方健美, 徐思敬, 喻曉蘋

(浙江東禾工程設(shè)計有限公司, 浙江 寧波 315040)

0 引 言

我國配電線路多采用三段式電流保護或反時限電流保護,其基本原理是根據(jù)短路電流的大小設(shè)置不同的保護動作延時,故障電流越大,則延時越短。當(dāng)上下兩級開關(guān)處于串聯(lián)關(guān)系時,對于同一短路電流,上級開關(guān)保護動作延時要長于下級開關(guān),以保證保護的選擇性[1-3]。但城市配電網(wǎng)中,由于線路距離較短,級聯(lián)開關(guān)比較多,用傳統(tǒng)的電流和時間級差配合實現(xiàn)起來很困難,這種情況下配電保護的快速性和選擇性是一對不可調(diào)和的矛盾。傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)電流保護實質(zhì)是獨立的單元保護,只檢測流過所監(jiān)測開關(guān)的電流而決定保護的動作與否及動作延時,而不考慮相鄰開關(guān)的保護動作情況,這是造成相鄰保護相互配合困難的主要原因。如果把保護監(jiān)測的范圍由一個點擴大到相聯(lián)開關(guān)甚至串聯(lián)的一組開關(guān),則上下級保護的配合可以理解為保護的內(nèi)部協(xié)調(diào)。但如果將其原理應(yīng)用到配電線路上,將造成配電保護的復(fù)雜和成本高昂而失去實用意義。

隨著現(xiàn)代計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,借助于網(wǎng)絡(luò)通信實現(xiàn)保護之間的協(xié)調(diào)已成為可能。此時不同地點的模擬量在當(dāng)?shù)貦z測完成,只是將檢測結(jié)果的數(shù)據(jù)信息、保護判別結(jié)果的狀態(tài)信息、開關(guān)狀態(tài)信息等通過網(wǎng)絡(luò)由不同保護進行共享,以達到不同地點保護之間協(xié)調(diào)和配合,可以實現(xiàn)配電保護的快速性和選擇性的統(tǒng)一,即智能分布式保護饋線自動化技術(shù)[4-6]。

1 項目概況

寧波某大型綜合體建筑面積約為60萬m2,包括寫字樓、購物中心、商業(yè)步行街、住宅等多種業(yè)態(tài)組合,集居住、辦公、商業(yè)、餐飲、娛樂、文教、展覽、觀光、運動、聚會等城市生活各種空間于一體。

該綜合體內(nèi)設(shè)置5座開關(guān)站及帶開關(guān)站功能的4座配電室,分別為銀泰匯1#～4#開關(guān)站、匯悅灣開關(guān)站,以及匯悅灣1#、2#配電室,4#、5#配電室,總用電容量約為70 000 kVA。原設(shè)計采用傳統(tǒng)模式,為實現(xiàn)該綜合體配電保護的快速性和選擇性的統(tǒng)一,采用智能分布式保護饋線自動化技術(shù)對該內(nèi)部各開關(guān)站模式以及外部電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)進行改造升級。

2 系統(tǒng)原理

對傳統(tǒng)保護和集中式數(shù)字邏輯保護采用網(wǎng)絡(luò)式保護策略。其核心原理是借助對等式通信網(wǎng)絡(luò),將每個開關(guān)保護單元檢測的數(shù)據(jù)信息、故障判別信息、開關(guān)狀態(tài)等信息與相鄰開關(guān)實時共享,使不同地點的保護能夠在毫秒級時間內(nèi)進行協(xié)調(diào)和配合,保證離故障點最近的斷路器跳閘,其他開關(guān)進入后備不跳閘,使故障停電范圍最小,故障停電時間最短,實現(xiàn)保護的快速性和選擇性的統(tǒng)一。

網(wǎng)絡(luò)式保護適用于各種系統(tǒng)運行結(jié)構(gòu)及不同開關(guān)類型的組網(wǎng)方式,主要有開環(huán)運行模式、閉環(huán)運行模式、斷路器與負荷開關(guān)混合組網(wǎng)模式。本文方案采用系統(tǒng)開環(huán)運行模式。

開環(huán)模式是目前國內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的網(wǎng)架結(jié)構(gòu),故障處理過程如下:

(1) 故障定位切除。網(wǎng)絡(luò)式保護能夠在故障發(fā)生100 ms內(nèi)分斷緊鄰故障點的開關(guān),解決配電系統(tǒng)多開關(guān)級聯(lián)的保護配合難題,提高電網(wǎng)的供電可靠性和供電質(zhì)量。

(2) 故障區(qū)段隔離。智能終端在切除故障點的同時將跳閘信息發(fā)送給相鄰開關(guān),緊鄰故障點的、處于下游的開關(guān)可以在最短時間內(nèi)聯(lián)鎖跳閘以隔離故障點(典型200 ms)。

(3) 非故障區(qū)域恢復(fù)供電。處于分閘狀態(tài)的聯(lián)絡(luò)開關(guān)收到故障點的隔離信息,確認線路出現(xiàn)故障且智能終端已準確隔離故障,啟動自動合閘轉(zhuǎn)供功能,以恢復(fù)非故障區(qū)域供電(典型2 s)。

開環(huán)模式網(wǎng)絡(luò)保護的配電網(wǎng)故障處理過程如圖1所示。

3 系統(tǒng)構(gòu)成要求

網(wǎng)絡(luò)式保護自愈控制系統(tǒng)包括具備電動操作機構(gòu)的開關(guān)(斷路器)、配電終端(DTU)、電壓互感器(PT)、電流互感器(CT)、通信系統(tǒng)、主站系統(tǒng)。電壓互感器根據(jù)功能及電氣量采集的需求可采用三相或單相PT。為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定、快速及安全、可靠,通信系統(tǒng)需采用光纖以太網(wǎng)。

圖1 開環(huán)模式網(wǎng)絡(luò)保護的配電網(wǎng)故障處理過程

4 智能分布式保護饋線自動化技術(shù)實施方案

4.1 綜合體內(nèi)部開關(guān)站的基本配置

(1) 開關(guān)站出口開關(guān)是有電動操作的斷路器,配置常規(guī)保護。開關(guān)站保護功能全部退出。

(2) 9個開關(guān)站所有進線開關(guān)為負荷開關(guān);每個開關(guān)站配置一臺智能分布式站所終端,開關(guān)站內(nèi)所有智能分布式終端均接入各自對應(yīng)的ONU設(shè)備中。

(3) 9個開關(guān)站各配置1臺ONU設(shè)備,沿光纜通道敷設(shè)光纖,連接形成光纖自愈環(huán)網(wǎng),參與智能分布式保護。開關(guān)站雙環(huán)網(wǎng)拓撲圖如圖2所示。

圖2 開關(guān)站雙環(huán)網(wǎng)拓撲圖

(4) 通過EPON方式,建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)既用于自愈控制終端之間的對等式保護通信,又用于三遙信息的主站交互。

控制終端之間通信:通過ONU及光纖環(huán)網(wǎng)組成局域網(wǎng),為局域網(wǎng)內(nèi)部的每臺控制終端分配IP地址,通過網(wǎng)絡(luò)拓撲配置相鄰關(guān)系,實現(xiàn)終端之間的信息交互。

通信組網(wǎng)拓撲圖如圖3所示。

圖3 通信組網(wǎng)拓撲圖

4.2 外網(wǎng)電纜雙環(huán)網(wǎng)改造

將該綜合體內(nèi)部與城市配電網(wǎng)絡(luò)直接相連的兩個開關(guān)站(銀泰匯4#開關(guān)站和匯悅灣開關(guān)站)改造為標(biāo)準的電纜雙環(huán)網(wǎng)方式。

(1) 改造后的雙環(huán)網(wǎng)標(biāo)準展開圖。三遙自動化改造圖如圖4所示。該區(qū)域的民揚N574線、航運N584線、市政N837線和匯悅N846線采用雙環(huán)網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu),開關(guān)站帶母聯(lián),線路中包括銀泰匯4#開關(guān)站和匯悅灣開關(guān)站,自動化實現(xiàn)模式按照雙環(huán)網(wǎng)典形模式實現(xiàn),環(huán)進環(huán)出間隔采用“三遙”模式,分支出線間隔采用“二遙”,遙控信號采集遙控分閘、遙控合閘,遙信(負荷開關(guān))采集分閘、合閘、地刀、氣壓表、遠方/就地信號,遙測采集電壓、電流測量信號。

圖4 三遙自動化改造圖

(2) 一次建設(shè)改造情況。銀泰匯4#開關(guān)站一次系統(tǒng)圖(帶母聯(lián))如圖5所示。

圖5 銀泰匯4#開關(guān)站一次系統(tǒng)圖(帶母聯(lián))

匯悅灣開關(guān)站一次系統(tǒng)圖(帶母聯(lián))如圖6所示。

圖6 匯悅灣開關(guān)站一次系統(tǒng)圖(帶母聯(lián))

銀泰匯4#開關(guān)站和匯悅灣開關(guān)站環(huán)入、環(huán)出、聯(lián)絡(luò)間隔一次設(shè)備安裝A、B、C三相電流互感器CT(600/5),出線間隔安裝三相電流互感器CT(400/5),兩段母線PT容量均為3 kVA。根據(jù)智能控制要求,每個站點各增加一臺DTU。

(3) 二次信號采集配置情況。DTU與環(huán)網(wǎng)柜的配接二次線連接方式采用航插和控制線纜,進行遙控分合。遙信采集分閘、合閘、遠方/就地等信號,遙測采集電壓、電流測量信號。

銀泰匯4#開關(guān)站三遙采集配置情況(帶母聯(lián))如圖7所示。

匯悅灣開關(guān)站三遙采集配置情況圖(帶母聯(lián))如圖8所示。

圖7 銀泰匯4#開關(guān)站三遙采集配置情況(帶母聯(lián))

(4) 建成后的配電自動化實現(xiàn)方式。該工程配電自動化實現(xiàn)模式按照雙環(huán)網(wǎng)典形模式,實現(xiàn)主站集中式饋線自動化,環(huán)進環(huán)出間隔采用“三遙”模式,分支出線間隔采用“二遙”,通過三遙站所終端把采集到的三相相電流、開關(guān)位置、地刀位置、遠方/本地信息等數(shù)據(jù)傳送至后臺配網(wǎng)主站,主站通過收集到的現(xiàn)場信息判斷配電網(wǎng)運行狀態(tài),精確完成短路、接地故障定位、故障隔離和非故障區(qū)域恢復(fù)供電,提高該綜合體的供電可靠性。

圖8 匯悅灣開關(guān)站三遙采集配置情況圖(帶母聯(lián))

5 結(jié) 語

配電網(wǎng)直接面向用戶,是保證供電質(zhì)量、提高電網(wǎng)運行效率、創(chuàng)新用戶服務(wù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前,應(yīng)充分利用現(xiàn)代計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù),將開關(guān)站或變電站內(nèi)部的不同地點(線路兩側(cè)、變壓器高低壓兩側(cè)或三側(cè)、母線的進出線等)處的電流送到檢測中心進行比較和判別,從而實現(xiàn)區(qū)內(nèi)或區(qū)外故障的判別,采用智能分布式饋線自動化技術(shù)以達到不同地點保護之間協(xié)調(diào)和配合,可以真正實現(xiàn)保護的快速性和選擇性的統(tǒng)一,從而保證用電可靠性。