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        配電網(wǎng)閉環(huán)運(yùn)行模式分析

        2016-04-18 02:42:17姚德泉國電南瑞科技股份有限公司江蘇南京211106
        電力工程技術(shù) 2016年2期
        關(guān)鍵詞:供電可靠性配電網(wǎng)

        姚德泉(國電南瑞科技股份有限公司,江蘇南京211106)

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        配電網(wǎng)閉環(huán)運(yùn)行模式分析

        姚德泉
        (國電南瑞科技股份有限公司,江蘇南京211106)

        摘要:國內(nèi)配電網(wǎng)一般采用閉環(huán)設(shè)計(jì),開環(huán)運(yùn)行的供電方式,城市10 kV配電網(wǎng)絡(luò)已形成了"手拉手"的環(huán)行供電網(wǎng)絡(luò),通過解合環(huán)操作可減少停電時(shí)間,供電可靠性也得到一定的提高,但依然存在短時(shí)停電問題,隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,負(fù)荷需求增長迅速,尤其是重要敏感用戶對供電可靠性的要求越來越高,迫切需要進(jìn)一步提供配網(wǎng)供電可靠性。文中對10 kV配電網(wǎng)閉環(huán)運(yùn)行模式進(jìn)行研究分析,并提出一種可行的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案。

        關(guān)鍵詞:配電網(wǎng);供電可靠性;閉環(huán)設(shè)計(jì);開環(huán)運(yùn)行;網(wǎng)架優(yōu)化

        供電可靠性是指供電系統(tǒng)對用戶持續(xù)供電的能力,配電網(wǎng)可靠性則是配電網(wǎng)絡(luò)對配電對象持續(xù)供電的能力。供電可靠性直接反映了供電系統(tǒng)對用戶的供電能力和服務(wù)質(zhì)量,而配電網(wǎng)絡(luò)作為供電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對用戶供電中極其重要和復(fù)雜的一環(huán),是目前提高供電系統(tǒng)可靠性最關(guān)鍵的環(huán)節(jié),正受到更多的重視。隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,對電網(wǎng)高可靠性的要求越來越高,而配電網(wǎng)一次網(wǎng)架對可靠性影響占到很大的比重,本文通過對國內(nèi)和新加坡的配電網(wǎng)進(jìn)行分析比較,提出改進(jìn)配網(wǎng)一次網(wǎng)架的方案,并對其影響進(jìn)行研究分析。

        1 國內(nèi)外現(xiàn)狀分析

        1.1新加坡配電網(wǎng)現(xiàn)狀

        1.1.1網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

        新加坡的配網(wǎng)以22 kV網(wǎng)架為主,分布在城市各分區(qū),以閉環(huán)“N-2”規(guī)則運(yùn)行。變電站每兩回22 kV饋線構(gòu)成環(huán)網(wǎng)形成花瓣結(jié)構(gòu)稱之為梅花狀供電模型[1]。新加坡的“梅花”接線如圖1所示。不同電源變電站的每2個(gè)環(huán)網(wǎng)中間又相互連接,組成花瓣式相切的形狀,其網(wǎng)絡(luò)接線實(shí)際上是由變電站間單聯(lián)絡(luò)和變電站內(nèi)單聯(lián)絡(luò)組合而成,2個(gè)環(huán)網(wǎng)之間的聯(lián)絡(luò)處為最重要的負(fù)荷所在。由一個(gè)變電站的一段母線引出的一條出線環(huán)接多個(gè)配電站后,再回到本站的另一條母線,由此構(gòu)成一個(gè)花瓣,多條出線便構(gòu)成多個(gè)花瓣,多個(gè)花瓣構(gòu)成以變電站為中心的一朵花,每個(gè)變電站就是一朵梅花。原則上不跨區(qū)供電,通過花瓣相切的方式滿足故障時(shí)的負(fù)荷轉(zhuǎn)供,構(gòu)成多朵梅花供電的城市整體網(wǎng)架,顯示了良好的可擴(kuò)展性。

        1.1.2運(yùn)行方式

        正常運(yùn)行時(shí),環(huán)網(wǎng)線路中站間聯(lián)絡(luò)線路以開環(huán)運(yùn)行為主,站內(nèi)聯(lián)絡(luò)部分采用閉環(huán)運(yùn)行方式。故障情況時(shí),對于主干線路采用縱差保護(hù)實(shí)現(xiàn)故障快速隔離,可靠性高,能夠?qū)崿F(xiàn)單一線路故障時(shí)不停電。

        圖1 新加坡的“梅花”接線

        饋線自動(dòng)化方面采用縱差保護(hù)的FA與主站集中的FA相結(jié)合,基于建模式和規(guī)則式2種混合型的診斷原理對電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和故障警告信息進(jìn)行分析,獲得故障原因,事故定位以及恢復(fù)供電的一系列開關(guān)倒閘操作報(bào)告。

        1.1.3監(jiān)控系統(tǒng)

        為達(dá)到高可靠性高質(zhì)量供電的配網(wǎng)建設(shè)目標(biāo),新加坡能源公司現(xiàn)以大規(guī)模建設(shè)使用的有2套自動(dòng)化系統(tǒng),分別是配網(wǎng)SCADA和電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)(PQMS)。

        新加坡從1987年到1989年建設(shè)并投運(yùn)22 kV配網(wǎng)SCADA系統(tǒng),同時(shí)從2007年開始拓廣到6.6 kV共建設(shè)有主控中心和副控中心2套主站系統(tǒng)。3個(gè)區(qū)域中心(中部區(qū)域中心,北部區(qū)域中心,東部區(qū)域中心,南部區(qū)域中心以及西部區(qū)域中心)和1個(gè)應(yīng)急指揮中心。主副控制中心以及區(qū)域中心之間的數(shù)據(jù)交換全部采用廣域網(wǎng)(WAN)來進(jìn)行。

        1.2國內(nèi)配電網(wǎng)現(xiàn)狀

        1.2.1網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

        國內(nèi)配網(wǎng)以10 kV網(wǎng)架為主,采用閉環(huán)設(shè)計(jì)、開環(huán)運(yùn)行方式。環(huán)網(wǎng)接線大多是由不同變電站或同一變電站不同母線出線組成。國內(nèi)大部分城市配網(wǎng)電纜線路接線方式以單環(huán)網(wǎng)、雙環(huán)網(wǎng)為主,如圖2所示。

        1.2.2運(yùn)行方式

        正常運(yùn)行時(shí),聯(lián)絡(luò)線路以閉環(huán)設(shè)計(jì)、開環(huán)運(yùn)行為主。線路故障情況時(shí),由變電站出線開關(guān)保護(hù)動(dòng)作,實(shí)現(xiàn)故障的隔離,但停電范圍較大,無法精確隔離故障點(diǎn),造成非故障區(qū)域設(shè)備停電。

        圖2 電纜雙環(huán)網(wǎng)接線示意圖

        在配電自動(dòng)化已實(shí)施的地區(qū),饋線自動(dòng)化方面采用主要采用主站集中式FA,基于建模式的診斷原理對電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和故障警告信息進(jìn)行分析,獲得故障原因,事故定位以及恢復(fù)供電的一系列開關(guān)刀倒閘操作報(bào)告。

        1.2.3監(jiān)控系統(tǒng)

        為了提高配電網(wǎng)供電可靠性,國內(nèi)從2009年開始實(shí)施配電自動(dòng)化建設(shè)。目前針對配電網(wǎng)的自動(dòng)化系統(tǒng),分別有EMS,DMS和用電信息采集系統(tǒng)(含配變監(jiān)測)。EMS系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)35 kV及以上變電站設(shè)備的信息采集和監(jiān)視。DMS具備了配網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控、饋線自動(dòng)化(FA)、高級應(yīng)用等功能,能夠?qū)嵤┍O(jiān)控配電設(shè)備運(yùn)行情況,實(shí)現(xiàn)故障隔離和非故障區(qū)恢復(fù)供電,從而提高故障預(yù)防和快速恢復(fù)能力。

        1.3分析與結(jié)論

        經(jīng)對比分析新加坡和國內(nèi)配電網(wǎng),可以得出以下結(jié)論:

        (1)電氣一次網(wǎng)架的接線方式不同,配網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)可靠性與新加坡存在差距。

        (2)監(jiān)控系統(tǒng)。目前國內(nèi)配電自動(dòng)化系統(tǒng)投入運(yùn)行時(shí)間較短,且終端的覆蓋范圍較小[2],還無法像新加坡那樣實(shí)時(shí)全面掌握配網(wǎng)的運(yùn)行情況。

        (3)運(yùn)行方式不同。國內(nèi)配電網(wǎng)采用閉環(huán)設(shè)計(jì)、開環(huán)運(yùn)行方式;在保護(hù)配置方面,只能依靠變電站10 kV出線保護(hù)切除線路故障,停電范圍大,造成非故障區(qū)域短時(shí)停電。

        因此,為提升整個(gè)配電網(wǎng)的供電可靠性,需從以上3個(gè)方面進(jìn)行改善。目前國內(nèi)城市配電網(wǎng)一次網(wǎng)架結(jié)構(gòu)合理,自動(dòng)化系統(tǒng)已投入使用,只需做少量的改造就可以接近新加坡電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)。所以改造配電網(wǎng)網(wǎng)架,調(diào)整運(yùn)行方式,由開環(huán)運(yùn)行轉(zhuǎn)變?yōu)殚]環(huán)運(yùn)行方式是提高城市配網(wǎng)供電可靠性的主要途徑。

        2 閉環(huán)運(yùn)行模式的研究

        結(jié)合國內(nèi)城市配電網(wǎng)現(xiàn)狀,本文選取由雙側(cè)220 kV變電站單鏈供電、站內(nèi)使用內(nèi)橋接線方式的雙主變110 kV變電站為研究分析對象。合環(huán)運(yùn)行的兩回配網(wǎng)線路可以選擇不同變電站、同一變電站2臺變壓器及同一變壓器供電的線路。下面將結(jié)合2種不同電網(wǎng)結(jié)構(gòu)情況分別研究2種合環(huán)運(yùn)行方式下的優(yōu)缺點(diǎn)。

        課程教學(xué)的“整體設(shè)計(jì)”是我們按照先進(jìn)職教觀念提出的一個(gè)教學(xué)改革新概念。[1]本文立足于職業(yè)院校室內(nèi)設(shè)計(jì)技術(shù)專業(yè)教學(xué),結(jié)合《室內(nèi)效果圖設(shè)計(jì)表現(xiàn)》課程對其進(jìn)行教學(xué)整體設(shè)計(jì)。新的課程教學(xué)設(shè)計(jì)體現(xiàn)了現(xiàn)代職業(yè)教育的先進(jìn)教學(xué)理念,突出能力目標(biāo),以實(shí)際崗位中的項(xiàng)目及具體工作任務(wù)為導(dǎo)向,以能力為本位,學(xué)生為主體,對知識理論實(shí)踐一體化,教學(xué)做一體化進(jìn)行精心設(shè)計(jì),將“工學(xué)結(jié)合”、“校企合作”等職業(yè)教育原則融合在課程教學(xué)中,充分體現(xiàn)職業(yè)院校教學(xué)特點(diǎn),符合國家對職業(yè)院校人才培養(yǎng)模式的要求。

        2.1同一變電站不同母線的10 kV線路

        同一變電站不同母線運(yùn)行方式接線如圖3所示。

        圖3 同一變電站不同母線運(yùn)行方式接線圖

        此種方式下,為避免出現(xiàn)220 kV-110 kV-10 kV的“電磁環(huán)網(wǎng)”,需將運(yùn)行方式作如下調(diào)整:

        (1)合上110 kV母聯(lián)開關(guān),斷開一回110 kV線路,用另一回110 kV電源線路對整個(gè)變電站供電,變電站需改為進(jìn)線備投方式;

        (2)變電站內(nèi)的110 kV,10 kV母聯(lián)開關(guān)均合上,2臺變壓器并列運(yùn)行,出現(xiàn)110 kV-10 kV電磁環(huán)網(wǎng);

        (3)變壓器并列運(yùn)行應(yīng)考慮各類參數(shù)配合。

        2.2運(yùn)行方式調(diào)整帶來的影響

        (2)主變故障分析。內(nèi)橋接線方式的變電站,供電線路側(cè)的變壓器故障會導(dǎo)致全站停電,單母線分段接線方式不存在此問題。新加坡66 kV側(cè)電網(wǎng)采用環(huán)網(wǎng)運(yùn)行方式,不存在此類問題。主變N-1時(shí),合環(huán)線路不失電,供電可靠性有所提高。

        (3)10 kV母線故障分析。10 kV母線故障時(shí),2臺主變低后備Ⅰ時(shí)段同時(shí)動(dòng)作跳10 kV母聯(lián)開關(guān),合環(huán)線路需加裝方向過流保護(hù)來隔離故障點(diǎn),增加了故障存在的時(shí)間,存在設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)。

        (4)10 kV備自投調(diào)整。當(dāng)1臺變壓器失電時(shí),10 kV母線不停電,合環(huán)線路不失電,10 kV備自投且無需調(diào)整。

        (5)合環(huán)線路保護(hù)方式。主干線需按分段裝設(shè)光纖差動(dòng)及后備保護(hù),實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)的精確隔離。饋線裝設(shè)過流保護(hù)。

        2.3同一變電站同主變雙分支不同10 kV線路

        同一變電站同主變雙分支運(yùn)行方式接線圖如圖4所示。

        圖4 同一變電站同主變雙分支運(yùn)行方式接線圖

        (1)對110 kV電網(wǎng)的影響。選擇1臺變壓器所帶兩段分支母線上的兩回線路進(jìn)行合環(huán),無需進(jìn)行高壓側(cè)運(yùn)方調(diào)整,不會出現(xiàn)電磁環(huán)網(wǎng),不需要考慮變壓器之間的參數(shù)配合。110 kV進(jìn)線負(fù)荷較均衡。

        (2)主變故障分析。供電變壓器故障情況下,需依靠10 kV備自投動(dòng)作實(shí)現(xiàn)繼續(xù)供電,如變電站存在3臺變壓器情況下可能將兩段由同一臺變壓器供電10 kV母線改為不同電源,因此備自投動(dòng)作時(shí)需跳開相應(yīng)母線上合環(huán)線路開關(guān),同時(shí)兩側(cè)備自投需進(jìn)行配合。

        (3)10 kV母線故障分析。10 kV母線故障時(shí),相應(yīng)主變低后備跳開主變低壓側(cè)開關(guān)時(shí)應(yīng)聯(lián)跳合環(huán)線路開關(guān),保證合環(huán)線路解環(huán)仍可繼續(xù)運(yùn)行。

        (4)10 kV備自投調(diào)整。雙主變變電站無需調(diào)整10 kV備自投。

        (5)合環(huán)線路保護(hù)方式。主干線需按分段裝設(shè)光纖差動(dòng)及后備保護(hù),實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)的精確隔離。饋線裝設(shè)過流保護(hù)。

        2.4分析比較

        對2種閉環(huán)運(yùn)行供電模式,具體比較情況如表1所示。

        經(jīng)過以上分析比較,同主變雙分支閉環(huán)模式對現(xiàn)有運(yùn)行方式及保護(hù)配置等改造量較小,安全風(fēng)險(xiǎn)低,可靠性高,具備較強(qiáng)的可復(fù)制推廣性。

        表1 2種閉環(huán)運(yùn)行模式對比

        3 結(jié)束語

        通過分析可知,除了加大配電自動(dòng)化的覆蓋范圍外,對于對供電可靠性要求很高的區(qū)域(城市核心區(qū)、高新技術(shù)開發(fā)區(qū)等),建議變電站建設(shè)時(shí)可考慮采用雙主變、雙分支及10 kV母線環(huán)式結(jié)構(gòu),從同一主變雙分支10 kV配對出線,合環(huán)運(yùn)行,并與相鄰變電站合環(huán)線路形成梅花相切供電模式。目前此種模式已在江蘇蘇州配網(wǎng)得到試點(diǎn)應(yīng)用,據(jù)測算其供電可靠率可達(dá)99.999 5%以上,真正實(shí)現(xiàn)不間斷供電。

        參考文獻(xiàn):

        [1]吳涵,林韓,溫步瀛,等.巴黎、新加坡中亞配電網(wǎng)供電模型啟示[J].電力與電工,2010,30(2):4-7.

        [2]閆安心,裴昌盛,查申森,等.江蘇配電自動(dòng)化規(guī)劃分析[J].江蘇電機(jī)工程,2015,34(3):1-4.

        [3]戴暉,孫波.新型實(shí)用合環(huán)潮流算法在配電網(wǎng)中的應(yīng)用[J].江蘇電機(jī)工程,2015,34(1):47-49.

        [4]林裕新.配電網(wǎng)合環(huán)操作中電壓差問題探討[J].農(nóng)村電氣化,2009(11):44-45.

        姚德泉(1982),男,江蘇連云港人,工程師,從事國內(nèi)外配電自動(dòng)化技術(shù)支持工作。

        變電運(yùn)維技術(shù)

        Analysis on Closed Loop Operation Mode of Distribution Network

        YAO Dequan
        (NARI Technology Development Co. Ltd., Nanjing 211106, China)

        Abstract:The distribution grids in China are commonly in the way of closed-loop design and opened-loop operation. The distribution grids in cities has formed a "hand-in-hand" structure. Through opened/closed loop operation, power supply reliability has been improved. However, customers are still likely to suffer short-time outages. Currently, improving power supply reliability becomes an urgent demand. This paper proposes a solution for grid structure optimization based on the analysis of closed-loop operation mood of 10 kV feeder.

        Key words:distribution; power supply reliability; closed-loop design; opened loop-operation; network optimization

        作者簡介:

        收稿日期:2015-11-10;修回日期:2015-12-25

        中圖分類號:TM711

        文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

        文章編號:1009-0665(2016)02-0016-03

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