劉鄭良(長沙市軌道交通集團有限公司,湖南長沙410000)
電力系統(tǒng)配電自動化及其對故障的處理分析
劉鄭良(長沙市軌道交通集團有限公司,湖南長沙410000)
近幾年,電力系統(tǒng)的配電自動化應(yīng)用變得越來越廣泛,配電自動化出現(xiàn)的故障也越來越多,基于此,本文主要對地鐵電力系統(tǒng)配電自動化系統(tǒng)常見故障、地鐵電力系統(tǒng)配電自動化的基本構(gòu)成進行了分析,并提出了應(yīng)對電力系統(tǒng)配電自動化的基本的措施。
電力系統(tǒng);配電網(wǎng);自動化;故障處理
城市配電系統(tǒng)發(fā)展的步伐也不斷加快,配電技術(shù)的提高以及發(fā)展規(guī)模的擴增,傳統(tǒng)供電技術(shù)穩(wěn)定不變的發(fā)展已經(jīng)無法正常滿足人們的需求,只有不斷引進發(fā)達國家的先進技術(shù)以及發(fā)達地區(qū)的先進配電系統(tǒng),相應(yīng)地根據(jù)我國實際情況進行技術(shù)的結(jié)合和改善,以及制定一些比較合理的管理方案和實施,可以有效地促進傳統(tǒng)配電系統(tǒng)的升級和順應(yīng)時代變化發(fā)展。
地鐵供電系統(tǒng)中,凡是由于工作失誤、設(shè)備狀態(tài)不良或自然災(zāi)害引起的供電設(shè)備損壞、中斷供電以及嚴重影響運營服務(wù)的故障有如下幾種:
2.1 主所退出運行
故障現(xiàn)象:主所的110kV兩路進線電壓顯示為0,主所35kVⅠ、Ⅱ段母排電壓顯示為零;主變低壓側(cè)開關(guān)跳閘,地鐵全線一半車站停電。
2.2 一臺主變壓器故障或一路110kV進線失壓故障現(xiàn)象
一臺主變差動、瓦斯保護動作跳閘,一路110kV進線失壓保護動作,主所35kV母聯(lián)310開關(guān)自投。
2.3 環(huán)網(wǎng)電纜故障
故障現(xiàn)象:線路差動保護動作跳閘,故障電纜進線變電所35kV母聯(lián)100開關(guān)自投。
2.4 框架保護動作
故障現(xiàn)象:①電壓型框架保護:負極柜電壓型框架保護動作,整流變交流進線開關(guān),直流進線開關(guān)及直流饋線開關(guān)跳閘,接觸網(wǎng)單邊供電;②電流型框架保護:a.EP-1框架泄露保護動作,整流機組交流進線開關(guān)和直流進線開關(guān)跳閘,直流饋線開關(guān)不跳閘,接觸網(wǎng)通過直流母排越區(qū)供電。b.EP-2框架泄露保護動作,整流變交流進線開關(guān)、直流進線開關(guān)、直流饋線開關(guān)和鄰所相鄰直流饋線開關(guān)跳閘,四個接觸網(wǎng)分區(qū)失電。
2.5 接觸網(wǎng)故障跳閘
故障現(xiàn)象:直流饋線開關(guān)大電流脫扣、電流速斷或DDL保護動作跳閘并聯(lián)跳鄰所直流開關(guān),接觸網(wǎng)失電。
3.1 配電自動化系統(tǒng)的信息采集
3.1.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
配電自動化系統(tǒng)由于監(jiān)測對象多且復(fù)雜,通信組織方式多樣,所以配電自動化信息的采集宜采用分區(qū)分層集結(jié)的方式,通信的組織基本分為兩層,即饋線端至子站層、子站至主站層?;谶@種分層分布的組織方式,系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)分為配電主站層、配電子站層和終端設(shè)備層。配電自動化系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 配電自動化系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)
(1)配電主站層
配電主站從各個配電子站獲取配電網(wǎng)的信息,對配電網(wǎng)進行全面監(jiān)視和控制,實現(xiàn)故障診斷、故障隔離和非故障區(qū)的恢復(fù)供電,分析配電網(wǎng)的運行狀態(tài),對整個配電系統(tǒng)進行有效的管理。
(2)配電子站層
對于一些規(guī)模較大的城市而言,城市軌道交通也更為發(fā)達,而地鐵配電網(wǎng)的信息分散的較為復(fù)雜,而在主站系統(tǒng)中直接輸入采集到的信息則會導(dǎo)致主站系統(tǒng)通信端口數(shù)目太多及主站系統(tǒng)負荷壓力大的局面,為了確保系統(tǒng)實時性,應(yīng)在配電網(wǎng)中設(shè)置子站來解決,其中由配電子站層對該區(qū)域內(nèi)的信息的采集進行處理,以便完成該區(qū)域內(nèi)處理故障的功能,并向主站系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)此信息,接收主站所下發(fā)信息,特殊情況時和主站配合共同完成配電網(wǎng)的調(diào)度管理工作。
(3)終端設(shè)備層
終端設(shè)備層主要用于配網(wǎng)設(shè)備采集與控制,并為配電子站提供系統(tǒng)控制管理需要的相關(guān)數(shù)據(jù),執(zhí)行子站/主站所發(fā)出的配電設(shè)備控制、調(diào)節(jié)指令。配電自動化系統(tǒng)最終的執(zhí)行單元就是配電終端裝置,其精度與可靠性直接影響到配電自動化系統(tǒng)運行安全,主要組成部分如下:①開關(guān)監(jiān)控單元FTU;②配變監(jiān)測單元TTU;③環(huán)網(wǎng)柜RTU;④開閉所RTU;⑤饋線通信設(shè)備。
3.1.2 系統(tǒng)信息的共享
傳統(tǒng)的配電自動化SCADA對于信息的采集主要集中在配電網(wǎng)范圍,具體對象的屬性難以進行靈活配置。新型的配電自動化系統(tǒng)對于廠站信息的采集完全基于普遍的終端設(shè)備,對于每個點的屬性可以在主站系統(tǒng)進行相應(yīng)的定義,利用主站的拓撲圖形關(guān)系進行對象的分類,建立系統(tǒng)概念,使得系統(tǒng)信息在整個配電網(wǎng)范圍內(nèi)進行共享,避免信息的重復(fù)采集。主站采集到相關(guān)設(shè)備信息后,按照系統(tǒng)統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式存儲在系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)庫,實現(xiàn)信息的共享,用于系統(tǒng)各個功能模塊調(diào)用,在各個工作站上實現(xiàn)相應(yīng)的功能。
3.2 饋線自動化(FA)
3.2.1 饋線自動化功能
饋線自動化(FA)的主要功能為饋線數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控。通常,過錯方對饋線開關(guān)狀態(tài)、饋線電流、電壓進行實時監(jiān)控,令線路開關(guān)實現(xiàn)遠方合/分閘操作,若是負荷不均勻,可采取負荷均衡化的方式,實現(xiàn)運行方式優(yōu)化。
饋線自動化基本功能在于迅速切除故障,主要是采取一定的方式將故障區(qū)隔離,使得非故障區(qū)迅速恢復(fù)正常供電。因此,饋線自動化目標(biāo)在于提高故障切除安全性、迅速性、可靠性。
3.2.2 先進的饋線自動化系統(tǒng)的特點
①故障時對變電站開關(guān)沒有額外的短路電流的沖擊;②無變電站開關(guān)和線路開關(guān)配合的問題;③無主站也能夠完成故障隔離、恢復(fù);④與傳統(tǒng)電壓型、電流型的饋線自動化相比,其故障處理更加迅速,切除與恢復(fù)僅需要3s;⑤無需改造現(xiàn)有變電站保護設(shè)備;⑥無需保護間的配合;⑦可判斷變電站出線位置故障,防止出現(xiàn)多余沖擊;⑧FTU間能夠相互通信,其中一臺FTU能夠充當(dāng)控制、通信主站;⑨FTU定值能夠通過主站系統(tǒng)下達;⑩FTU能夠使用網(wǎng)絡(luò)通信的方式。
4.1 一臺主變壓器故障或一路110kv進線失壓
主變壓器主要設(shè)置了兩種保護:①反映變壓器內(nèi)部過熱所引起的油氣分離發(fā)展故障的瓦斯保護;②反映縱差范圍中的電氣故障的差動保護。當(dāng)1臺主變壓器出現(xiàn)故障停用,電調(diào)立刻通過SCADA系統(tǒng)對跳閘報警類型、開關(guān)動作的情況予以確認,由值班人員重點檢查主變,并做好相關(guān)的信息匯報。若是一路110kV進線失壓,主變壓器低壓側(cè)開關(guān)出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象,電調(diào)需對35kV母聯(lián)開關(guān)的自投情況進行確認,若是未自投,則需及時對母聯(lián)開關(guān)合閘進行操作,快速恢復(fù)系統(tǒng)的供電。
4.2 環(huán)網(wǎng)電纜故障
電纜的常見故障包括以下兩種:①電纜頭出現(xiàn)電暈,套管閃絡(luò)存在破損;②機械損傷,受到外力傷害電纜鎧裝,鉛包斷裂。環(huán)網(wǎng)電纜故障,電纜兩端開關(guān)跳閘,故障電纜切除,以故障電纜為進線的變電所35kV母聯(lián)100開關(guān)自投,由一路進線帶所轄范圍的所有設(shè)備供電。此類故障處理的關(guān)鍵是確認母聯(lián)開關(guān)自投,未自投應(yīng)及時操作合閘。
4.3 框架保護動作
某市地鐵2號線和南延線牽引變電所設(shè)置兩套電流型框架泄漏保護裝置,整流器故障通常會啟動框架泄漏保護EP-1電流元件。整流機組35kV交流進線斷路器與直流斷路器跳閘,而直流饋線斷路器不跳閘,故障牽引變電所直流母排越區(qū)供電,接觸網(wǎng)不會停電,而列車處于正常運行狀態(tài)。直流開關(guān)柜發(fā)生框架泄漏故障EP-2電流元件動作。整流機組35kV交流進線斷路器和本牽引變電所全部直流斷路器均跳閘閉鎖,聯(lián)跳并閉鎖相鄰牽引變電所對應(yīng)向本區(qū)段供電的直流饋線斷路器。四個接觸網(wǎng)分區(qū)失電,發(fā)生在中間牽混所電調(diào)操作故障牽引變電所解列,通過接觸網(wǎng)越區(qū)開關(guān)實現(xiàn)大雙邊供電,發(fā)生在兩端牽混所電調(diào)切除故障所發(fā)至鄰所的聯(lián)跳信號,恢復(fù)接觸網(wǎng)單邊供電??蚣苄孤┍Wo電壓元件的測量電壓與鋼軌電位限制裝置的測量電壓相同。鋼軌電位限制裝置拒動以后,負極和地的電位會不斷升高,而框架泄漏保護電壓元件首先發(fā)出報警。若是超過一定時限與電壓值,電壓元件會發(fā)出跳閘信號,把整流機組35kV交流進線斷路器與本所全部直流斷路器均跳閘,不聯(lián)跳相鄰所饋線開關(guān),接觸網(wǎng)維持單邊供電,不會對運營造成直接影響。為避免壓差打火,適時操作故障所越區(qū)開關(guān)合閘,恢復(fù)大雙邊供電。
總而言之,有效地應(yīng)用配電自動化,可以更好地自動控制以及遠方監(jiān)控配電網(wǎng)。此外,電力系統(tǒng)配電自動化中存在的故障,對其進行更加全面的分析并且結(jié)合實際的狀況采取有效的解決措施,只有這樣,電力系統(tǒng)中的配網(wǎng)自動化發(fā)展才會越來越好,也更加適應(yīng)當(dāng)前廣闊的前景。
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2095-2066(2016)29-0085-02
2016-10-3
劉鄭良(1984-),男,工程師,碩士,主要從事電力系統(tǒng)及自動化方面的工作。