(國網(wǎng)安徽省電力公司潛山縣供電公司,安徽 潛山 246300)

1 引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛快發(fā)展和社會的進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)和信息化水平的提升，人們生活水平的不斷提高，電力用戶對供電可靠性和電能質(zhì)量的要求也不斷提高。

因此，依托現(xiàn)代信息、通信和控制技術(shù)來提高智能電網(wǎng)的水平是未來的發(fā)展趨勢。為了實現(xiàn)減少越級跳閘、最小化故障停電范圍、縮短停電時間的目標(biāo)，本文提出一種新型10kV配電網(wǎng)綜合故障隔離裝置。此裝置能夠解決現(xiàn)有通用斷路器戶外工作電源技術(shù)問題，準(zhǔn)確檢測單相接地故障點，實時在線檢測配網(wǎng)開關(guān)的運(yùn)行工況(電流、電壓、閉/合狀態(tài)、故障情況)，使管理人員可在線獲取線路運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)以及線路故障情況下故障區(qū)段的判定和解除， 同時，通過設(shè)置合理的保護(hù)定值，可以減少配電網(wǎng)的跳閘，提高供電的可靠性和質(zhì)量。

2 綜合故障隔離裝置的構(gòu)成

2.1 綜合故障隔離設(shè)備產(chǎn)品組成

在現(xiàn)有配電網(wǎng)中，實現(xiàn)饋線自動化與信息化，投運(yùn)的斷路器主要是基于普通真空斷路器，需安裝電源模塊(主要在電磁變壓器和太陽能電池板)、電流互感器、自動數(shù)據(jù)采集設(shè)備接口等，涉及的設(shè)備數(shù)量比較復(fù)雜，組織協(xié)調(diào)難度大，導(dǎo)致現(xiàn)場安裝工程量大。

為了解決這種問題，設(shè)計了斷路器本體、能量接收單元、測量單元和前端采集裝置的一體化設(shè)計方案?；趜w-32型斷路器進(jìn)行開發(fā)，在原有基礎(chǔ)上延長底座，并且在延長的底座上端加裝能量接收單元，以及信號分析單元，信號分析單元通過標(biāo)準(zhǔn)電纜和前端采集裝置相連接。

結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 配電網(wǎng)綜合故障隔離設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

配電網(wǎng)綜合故障隔離設(shè)備是由能量接收單元、信號分析單元、柱上斷路器和信號采集單元4部分構(gòu)成。

2.2 網(wǎng)運(yùn)行管理系統(tǒng)組成及功能

2.2.1 系統(tǒng)組成及結(jié)構(gòu)

配網(wǎng)運(yùn)行管理系統(tǒng)由三部分組成：

● FTU

●主站系統(tǒng)(容量5000點,可擴(kuò)容)

●GPRS通訊網(wǎng)絡(luò)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2.2 系統(tǒng)主要功能

●故障判斷，根據(jù)前端裝置采集的故障信息，快速判斷故障區(qū)段；

●故障隔離，短路故障，實時故障隔離，減少越級跳閘；

●故障報警，通過故障推圖、聲光報警、告警短信等方式，迅速將故障信息上報；

●運(yùn)行監(jiān)控，實時監(jiān)測負(fù)荷電流、線路電壓、開關(guān)狀態(tài)等運(yùn)行量；

●運(yùn)行異常立刻告警，過載，缺相運(yùn)行，三相不平衡，限位報警等；

●主站開通遠(yuǎn)程調(diào)整保護(hù)設(shè)定值，包括速斷定值(I段保護(hù))、過流定值(II段保護(hù))、零序定值等功能。

3 保護(hù)定值整定

隨著各地配電自動化系統(tǒng)的實施，F(xiàn)TU逐漸取代涌流控制器，實現(xiàn)線路斷路器的短路保護(hù)功能。FTU相比于涌流控制器有兩個顯著優(yōu)勢:首先，F(xiàn)TU可以在允許范圍內(nèi)任意設(shè)置保護(hù)參數(shù)，解決了涌流控制器參數(shù)設(shè)置不能連續(xù)調(diào)節(jié)的問題；其次，F(xiàn)TU可以在線路帶電運(yùn)行的情況下，遠(yuǎn)方設(shè)定保護(hù)參數(shù)，解決了涌流控制器參數(shù)調(diào)整困難的問題。FTU的出現(xiàn)，為變電站出線保護(hù)和線路斷路器保護(hù)之間的配合提供了很好的條件，我們在這個基礎(chǔ)上，可以針對線路的實際運(yùn)行情況，制定適合農(nóng)村配電網(wǎng)的保護(hù)整定方法。

城郊及農(nóng)村10kV配網(wǎng)線路主要是設(shè)計為架空線路，具有幾個顯著的特點：一是線路長，覆蓋面廣，地形復(fù)雜;二是普遍導(dǎo)線較細(xì)，線路電阻較大；三是線路分段較少。圖3中展示的是一個典型的農(nóng)村配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，該配電線路在干線上安裝了2臺斷路器，支線1上安裝了2臺斷路器，支線2上安裝了1臺斷路器。這些斷路器全部安裝了FTU，并且FTU可以通過GPRS通訊方式與配電自動化后臺進(jìn)行通訊。

下面我們結(jié)合上圖中的配電線路，介紹一下農(nóng)村配電網(wǎng)的保護(hù)整定原則：

原則1：基于拓?fù)潢P(guān)系的保護(hù)分級。

配電線路的保護(hù)整定，必須要考慮變電站出線保護(hù)，將它和線路斷路器保護(hù)綜合考慮，可以認(rèn)為變電站出線保護(hù)為第一級。線路斷路器保護(hù)可以按照干線和支線分級，例如干線為第二級，支線為第三級，這種分級方法簡單明了，但在實際應(yīng)用中可能會導(dǎo)致定值設(shè)置時的不合理。我們按照線路斷路器的拓?fù)潢P(guān)系分級，以變電站為源節(jié)點向下搜索，使用廣度優(yōu)先搜索，可以得到以下結(jié)果：變電站出線保護(hù)為第一級，01#斷路器保護(hù)為第二級，02#、03#05#斷路器保護(hù)為第三級，04#斷路器保護(hù)為第4級。

圖3 典型配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

原則2：以時延級差配合為主，定值級差配合為輔。

線路斷路器保護(hù)分為速斷保護(hù)和過流保護(hù)兩級，他們分別對應(yīng)變電站出線保護(hù)的I段和III段。因為出線保護(hù)I段的時延為0s，所以線路斷路器的速斷保護(hù)時延只能為0s，并且在定值上要小于出線保護(hù)I段的定值才有配合的可能。出線保護(hù)III段的時延一般為0.6～1s，線路斷路器的過流保護(hù)可以在時延和定值兩方面和出線保護(hù)形成配合。

在線路上發(fā)生短路故障的時候，我們希望故障點前端最近的一個斷路器跳開，其余斷路器不動作，以控制故障的影響在一個最小范圍內(nèi)。如上圖在支線1末端上發(fā)生短路故障，我們希望12#斷路器跳開，其余斷路器不動作。

但實際上可能有兩種情況：

(1)速斷故障。當(dāng)短路電流超過出線過流I段(速斷)定值時，出線斷路器會跳開，01#、02#、03#、05#斷路器也會跳開，這時如果變電站有重合閘設(shè)置，則可以重合閘成功，恢復(fù)線路01#斷路器之前的供電。干線、支線2及支線1中04#斷路器之前的供電需要人工恢復(fù)。在變電站出線保護(hù)I段的時延不增加之前，對于此類故障，雖然配網(wǎng)自動化系統(tǒng)可以準(zhǔn)確判定故障區(qū)段，但仍會造成非故障區(qū)段的短時停電。

(2)過流故障。當(dāng)短路電流不超過出線過流I段(速斷)定值時，出線斷路器和01#、03#、04#斷路器中時延最小的一個會跳開，如果我們可以合理的設(shè)置斷路器保護(hù)的時延，就可以保證04#斷路器跳開而其他斷路器不動作，準(zhǔn)確判定故障區(qū)段的同時將故障的影響控制在最小范圍內(nèi)。

如果只按照干線和支線兩級設(shè)置時延，則干線上01#、02#斷路器的時延是相同的，支線1上03#斷路器和04#斷路器的時延也是相同的，這就可能會出現(xiàn)越級跳閘的問題。此次故障發(fā)生后，可能03#斷路器會先于04#斷路器跳閘，如果04#斷路器未跳閘，配電自動化系統(tǒng)會判斷故障區(qū)段在03#斷路器和04#斷路器之間，與實際故障區(qū)段不符。如果按照拓?fù)潢P(guān)系分級設(shè)置時延，04#斷路器延時小于03#斷路器延時，則可以保證04#斷路器先跳閘，準(zhǔn)確判斷故障區(qū)段。

下面以前文所述的典型農(nóng)村配電網(wǎng)為例，進(jìn)行配電網(wǎng)保護(hù)的整定。

表1 變電站定值表

表1中，變電站出線保護(hù)的所有參數(shù)由變電站設(shè)置。

線路斷路器的速斷保護(hù)定值按照躲開線路最大勵磁涌流并且小于上一級速斷保護(hù)定值來整定：

Ii,I=Kk×Ii,cl

式中,Ii,I—i#斷路器的速斷保護(hù)定值；

Kk—可靠系數(shù)，取1.1～1.5；

Ii,cl—i#斷路器處的最大勵磁電流。

每一臺斷路器與緊鄰它的上一級斷路器之間的速斷保護(hù)定值之差至少為ΔI(級差電流)，以確保不會因電流測量精度的原因越級跳閘。

過流保護(hù)定值按照躲開線路最大負(fù)荷電流并且小于上一級過流保護(hù)定值來整定：

根據(jù)最大負(fù)載電流調(diào)整過流保護(hù)設(shè)定值，并且小于上一級過流保護(hù)定值來整定：

Ii.Ⅲ=Kk×Kzp×Ii,max

式中:Ii,Ⅲ—i#斷路器的過流保護(hù)定值；

Kk靠系數(shù)，取1.1～1.5；

Kzp—自啟動系數(shù)，取1～3；

Ii,max—i#斷路器處的最大負(fù)荷。

每一臺斷路器與緊鄰它的上一級斷路器之間的過流保護(hù)定值之差至少為ΔI(級差電流)，以確保不會因電流測量精度的原因越級跳閘。

因為農(nóng)村配電網(wǎng)線路情況復(fù)雜，導(dǎo)線的老化問題也比較嚴(yán)重，導(dǎo)致在實際工作中很難得到準(zhǔn)確的線路阻抗。所以，線路短路電流的準(zhǔn)確計算難度很大，我們很可能無法整定出理想的保護(hù)定值級差配合。這也就是為什么農(nóng)村配電網(wǎng)的保護(hù)整定要以時延級差配合為主，定值級差配合為輔。

只有在變電站出線保護(hù)I段的時延增加的前提下，才能給線路斷路器的速斷保護(hù)時延留下級差配合的空間。因此，在線路上報速斷故障時，通過有效的保護(hù)設(shè)置，可以準(zhǔn)確地確定故障區(qū)段并且把故障控制在最低范圍內(nèi)，以避免發(fā)生越級跳閘。

4 新型配電網(wǎng)綜合故障隔離裝置的應(yīng)用情況

由于潛山縣地形條件復(fù)雜，老舊線路多，造成線路故障多發(fā)，2015全年共發(fā)生越級跳閘25次，如下圖藍(lán)色曲線所示，故障高發(fā)季節(jié)集中在7、8月份。安裝新型配電網(wǎng)綜合故障隔離裝置和實施TAS監(jiān)控系統(tǒng)后，有效將故障隔離在區(qū)域范圍內(nèi)，同期相比越級跳閘次數(shù)減小為3次，全線停電次數(shù)顯著降低，如下圖紅色曲線所示。

5 結(jié)論

新型配電網(wǎng)綜合故障隔離裝置與配網(wǎng)線路巡檢終端應(yīng)用，系統(tǒng)效用明顯，為提高配電網(wǎng)管理水平和智能電網(wǎng)實施奠定了良好基礎(chǔ)。

本文介紹了一種新型配電網(wǎng)綜合故障隔離設(shè)備，該設(shè)備的最重要的特征為一體化設(shè)計，這既包括一次、二次設(shè)備的一體化安裝，也包括測量、保護(hù)、故障選線等多項功能的一體化集成。此類設(shè)備在電網(wǎng)中的應(yīng)用表明，該設(shè)備具有對配電網(wǎng)進(jìn)行在線監(jiān)測的功能，并能對配電網(wǎng)故障情況進(jìn)行監(jiān)測，發(fā)生故障后立即隔離、研判，給線路運(yùn)維人員提供了可靠的告警信息，縮小故障范圍，提高了工作人員效率，降低了運(yùn)維成本，避免電網(wǎng)事故發(fā)生，提高供電可靠性。

圖4 TAS系統(tǒng)投運(yùn)前后越級跳閘次數(shù)對比圖