10KV環(huán)網(wǎng)供電技術(shù)研究及應(yīng)用

  隨著城市建設(shè)的發(fā)展，用戶對供電可靠性的要求越來越高，這就給原有配電設(shè)備的質(zhì)量和配電網(wǎng)絡(luò)的可靠性提出了更高的要求，而我國原有10 kV配電網(wǎng)大部分采用放射形供電，這種供電方式弊病較多，一旦某處發(fā)生故障，就會造成整條線路的大面積停電，且停電時間較長，可靠性差，為改變這種狀況，辦法是近期采用環(huán)網(wǎng)接線，最終可采用網(wǎng)格式接線，正常時開環(huán)運(yùn)行，這樣的接線方式有一個以上電源向用戶供電，從而大大提高了配網(wǎng)供電可靠性。

原能源電［1990］644號《關(guān)于加強(qiáng)城市中、低壓配網(wǎng)改造的若干意見》指出：“架空配電網(wǎng)采用環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，開環(huán)運(yùn)行，為縮小架空配電線路檢修和事故時的停電范圍，應(yīng)裝設(shè)分?jǐn)嚅_關(guān)，一般主干線分2～3段，裝分?jǐn)嚅_關(guān)1～2臺，較大的支線也應(yīng)裝斷路開關(guān)，架空配電線路之間裝設(shè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)，以實(shí)現(xiàn)配電線路的互倒互帶，提高運(yùn)行的靈活性”。原能源電［1993］228號《城市電力網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則》4.4.8：“高壓配電變電所之間的中壓電網(wǎng)應(yīng)有足夠的聯(lián)絡(luò)容量，正常時開環(huán)運(yùn)行，異常時能轉(zhuǎn)移負(fù)荷”。

幾年來，國內(nèi)在配網(wǎng)自動化方面做了大量的研究工作，例如在自動化設(shè)備方面，先后從日本、英、美引進(jìn)了DM系列自動開關(guān)，ERS型電子控制重合器和KFE系列重合器等，以上引進(jìn)的各種設(shè)備在我國配電網(wǎng)中應(yīng)用，取得了不少運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，但國外自動化程度較高的產(chǎn)品，并不一定適應(yīng)我國配電網(wǎng)特點(diǎn)，為此在制造部門和供電部門的共同努力下，陸續(xù)開發(fā)出國產(chǎn)自動重合器、分?jǐn)嚅_關(guān)及環(huán)網(wǎng)負(fù)荷開關(guān)。目前由電力科學(xué)研究院引進(jìn)英國ESR控制器研制的分布式自動重合器、FDKW型跌落式分?jǐn)嗥?；鄭州凱特公司引進(jìn)日本控制器研制的重合器、分?jǐn)嗥鳎黄巾斏介_關(guān)廠引進(jìn)研制的美國COOPER公司KFE型重合器。配電網(wǎng)自動化設(shè)備是機(jī)電一體化的高技術(shù)產(chǎn)品，這些設(shè)備具有高壓開關(guān)設(shè)備的基本性能，同時又滿足智能化要求，這些產(chǎn)品的研制，促進(jìn)了國內(nèi)配電網(wǎng)自動化的發(fā)展，并通過不斷總結(jié)逐步實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。

配電網(wǎng)自動化方案方面，還需要做大量的研究工作。近年來，單電源放射形配電線路使用重合器、分?jǐn)嗥髋浜系姆桨敢演^成熟；雙電源環(huán)網(wǎng)每條線路分2段和3段組重合器方案運(yùn)行也還算可靠，保護(hù)配合也能滿足；如果雙電源環(huán)網(wǎng)每條線路分3段的5組重合器供電方案，供電可靠性會更高，應(yīng)該是更好的配網(wǎng)分段結(jié)構(gòu)，但該方案設(shè)備間的保護(hù)整定十分困難，很難達(dá)到*效果。無論是每條線路分2段或3段，任一段發(fā)生故障后，開環(huán)運(yùn)行的主供電源側(cè)和另一電源側(cè)向故障點(diǎn)多次短路沖擊問題，一直未能很好地解決。本文提出了解決這些問題的方法。

二、雙電源5重合器供電方案

　　該供電方案的線路分段及故障分析圖如圖1所示。它的C1～C5均為SF₆重合器，符合SD317-89和JB7570-94標(biāo)準(zhǔn)；安裝地點(diǎn)為線路桿上臺架；額定電壓10 kV；額定電流630 A，短路開斷電流為12.51 A；TA變比為400/5；遙合、遙跳、遙測、遙信；故障自動閉鎖時間整定：(合閘成功檢測時間)Y≤20 s。動作特性和安秒曲線：(1)C1、C3重合器和變電站斷路器配合，重合器斷開時間要求比變電站斷路器無電流間隙時間0.25～0.8 s小，δ選0.2 s；(2)C2、C4、C5重合器符合要求。自動重合時間整定：(1)C1、C3重合器和變電站三相一次自動重合閘配合，重合器合閘時間要求比變電站三相一次自動重合閘準(zhǔn)備好下一次動作的復(fù)歸時間15～25 s大，X=30 s(從系統(tǒng)有電且重合器在斷開位置開始計(jì)時)；(2)C2、C4重合器X=30 s(從系統(tǒng)有電且重合器在斷開位置開始計(jì)時)；(3)C5重合器X=120 s(從系統(tǒng)任一側(cè)失電且重合器在斷開位置開始計(jì)時)。瞬時故障自動復(fù)位時間整定：(1)C1、C3重合器和單相接地故障接線方式配合，依次斷開線路選線方式，Z=20 s；(2)C2、C4、C5重合器Z=20 s。動作行為：(1)C1、C3重合器單側(cè)電源，單側(cè)TV，正常運(yùn)行在合閘狀態(tài)，過流快速跳閘，失壓自動快速跳閘，檢測TV有電后經(jīng)整定時間X判C5在斷開位置自動合閘，合閘成功檢測時間Y開始計(jì)時，在Y時限內(nèi)過流或失壓重合器快速跳閘并自動合閘閉鎖；(2)C2、C4重合器單側(cè)電源，雙側(cè)TV，正常運(yùn)行在合閘狀態(tài)，過流快速跳閘，失壓自動快速跳閘，檢測兩側(cè)TV，任一側(cè)有電后經(jīng)整定時間X自動合閘(附加條件：C1在斷開位置且TV11有電，C2不能合閘；C3在斷開位置且TV31有電，C4不能合閘)，合閘成功檢測時間Y開始計(jì)時，在Y時限內(nèi)過流或失壓重合器快速跳閘并自動合閘閉鎖；(3)C5重合器雙側(cè)電源，雙側(cè)TV，正常運(yùn)行在斷開狀態(tài)，檢測兩側(cè)TV，任一側(cè)失電后經(jīng)整定時間X自動合閘(附加條件：C1、C3同時在合閘位置時，C5不能合閘)，合閘成功檢測時間Y開始計(jì)時，在Y時限內(nèi)，過流或失壓，重合器快速跳閘并自動合閘閉鎖；在Y時限外，過流或失壓，重合器快速跳閘。

三、故障分析及運(yùn)行

1、正常運(yùn)行

見圖1，變電站開關(guān)龐67、鄭58在合閘狀態(tài)，線路分段重合器C1、C2、C3、C4在合閘狀態(tài)，線路聯(lián)絡(luò)重合器C5在斷開狀態(tài)，2條線路組成環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)、開環(huán)運(yùn)行，跳合閘可就地操作和遠(yuǎn)方控制。

圖1　線路分段及故障分析

2、瞬時故障

當(dāng)D1(D2、D3)點(diǎn)發(fā)生瞬時短路故障時，變電站開關(guān)龐67跳閘，瞬時故障消失，失電后C1、C2自動跳閘，經(jīng)過0.8 s，龐67重合成功，第30 s時，C1重合成功，第60 s時，C2重合成功，線路恢復(fù)原方式運(yùn)行。

3、性故障

當(dāng)D1點(diǎn)發(fā)生短路故障時，變電站開關(guān)龐67跳閘，失電后C1、C2自動跳閘，經(jīng)過0.8 s，龐67重合不成功跳閘，第120 s時，C5重合成功，第150 s時，C2重合成功。線路故障段D1被隔離。

同理，當(dāng)其它點(diǎn)發(fā)生短路故障時，線路故障段相應(yīng)被隔離。

4、運(yùn)行操作

（1）單相接地故障操作

當(dāng)單相接地故障信號在變電站發(fā)生后，變電站值班人員可采用短時斷開該線路的方法選線及選段，如有必要也可以隔離故障段；其操作如下：(1)斷開變電站開關(guān)龐67(鄭58)，若單相接地故障未消失，判斷為不是該線路單相接地，應(yīng)在30 s內(nèi)合上龐67(鄭58)，該系統(tǒng)將在60 s內(nèi)自動完成原運(yùn)行方式的恢復(fù)；(2)斷開變電站開關(guān)龐67(鄭58)，若單相接地故障消失，判斷為該線路單相接地，應(yīng)在30 s內(nèi)合上龐67(鄭58)，并對單相接地故障信號進(jìn)行觀察，如合閘后立即有單相接地故障信號，為D1段單相接地，如合閘后30 s有單相接地故障信號，為D2段單相接地，如合閘后60 s有單相接地故障信號，為D3段單相接地。該操作完成后原運(yùn)行方式已恢復(fù)，線路帶單相接地故障運(yùn)行。

也可按要求將單相接地故障段隔離，其它線路段繼續(xù)運(yùn)行，操作略。

（2）檢修操作

檢修線路故障或重合器時，必須把重合器選擇開關(guān)置手動位置，斷開重合器，然后斷開操作電源及線路刀閘，并按安規(guī)要求做好安全措施，方可工作。
　　當(dāng)重合器需要手動分、合閘操作時，必須把重合器選擇開關(guān)置手動位置，方可分、合閘。
　　當(dāng)線路檢修完工時，應(yīng)將C5重合器手動分閘，待其它重合器合閘后，才能將C5重合器選擇開關(guān)置自動位置，以恢復(fù)其正常運(yùn)行方式。

四、運(yùn)行效果分析

該系統(tǒng)于1998年第2期25日安裝于龐鄭聯(lián)線上運(yùn)行至今，系統(tǒng)曾發(fā)生3次故障和1次預(yù)試操作，重合器均正確動作。情況如下：

1、3月22日，龐67發(fā)生單相接地，經(jīng)過單相接地選段，為龐鄭聯(lián)線D2段，即C1和C2重合器之間。經(jīng)帶電巡線，10 min內(nèi)就發(fā)現(xiàn)并處理完接地點(diǎn)，避免了原傳統(tǒng)作法全線巡線。

2、4月20日，鄭家山變電站故障，鄭58跳閘，重合器動作正確，鄭58線路負(fù)荷自動倒由龐67供電。

3、5月22日，龐公變電站預(yù)防性試驗(yàn)，龐67開關(guān)停電8 h，預(yù)試前操作將龐67負(fù)荷倒鄭58供電，故未對線路進(jìn)行停電。

4、6月7日，龐鄭聯(lián)線D1段用戶故障，龐67速斷跳閘，重合器動作正確，故障隔離在D1段，D2、D3段自動從鄭58送電。

通過以上分析，由于故障自動隔離在故障段，5臺重合器和開關(guān)狀態(tài)已遠(yuǎn)傳至調(diào)度室，其故障發(fā)現(xiàn)速度和處理比原來提高3倍以上，故障停電用戶范圍也縮小了3倍，用戶供電可靠性得到較大的提高，經(jīng)過3個月的考核，供電可靠率達(dá)到99.98%以上。如果不是環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，分段運(yùn)行，上述系統(tǒng)的3次故障和1次變電站預(yù)防性試驗(yàn)，其同期的供電可靠率將低于99.50%。

五、結(jié)束語

該方案經(jīng)過1a試運(yùn)行后，計(jì)劃在襄樊市城網(wǎng)大面積推廣，市區(qū)內(nèi)10kV配電線路117條，500多km，每條線路組成雙環(huán)網(wǎng)，環(huán)網(wǎng)間組成網(wǎng)絡(luò)式供電結(jié)構(gòu)，安裝環(huán)網(wǎng)重合器300臺，分支線路安裝分?jǐn)嗥?00臺，每臺重合器的RTU通過無線電臺和主站基地臺聯(lián)系，基地臺和現(xiàn)場終端電臺之間通信采用異頻雙工，一點(diǎn)對多點(diǎn)的Polling方式通信，基地電臺和SCADA/DMS系統(tǒng)接口，SCADA/DMS通過下行通道向各RTU發(fā)送合閘附加條件，各重合器根據(jù)系統(tǒng)重合器動作情況，即SCADA/DMS發(fā)來的附加條件自動運(yùn)行，單相接地可通過SCADA/DMS選擇判斷。