 安装,且带 有通信功能,可为以后 的 G P R S扩展奠定基础。另外,小电流接地系统 的特点是考虑保护方 式的依据。本文采用的是零序电流和零序电压幅 值法和功率方 向判别法相结合的方法,即零序 电 流互感器的极性是以变电所母线流向线路为正方 向,那 么非 故 障线 路的零序 电流超前零 序 电压 9 O。,故障线路的零序 电流滞后零 序电压 9 O。,故 障线路 的零序电流与非故障线路 的零序电流在相 位上相差 1 8 O。L。当发生单相接地故障、综合保 护单元检测到线路零序 电流超过 门限值时,主动 将线路零序电流及零序 电压信息进行 处理,判断 出故障区段,判据更科学,动作更可靠。6 结 语 本文所设计用到的重合器配有综合保护控制 单元,带有小电流接地保护功能,配置了 G P R S通 信模块,使故障诊断更为准确、可靠。该方案即将 应用在山东省黄城县 的配 网自动化的规划 中,是 一套实用性很强的配 网馈线 自动化方案,具有广 泛的应用前景。【参 考 文 献】1 D U H o n g,B A N J i n T h e C o m m u n i c a t i o n S c h e m e o f D i s t ri b u t i o n A u t o m a t i o n C T h e T h i r d B e ij i n g I n t e r n a t i o n a l Co n f e r e n c e o n P o we r T r an s mi s s i o n&Di s t r i b u t i o n T e c h n o l o g y 2 0 0 1,2 0 0 1(2):9 7 1 0 0 2 孙寄生 1 0 k V环网供电技术研究与应用 J 中国 电力,1 9 9 9,3 2(2):4 1-4 3 3 王丌昌 小电流接地系统单相接地故障检测探讨 J 中国电力,2 0 0 1,3 4(7):6 3-6 5 4 林莘 永磁机构与真空断路 器 J 北京:机械工业 出版社,2 0 0 5 5 林功平 配电网馈线 自动化技术及其应用 J 电 力系统 自动化,1 9 9 8,2 1(4):6 4 6 8 6 南京 因泰莱 电器 股份有 限公 司 P Al 5 0系列 微机 综合保护测控装置技术说 明书 Z 2 0 0 6 7 诸骏伟 电力 系统分析 M 北京:水 利 电力 出版 社,1 9 9 5 8 R J(B u d)B a t e s 通用 分组 无线业 务(G P R S)技术 与应用 M 朱洪波译 北京:人 民邮电出版社,2 0 0 4 9 焦旭升 小电流接地选线原理分析 J 发电设备,2 0 0 2(2):4 4 _ 4 7 1 0 程红丽 馈线 自动 化的模式 探讨 J 西安科 技学 院学报,2 0 0 1(3):2 4 6 2 4 9 1 1 李煜,李岩,汤怀收基 于小 电流接地故 障查 巡的 配网 自动化 系统 J 农村 电气 化,2 0 0 6(1 1):2 9 3 1 收 稿 日期:2 0 0 7 1 2-05 低压 电器 编辑部根据业务发展需要,在全 国范 围公开公开招聘 以下人员:技术编辑 1名(专 职)岗位要求:(1)电气 自动 化或电力系统 自动化或 电子技术专业,大专 以上,有开 拓进取 精神,爱 岗敬 业,务 实、钻研、敏锐之 专业 素养和工作 态度,责任心 强;(2 )在 电工技术行业或 电子技术行业有 1年 以上 工作 经验,技术工作者优先;(3)性别不限,3 5周岁以下。联系人:过 佳 单位:上海 电器科学研究所(集 团)有 限公 司信息传媒事业部 地址:上海市曹杨路 8 0 0号(2 0 0 0 6 3)电话:0 2 1 6 2 5 7 4 9 9 04 2 1 Em a i l:x u e y u e y u j i h o t m a i l C O I I -4 5-招 聘 维普资讯 http:/
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自动化
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实现
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两种供电方式下10kV馈线自动化系统的设计与实现,供电,方式,10,kV,馈线,自动化,系统,设计,实现
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