叢樹(shù)安,王騰龍,檀 悅,蔡世超,曹建春
(中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)東北電力設(shè)計(jì)院有限公司,長(zhǎng)春 130021)
近年來(lái),信息技術(shù)、電力電子技術(shù)、電力自動(dòng)化技術(shù)日新月異,加速推進(jìn)了智能配電網(wǎng)的建設(shè)進(jìn)程,其中配電自動(dòng)化是提高供電可靠性的重要手段,也是智能配電網(wǎng)的重要組成部分[1]。先進(jìn)的配電自動(dòng)化技術(shù)已在城市和重點(diǎn)城區(qū)試點(diǎn)或推廣應(yīng)用[2-4]。目前在城市中推廣應(yīng)用的配電自動(dòng)化技術(shù),在農(nóng)村環(huán)境下推廣應(yīng)用時(shí),會(huì)有諸多局限性,例如智能分布式配電自動(dòng)化技術(shù)需要全線敷設(shè)光纜,在農(nóng)村地區(qū)的實(shí)施條件并不成熟[5-6]。我國(guó)農(nóng)村中壓配電線路仍以傳統(tǒng)的級(jí)差保護(hù)為主,少量的配有就地重合式配電自動(dòng)化技術(shù),但傳統(tǒng)的電壓-時(shí)間型、電壓-電流-時(shí)間型、自適應(yīng)綜合型等就地饋線自動(dòng)化技術(shù)均需要變電站出線斷路器配置2或3次重合閘,國(guó)網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)變電站出線斷路器均只配置1次重合閘,在使用效果上存在進(jìn)一步改進(jìn)的空間。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,全面步入小康社會(huì)目標(biāo)的達(dá)成,農(nóng)村用電負(fù)荷對(duì)供電可靠性的要求也日益提高,急需一種經(jīng)濟(jì)適用、高效可靠的配電自動(dòng)化技術(shù),用于提高現(xiàn)代化農(nóng)村用戶的用電可靠性,切實(shí)降低農(nóng)村用戶的年平均停電時(shí)間。
就地型重合器式饋線自動(dòng)化根據(jù)不同判據(jù),目前可分為3類:電壓-時(shí)間型、電壓-電流-時(shí)間型、自適應(yīng)綜合型[7]。
a.電壓-時(shí)間型饋線自動(dòng)化。依靠配電終端(feeder terminal unit,F(xiàn)TU)檢測(cè)分段兩側(cè)有無(wú)電壓后做出相應(yīng)分合閘指令的工作原理,通過(guò)變電站出線斷路器1次重合閘完成故障段線路的隔離,2次重合閘完成非故障區(qū)間線路的供電恢復(fù)。
b.電壓-電流-時(shí)間型饋線自動(dòng)化。依靠FTU檢測(cè)分段斷路器兩側(cè)失壓與過(guò)流的次數(shù),通過(guò)變電站出線斷路器的3次重合閘,逐步完成中壓線路故障的處理。變電站出線斷路器1次重合閘完成線路瞬時(shí)性故障的處理,2次重合閘完成故障段線路的隔離,3次重合閘完成非故障區(qū)間線路的供電恢復(fù)。
c.自適應(yīng)綜合型饋線自動(dòng)化。此類型FTU在具備電壓-時(shí)間型FTU的工作特性外,同時(shí)具備單相接地故障選線、選段功能,通過(guò)變電站出線斷路器2次重合閘控制策略,實(shí)現(xiàn)多分段多聯(lián)絡(luò)多分支配電網(wǎng)架的故障處理。出線斷路器1次重合閘完成故障段線路的隔離,2次重合閘完成非故障區(qū)間線路的供電恢復(fù)。
以上3種就地饋線自動(dòng)化均需要變電站出線斷路器配置2或3次重合閘,目前國(guó)家電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)變電站出線斷路器均只配置1次重合閘,基于此現(xiàn)狀,提出一種只需1次重合閘配合的就地饋線自動(dòng)化技術(shù)方案。
設(shè)計(jì)一種新型饋線自動(dòng)化技術(shù)只需變電站出口斷路器1次重合閘配合,即可完成故障區(qū)間定位、隔離,以及故障點(diǎn)上游非故障區(qū)間的供電,然后通過(guò)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)合閘恢復(fù)故障點(diǎn)下游非故障區(qū)段的供電。
當(dāng)中壓饋線發(fā)生短路故障時(shí),變電站線路保護(hù)裝置(設(shè)0.2 s短延時(shí))可靠動(dòng)作,跳開(kāi)出線斷路器(circut breaker,BC),配電終端FTU檢測(cè)到分段斷路器兩側(cè)無(wú)電壓后跳開(kāi)分段斷路器BF, BC延時(shí)合閘,當(dāng)短路為瞬時(shí)故障時(shí),分段斷路器在FTU合閘指令下逐級(jí)延時(shí)合閘,線路恢復(fù)供電。當(dāng)短路為永久故障時(shí),分段斷路器逐級(jí)檢測(cè)到電壓并延時(shí)X時(shí)間(檢測(cè)到電壓后的確認(rèn)時(shí)間,可設(shè)置5~8 s)合閘送出,當(dāng)合閘至故障區(qū)段時(shí),分段斷路器立刻啟動(dòng)加速跳閘(0 s),并閉鎖在分閘狀態(tài),故障點(diǎn)后端開(kāi)關(guān)因感受瞬時(shí)來(lái)電未保持X時(shí)間,也閉鎖在分閘狀態(tài)(殘壓閉鎖)。
2.1.1 主干線瞬時(shí)故障處理邏輯
a. 圖1為線路正常供電狀態(tài)饋線自動(dòng)化動(dòng)作邏輯, BC1、BC2為變電站內(nèi)中壓線路出線斷路器, BF01、BF02、BF03為中壓線路1的分段斷路器, BF04、BF05、BF06為中壓線路2的分段斷路器, BL為線路1和線路2的聯(lián)絡(luò)斷路器。
圖1 線路正常供電狀態(tài)饋線自動(dòng)化動(dòng)作邏輯
b.假定BF02與BF03的區(qū)間內(nèi)發(fā)生故障,故障電流超過(guò)變電站出線線路保護(hù)裝置定值,經(jīng)短延時(shí)0.2 s后保護(hù)裝置動(dòng)作出口,跳開(kāi)BC1,饋線自動(dòng)化動(dòng)作邏輯見(jiàn)圖2。
圖2 BF02與BF03的區(qū)間內(nèi)發(fā)生故障饋線自動(dòng)化動(dòng)作邏輯
c. BF01、BF02、BF03感受到失壓均分閘,饋線自動(dòng)化動(dòng)作邏輯見(jiàn)圖3。
圖3 BF01、BF02、BF03感受到失壓均分閘饋線自動(dòng)化動(dòng)作邏輯
d.3 s后,變電站BC1自動(dòng)重合閘,饋線自動(dòng)化動(dòng)作邏輯見(jiàn)圖4。
圖4 BC1自動(dòng)重合閘饋線自動(dòng)化動(dòng)作邏輯
e. BF01感受來(lái)電并延時(shí)X時(shí)間(可設(shè)置5~8 s)后自動(dòng)合閘,饋線自動(dòng)化動(dòng)作邏輯見(jiàn)圖5。
圖5 BF01感受來(lái)電并延時(shí)X時(shí)間后自動(dòng)合閘,饋線自動(dòng)化動(dòng)作邏輯
f.BF02感受來(lái)電并延時(shí)X時(shí)間(可設(shè)置5~8 s)后自動(dòng)合閘,由于是瞬時(shí)故障,此時(shí)故障消失, BF02合閘后無(wú)故障電流, BF02合閘成功,饋線自動(dòng)化動(dòng)作邏輯見(jiàn)圖6。
圖6 BF02合閘成功饋線自動(dòng)化動(dòng)作邏輯
g.BF03感受來(lái)電并延時(shí)X時(shí)間(可設(shè)置5~8 s)后自動(dòng)合閘,恢復(fù)全線供電,饋線自動(dòng)化動(dòng)作邏輯見(jiàn)圖7。
圖7 恢復(fù)全線供電饋線自動(dòng)化動(dòng)作邏輯
2.1.2 主干線永久故障處理邏輯
當(dāng)發(fā)生永久性故障時(shí),步驟a—e與發(fā)生瞬時(shí)故障時(shí)一致,當(dāng)進(jìn)行第f步時(shí)BF02感受來(lái)電并延時(shí)X時(shí)間(可設(shè)置5~8 s)后自動(dòng)合閘, BF02合閘于故障點(diǎn),啟動(dòng)加速跳閘(0 s),同時(shí)BF02閉鎖在分閘狀態(tài); BF03感受到殘壓(有壓時(shí)間少于X時(shí)間),BF03閉鎖在分閘狀態(tài),完成故障段隔離,饋線自動(dòng)化動(dòng)作邏輯見(jiàn)圖8。
圖8 完成故障段隔離時(shí)饋線自動(dòng)化動(dòng)作邏輯
聯(lián)絡(luò)斷路器BL合閘,完成故障點(diǎn)下游非故障段供電。聯(lián)絡(luò)斷路器的合閘方式可采用自動(dòng)延時(shí)合閘方式、人工就地操作方式、遙控操作方式(具備遙控條件時(shí)),饋線自動(dòng)化動(dòng)作邏輯見(jiàn)圖9。
圖9 完成故障點(diǎn)下游非故障段供電饋線自動(dòng)化動(dòng)作邏輯
2.1.3 分支故障處理邏輯
在農(nóng)村中壓線路的大分支處設(shè)置一臺(tái)斷路器代替原有的負(fù)荷開(kāi)關(guān),并配置瞬時(shí)速斷保護(hù)(0 s)和1次重合閘。當(dāng)分支線路發(fā)生瞬時(shí)性故障時(shí),由于變電站線路保護(hù)裝置設(shè)有0.2 s短延時(shí),分支斷路器瞬時(shí)速斷保護(hù)(0 s)優(yōu)先動(dòng)作出口跳開(kāi)分支斷路器,并經(jīng)2~3 s延時(shí)后重合閘,分支斷路器重合成功,分支線路供電恢復(fù)。當(dāng)分支發(fā)生永久性故障時(shí),分支斷路器瞬時(shí)速斷保護(hù)(0 s)優(yōu)先動(dòng)作出口跳開(kāi)分支斷路器,并經(jīng)2~3 s延時(shí)后重合閘,重合于故障點(diǎn),啟動(dòng)加速跳閘(0 s),實(shí)現(xiàn)故障隔離,在此期間變電站線路保護(hù)裝置始終未動(dòng)作出口跳閘,保證了主干線路上其他用戶的供電可靠性。
2.2.1 布點(diǎn)原則
a.中壓主干線路的分段與聯(lián)絡(luò)斷路器不再選用負(fù)荷開(kāi)關(guān),均選用成套斷路器,主干線路上的分段斷路器數(shù)量設(shè)置在4個(gè)以內(nèi)。
b.中壓線路的大分支處配置一臺(tái)分支斷路器,同樣采用成套斷路器,并為其配置瞬時(shí)速斷保護(hù)(0 s)和1次重合閘,與變電站線路保護(hù)裝置(0.2 s)設(shè)定級(jí)差配合。
c.在終端大用戶與分支線路間配置分界斷路器,避免用戶界內(nèi)的故障造成整條中壓線路停電。
2.2.2 斷路器動(dòng)作時(shí)限
a.X時(shí)限:延時(shí)合閘時(shí)限或開(kāi)關(guān)合閘時(shí)間。FTU檢測(cè)到開(kāi)關(guān)一側(cè)有電壓后開(kāi)始計(jì)時(shí),計(jì)時(shí)超過(guò)X時(shí)限后,F(xiàn)TU發(fā)出合閘命令,開(kāi)關(guān)自動(dòng)合閘。若FTU檢測(cè)到開(kāi)關(guān)一側(cè)有電壓并開(kāi)始計(jì)時(shí)后,計(jì)時(shí)未達(dá)到X時(shí)限,F(xiàn)TU檢測(cè)到再次失壓,F(xiàn)TU啟動(dòng)殘壓閉鎖,之后當(dāng)FTU再檢測(cè)到另一側(cè)有電壓時(shí),不再啟動(dòng)計(jì)時(shí),閉鎖在分閘狀態(tài)。
b.合閘故障后加速跳閘:若斷路器合閘于故障點(diǎn),F(xiàn)TU監(jiān)測(cè)到故障電流后,立刻啟動(dòng)0 s跳閘,并閉鎖在分閘狀態(tài)。
c.短延時(shí)速斷保護(hù):變電站出線保護(hù)裝置投入短延時(shí)速斷保護(hù)(保護(hù)延時(shí)定值設(shè)0.2 s),并配置1次重合閘。
2.2.3 配電自動(dòng)化終端選用原則
a.配套“二遙”動(dòng)作型配電自動(dòng)化FTU,具備通信條件的,可采用無(wú)線公網(wǎng)通信方式將采集信息上傳至配電自動(dòng)化主站。
b.由于主干線上采用的配電自動(dòng)化終端不具備單相接地故障檢測(cè)功能,配合暫態(tài)錄波型故障指示器協(xié)助判斷接地故障位置。在線路首段加裝故障指示器1套,實(shí)現(xiàn)接地選線功能。在無(wú)饋線自動(dòng)化的分支線路上可加裝故障指示器,完善配電自動(dòng)化主站線路信息。
新型饋線自動(dòng)化動(dòng)作邏輯不依賴于通信和主站,僅需要變電站出線斷路器配置1次重合閘即可完成線路故障段的就地定位與隔離,以及非故障區(qū)間線路的供電恢復(fù),大大節(jié)約人力成本,瞬時(shí)故障和永久故障處理速度快,動(dòng)作可靠,運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單,分段開(kāi)關(guān)全部選用斷路器,后期升級(jí)改造具備更大靈活性。
與新型饋線自動(dòng)化相比,傳統(tǒng)的電壓-時(shí)間型和自適應(yīng)型均需要變電站中壓出線斷路器配置2次重合閘,電壓-電流-時(shí)間型需要變電站中壓出線斷路器配置3次重合閘,才能完成線路故障的就地定位與隔離,以及非故障區(qū)間線路的供電恢復(fù)。
目前10 kV電壓等級(jí)的負(fù)荷開(kāi)關(guān)與真空斷路器的造價(jià)成本相差不大,選用全斷路器方案的投資成本與選用負(fù)荷開(kāi)關(guān)方案的投資相差不大。
本文闡述了傳統(tǒng)的電壓-時(shí)間型、電壓-電流-時(shí)間型、自適應(yīng)綜合型等就地饋線自動(dòng)化技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn),傳統(tǒng)的級(jí)差保護(hù)均需要變電站出線斷路器配置2或3次重合閘,而國(guó)網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)變電站出線斷路器大都只配置1次重合閘,基于此現(xiàn)狀,提出應(yīng)用一種只需出線斷路器1次重合閘配合,且適用于現(xiàn)代化農(nóng)村智能配電網(wǎng)的新型就地饋線自動(dòng)化技術(shù)方案,節(jié)約了人力成本,縮短了用戶的停電時(shí)間。