環網供電技術研究探討論文
摘要：在分析了當前配電網饋線自動化的幾種發展模式的基礎上，提出了一種新的實用的配合方式。該模式由改進后的重合器和分段器構成，具有無需通信設備支持、易于配合、投資較少、可靠性高，故障停電時間短等優點，避免了同類配合方式的不足。該配合模式已經投入試運行，效果良好。
關鍵詞：配電網饋線自動化重合器分段器
我國原來的配電網大多采用放射型供電。這種供電方式已不能適應社會經濟發展和滿足用戶供電質量要求，因為一旦在某一點出現線路故障，便會導致整條線路停電，并且由于無法迅速確定故障點而使停電檢修時間過長，大大降低了供電的可靠性［1］。為此，現在供電網廣泛采用環網接線，即兩條線路通過中間的聯絡開關連接，正常運行時聯絡開關為斷開狀態，系統開環運行；當某一段出現故障時，可以通過網絡重構，使負荷轉移，保證非故障區段的正常
供電，從而可大大提高配網供電的可靠性。
目前，我國投入巨額資金來改造城鄉電網，以提高整個電力系統的可靠性。在這種形勢下，選擇一種符合我國電力行業的實際情況，既有較高可靠性又有較好經濟性的配電方式是擺在我們面前的一項迫切任務。
1饋線故障的定位、隔離及恢復供電模式
配電網自動化主要包括變電站自動化和饋線自動化。在配電網中由饋線引起的停電時有發生，故障發生后，如何盡快恢復供電是饋線自動化的一項重要內容。實際上，配電自動化最根本的任務也就是在最短的時間內完成對故障的定位、隔離和恢復供電。它們的發展可分為3個階段［2］：
（1）利用裝設在配電線路上的故障指示器，由電力檢修人員查找故障區段，并利用柱上開關設備人工隔離故障區段，恢復正常區段的供電。該方式的停電時間長，恢復供電慢。
（2）利用智能化開關設備（如重合器、分段器等），通過它們之間的相互配合，實現故障的就地自動隔離和恢復供電。該方式的自動化水平較高，無需通信就可實現控制功能，成本較低。缺點是開關設備需要增加合、分動作的次數才能完成故障的隔離和恢復供電。
（3）將開關設備和饋線終端單元（FTU）集成為具有數據采集、傳輸、控制功能的智能型裝置，并與計算機控制中心進行實時通信，由控制中心以遙控方式集中控制。該方式采用先進的計算機技術和通信技術，可一次性完成故障的定位、隔離和恢復供電，避免短路電流對線路和設備的多次沖擊。存在的主要缺點是：要依賴于通信，結構復雜，影響配電系統可靠性的因素較多。
配電網饋線自動化的目的是提高供電的可靠性，所以系統的功能固然重要，但其自身的運行可靠性和經濟性則是電力部門最關心的問題［2］。因此，相對而言，以上3種模式中的第二種模式最為符合我國電力行業的實際情況。其主要特點是：
（1）可利用重合器本身切斷故障電流，實現故障就地隔離，縮小停電范圍；
（2）無需通信手段，可利用重合器多次重合以及保護動作時間的相互配合，實現故障的自動定位、隔離和恢復供電；
（3）可直接從電網上獲取電源，不需要外加不間斷電源；
（4）對過電壓、雷電、高頻信號及強磁場的抗干擾能力強，可靠性高；
（5）增加通信設備可很容易升級到上述第3種模式，使配電網自動化分步進行。
2幾種以重合器和分段器為主構成的饋線自動化方式的比較
以重合器和分段器為主構成的環網配電模式中，又可以分成3種方式：斷路器＋電壓型分段器、重合器＋分段器（以分段器作為聯絡）、完全采用重合器。這幾種方式各有優缺點，具體分析如下［3］。
（1）“斷路器＋分段器”和“重合器＋分段器（以分段器作為聯絡）”的配電模式。
特點：無需通信設備，由分段器對線路進行分段，通過分段器檢測電壓信號，根據加壓時限，經斷路器或重合器的多次重合，實現故障自動隔離，投資少，易于配合。
缺點：隔離故障需要多次重合，增加了對系統的沖擊次數；隔離故障時會波及非故障區段，造成非故障區段的停電；饋線越長，分段越多，逐級延時時間越長，從而使恢復供電所需時間也越長。
（2）“完全采用重合器”的配電模式。
特點：無需通信設備，利用重合器本身切斷故障電流，通過多次重合以及保護動作時限的相互配合，實現饋線故障就地自動隔離，避免了因某段故障導致全線路停電的情況，同時減少了出線開關的動作次數。
缺點：投資大，分段越多，保護配合越困難，變電站出線開關的速斷保護延時就越長，當出線端發生故障時，對系統的影響較大。
針對以上3種配電方式的優缺點，我們設計了一種新型的較為實用的配電模式：環網供電的兩個變電站出線端為改進后的普通型重合器，中間聯絡開關為聯絡型分段重合器（兼具聯絡開關、分段器和重合器的功能），線路以改進后的分段器分段。這種方式雖然仍由重合器和分段器構成，但是通過對這些重合器和分段器進行改進，將聯絡型分段重合器作為聯絡開關，則可以使該配合方式具有以上3種模式的優點，避免了大多數的不足。系統接線如圖1所示。
下面分別以線路中區段b發生瞬時性故障和永久性故障來說明該模式的工作過程。
假設在區段b發生瞬時性故障。VW1分閘后延時T1重合，QO1～QO3失壓后延時T2再分閘，設定T1＜T2，因此當VW1重合閘后，QO1～QO3仍未完成分閘動作，處于合閘狀態。這樣，VW1就可以在T1（0．5s）內切除瞬時性故障，避免了分段器的逐級延時，大大減少了發生瞬時性故障時的停電時間。
假設在區段b發生永久性故障。VW1經一次重合，使QO1合閘閉鎖，VW1再次重合，由變電站1供電到a段。在這個過程中QO2檢測到一個持續時間很短的小電壓，QO2在QO1合閘閉鎖的同時也執行合閘閉鎖，這樣就將故障段b的兩端同時閉鎖住，實現了對故障的隔離。故障發生后，VW3在檢測到單側失壓后延時XL合閘，QO3在VW3合閘后延時X后也合閘，由變電站2供電到c、d段。如果在這個過程中，c或d段又發生故障或者QO2未完成合閘閉鎖（這種情況出現的概率極小），則VW3合閘后檢測到故障又跳閘，在第一次重合閘后實現故障的隔離和供電恢復。所以，無論在哪種情況下，這種配電模式都可以避免VW3至變電站2線路段的停電。也就是說，在隔離故障區段時不會波及非故障線路，不會造成非故障線路段的無謂停電。發生故障后，在線路上重合器和分段器動作的同時，裝設在變電站內部的.故障定位器根據各開關設備的動作時間配合，可迅速地確定出故障區段的準確位置，以便進行檢修。
從上面的分析可以看出，這種配電方式雖然無法一次性完成對故障的定位、隔離和恢復供電，但是它可以快速切除瞬時性故障；在發生永久性故障時，可以同時完成對故障區段兩端的閉鎖。這種方式與傳統的“重合器＋分段器”配電方式相比，縮短了停電時間，減少了短路電流對線路的沖擊次數。因為整條線路中只在變電站出線端和線路中間裝設有重合器，所以保護配合易于實現；雖然線路分段較多，但變電站出線斷路器的速斷保護延時無需太長，所以當變電站出線端發生短路時，對配電系統的影響也就較小。同時，由于采用分段重合器作為聯絡開關，在隔離故障時就避免了非故障區段的停電。另外，這種配電方式雖然沒有象第3種配電模式那樣切除故障快和功能強大，但它也有自己的優勢，即無需通信設備，完全依賴于線路中的智能化開關設備就地完成對故障的定位、隔離和恢復供電，簡化了配電系統的結構，也使影響可靠性的因素大大減少；并且這些智能化開關設備都留有通信接口，如有必要，可以方便地加上通信功能，使該配電網饋線自動化達到更高的水平。
3提高可靠性和減少線路停電時間的措施
對于配電自動化來說，自動化程度的高低和功能的強弱固然重要，但整個系統的可靠性應該放在第1位。此外還要考慮到經濟性［2］。為了保證上面介紹的以分段重合器為聯絡開關的“重合器＋分段器”模式的可靠性，采取了以下措施：
（1）重合器的開關本體為真空斷路器，采用真空滅弧室外裝復合絕緣的專利技術。它具有無油、無氣、免維護、壽命長、無火災、無爆炸危險的優點，機構采用電機快速儲能的彈簧操作機構，無需高壓合閘線圈。
（2）選用高性能PLC（可編程邏輯控制器）作為重合器和分段器的控制中心。簡化了外圍線路，大大提高了整機可靠性和抗干擾能力。
（3）直接從線路上獲取電源，無需任何外加電源。選用美國的開關電源模塊，抗干擾能力強，工作范圍廣，可在30％～120％輸入范圍內輸出穩定的額定電壓。
此外還有冗余設計和降額使用等措施，也可以提高整機的可靠性。
為了減少這種配電模式中的停電時間，采取了以下措施：
（1）快速切除瞬時故障，減少停電時間在電力系統中，線路故障的62％～85％為瞬時性故障，如果把瞬時性故障按永久性故障等同處理，則會造成較長時間（數十秒以上）的停電。為此，在重合器中增加了首次快速重合功能（可選），在分段器中增加了完全失壓后延時分閘功能。這兩者互相配合，可以在0．5～1s內切除瞬時性故障，大大降低了瞬時故障時的停電時間。
（2）故障區段的兩端同時完成閉鎖
傳統的分段器當線路發生故障時，只能一次閉鎖故障線路的一端，改進后的分段器可以在線路發生永久性故障時使故障區段的兩端同時實現隔離，避免了非故障區段的停電，使恢復正常供電的時間縮短，同時減少了重合器或斷路器的重合次數，對系統的沖擊也就相應地減少了。
（3）躲涌流功能
配電系統最主要的負荷是變壓器和高壓電機，所以在重合器首次合閘或重合時，會出現比額定電流高得多的啟動電流，有可能導致重合器的誤動。改進后的重合器在軟件和硬件兩個方面增加了躲涌流措施，可以自動地區別合閘產生的涌流和故障電流，很好地解決了涌流問題。
4結束語
本文介紹了配電網饋線自動化的3個發展階段，經過比較認為，采用以“重合器＋分段器”為主構成的配電系統較為符合我國目前電力行業的具體情況。分析了以“重合器＋分段器”為主構成的配電網饋線自動化的幾種方式，提出了一種新的實用的配電方式，既可以減少故障時的停電時間和短路電流對線路的沖擊次數，又易于實現保護時間的配合。該配電模式已經在浙江黃巖供電局試運行，到目前為止，運行效果是令人滿意的，達到了設計要求。
參考文獻：
［1］孫寄生．10kV環網供電技術研究與應用［J］．中國電力，1999，32（2）．
［2］中國電機工程學會自動化專委會配電自動化分專委會秘書組．配電自動化分專委會學術討論會討論中關注的問題［J］．電網技術，1999，23（1）．
［3］林功平．配電網饋線自動化技術及其應用［J］．電力系統自動化，1998，21（4）．
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