具 浩 賈宏偉 楊世民 黎建樂(lè)

（ 1、廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司培訓(xùn)與評(píng)價(jià)中心，廣東 廣州510520 2、廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司東莞供電局，廣東 東莞523000）

配電自動(dòng)化是實(shí)現(xiàn)供電安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)等要求的關(guān)鍵。饋線(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)是配電自動(dòng)化的重要組成部分, 主要用于饋線(xiàn)故障自動(dòng)定位、自動(dòng)隔離和非故障區(qū)自動(dòng)恢復(fù)供電。其中饋線(xiàn)是指任意配網(wǎng)節(jié)點(diǎn)相連接的支路, 饋線(xiàn)故障是指饋線(xiàn)發(fā)生的相間故障或接地故障。電力行業(yè)的設(shè)備在投入運(yùn)行之前,需要通過(guò)嚴(yán)格的檢測(cè)。而一直以來(lái),對(duì)于饋線(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)的檢測(cè)、處理饋線(xiàn)故障功能的測(cè)試往往是通過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期的運(yùn)行過(guò)程中執(zhí)行。這樣既不符合電力設(shè)備投運(yùn)檢測(cè)要求, 也不利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理系統(tǒng)缺陷。實(shí)際上,因?yàn)闇y(cè)試手段的缺乏,在目前已經(jīng)投運(yùn)的配電網(wǎng)運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)中,大部分的饋線(xiàn)自動(dòng)化功能并沒(méi)有投入運(yùn)行,只是使用其簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)采集以及故障檢測(cè)等基礎(chǔ)功能。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文參考饋線(xiàn)自動(dòng)化的原理，搭建了一套饋線(xiàn)自動(dòng)化的仿真系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)有壓定值采集動(dòng)作、無(wú)壓定值采集動(dòng)作、得電壓延時(shí)合閘動(dòng)作、失電壓延時(shí)分閘動(dòng)作。其意義在于模擬單電源供電、多電源供電且各電源中性點(diǎn)保護(hù)接地方式不同的復(fù)雜配電網(wǎng)架?；跀嗫诶^電器研發(fā)了一種銀合金材質(zhì)的模擬斷路器，提供兩組觸點(diǎn)并適用于AC220V 電壓，可拉斷電流1A。其意義在于有效模擬了配網(wǎng)線(xiàn)路中的斷路器開(kāi)關(guān)動(dòng)作分合后，線(xiàn)路的實(shí)際運(yùn)行方式。在每組終端測(cè)控單元后設(shè)置故障量輸入口，在測(cè)控單元上方設(shè)置故障分合指示燈。其意義在于直觀全面了解故障動(dòng)作效果，實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)在線(xiàn)路首、末、主干、分支等位置時(shí)定值配置方案有效性。在結(jié)構(gòu)上，以DAL203 控制終端為核心建立饋線(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)；以軟件控制模擬斷路器為核心建立故障仿真系統(tǒng)。

將饋線(xiàn)故障類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)，根據(jù)故障類(lèi)型進(jìn)行控制策略的設(shè)計(jì)。以不同的負(fù)荷切入和切出系統(tǒng)、設(shè)備可靠性的模擬以仿真各種故障類(lèi)型。軟件控制繼電器以實(shí)現(xiàn)各種故障點(diǎn)和故障策略。常見(jiàn)的饋線(xiàn)故障類(lèi)型主要包括瞬時(shí)故障、永久故障，其又可細(xì)分為相間短路故障、單點(diǎn)接地故障、多點(diǎn)接地故障等。從設(shè)備可靠性的角度出發(fā)也可以引出一系列的故障類(lèi)型，如開(kāi)關(guān)本體拒動(dòng)導(dǎo)致的故障越級(jí)、定值整定差錯(cuò)引起的拒動(dòng)等，以上的常見(jiàn)故障都要求饋線(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)能夠正確判斷且無(wú)誤動(dòng)。

圖1 饋線(xiàn)自動(dòng)化仿真平臺(tái)柜體圖

2 饋線(xiàn)自動(dòng)化仿真模塊

本文設(shè)計(jì)整個(gè)饋線(xiàn)自動(dòng)化仿真系統(tǒng)仿真雙電源饋線(xiàn)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)，所有設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，可根據(jù)需要增加或減少線(xiàn)段，也可調(diào)整結(jié)構(gòu)。整個(gè)電路將運(yùn)行方式進(jìn)行分類(lèi)，每種運(yùn)行方式對(duì)應(yīng)著相應(yīng)的電壓和電流閥值。在DAL203 控制終端里根據(jù)饋線(xiàn)自動(dòng)化類(lèi)型和負(fù)荷電路的各種電壓電流閥值進(jìn)行設(shè)置。在相應(yīng)的母線(xiàn)段接上相應(yīng)的負(fù)荷電路就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電壓電流值，進(jìn)而觸發(fā)DAL203 控制終端產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作。

整個(gè)電路主要包括，兩組電源模塊（三相），多段分段母線(xiàn)，多組DAL203 控制終端，模擬斷路器，負(fù)荷模擬電路和負(fù)荷控制電路。兩組三相電源用來(lái)仿真雙電源的情況。每個(gè)DAL203 控制一組模擬斷路器，用于斷開(kāi)和連接多段母線(xiàn)。每段母線(xiàn)上設(shè)有負(fù)荷模擬電路，用于仿真正常負(fù)荷和多種故障情況。負(fù)荷控制電路用于將不同的負(fù)荷連接到相應(yīng)的仿真母線(xiàn)，或從相應(yīng)的仿真母線(xiàn)上斷開(kāi)。其中DAL203 測(cè)控單元適用于10kV 及以下電壓等級(jí)環(huán)網(wǎng)柜間隔單元的保護(hù)測(cè)控，具備完善、量制通信監(jiān)視等功能，與斷路器、負(fù)荷開(kāi)關(guān)配合為10kV 及以下等級(jí)的線(xiàn)路饋出提供保護(hù)。

兩組三相電源用于仿真雙電源的情況。DAL203 是對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行采集，因此終端本身的功耗非常小。所以整個(gè)電路的主要功耗取決于負(fù)荷電路和故障點(diǎn)的數(shù)量。本文的電源電路設(shè)計(jì)如圖。三相信號(hào)可由SA4828 或AD9834 等芯片電路產(chǎn)生。信號(hào)調(diào)節(jié)電路主要是控制功率放大電路的輸入信號(hào)大小及濾波作用。功率放大電路可采用LM3886 等低成本的功率放大芯片。直流電源需要包括正負(fù)24V 及正12V 兩組。為了控制整個(gè)電源模塊的體積和考慮到功率放大模塊的輸出，升壓變壓器采用15V/220V 的升壓變壓器。由此，為了得到相電壓57.7V，功率放大電路的輸出電壓約為有效值4V。

圖2 電源模塊設(shè)計(jì)示意圖

3 故障仿真模塊

正常情況下電壓（電流）信號(hào)的采集通過(guò)電壓（電流）互感器，本文采用一次運(yùn)行母線(xiàn)模擬方法。通過(guò)直連或較低變壓比例的變壓器代替電壓互感器以采集電壓信號(hào)，電壓母線(xiàn)直接做成電壓互感器的二次輸出值，即相電壓57.7V（線(xiàn)電壓100V）。母線(xiàn)上的電流信號(hào)的大小取決于負(fù)荷電路，同時(shí)母線(xiàn)上的各種運(yùn)行狀態(tài)也都要在電流上有所體現(xiàn)。正常情況下電流的檢測(cè)通過(guò)電流互感器，將大電流變成小電流。本文中采用降壓變壓器連接仿真母線(xiàn)和負(fù)荷，這樣做的好處在于仿真母線(xiàn)功耗不大的情況下可以得到明顯的電流信號(hào)響應(yīng)。負(fù)荷根據(jù)仿真的母線(xiàn)的運(yùn)行情況分類(lèi)進(jìn)行連接。例如正常運(yùn)行狀態(tài)，相間短路，相對(duì)地短接等。所有的負(fù)荷和仿真母線(xiàn)之間采用繼電器連接，由繼電器的通斷來(lái)控制負(fù)荷類(lèi)型的連接，即故障模式的設(shè)定。所有的繼電器由軟件或負(fù)荷控制電路統(tǒng)一控制。每個(gè)DAL203 的信號(hào)檢測(cè)都包括電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)，電壓電流信號(hào)和DAL203 的連接方式如圖所示。負(fù)荷電路中的小電阻，對(duì)應(yīng)的是故障電流，故障是否發(fā)生由此電阻連接的繼電器開(kāi)關(guān)控制。每組都設(shè)有三個(gè)是負(fù)荷電阻，對(duì)應(yīng)的是正常電流。

圖3 配網(wǎng)故障仿真模塊硬件設(shè)計(jì)示意圖

4 總結(jié)和展望

傳統(tǒng)的測(cè)試方法主要采用繼電保護(hù)儀與若干配電終端配合成饋線(xiàn)網(wǎng)絡(luò),使用繼電保護(hù)儀注入故障電流生成饋線(xiàn)故障,由測(cè)試人員人工觀察以檢查饋線(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)情況。此種測(cè)試方法成本較高,并且效率比較低,只能進(jìn)行有限的故障測(cè)試。且在電氣連接的邏輯上與真實(shí)的配電網(wǎng)差別太大。本文設(shè)計(jì)的仿真系統(tǒng)是模擬了真實(shí)配網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，前后電氣節(jié)點(diǎn)在邏輯上與真實(shí)的電網(wǎng)基本是相同的。如果只是驗(yàn)證饋線(xiàn)自動(dòng)化的方案策略或用于培訓(xùn)，可將信號(hào)電路中的電壓電流值按等比例縮小使用，以此來(lái)提高安全性。如果要驗(yàn)證檢測(cè)終端的功能則可以采用接近真實(shí)的電壓電流及功率信號(hào)。