摘要 在分析當前普遍使用的配電網(wǎng)饋線自動化控制方案的基礎(chǔ)上，提出適合我國目前配電網(wǎng)的最佳控制方案。并以河北省行唐配電網(wǎng)為例給出具體實施方案。
配電網(wǎng)饋線自動化是配電系統(tǒng)提高供電可靠性最直接、最有效的技術(shù)手段。因此配電自動化過程中首先進行的往往都是配電網(wǎng)饋線自動化，這也是配電自動化的基礎(chǔ)。當前饋線自動化采取多種控制方案，可分為利用自動開關(guān)設(shè)備智能控制機構(gòu)和負荷開關(guān)配合通信系統(tǒng)兩類?？刂品桨笇崿F(xiàn)故障的判斷、隔離和非故障段的自動恢復(fù)供電。
隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)和信息傳輸技術(shù)的發(fā)展以及一次設(shè)備的小型化、智能化，饋線自動化技術(shù)也得到不斷發(fā)展和提高。饋線自動化控制方式經(jīng)歷了從現(xiàn)場設(shè)備智能機構(gòu)控制到負荷開關(guān)配合通信系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變?？傮w來看，控制方式有以下幾種：
1 帶時限電壓—時間型(V—T)重合式自動分段器控制方式
這種控制方式采用電壓—時間(V—T)型分段器，不需要通信手段，它憑借分段器加壓或失壓的時間長短來控制其動作，失壓后分閘，加壓后合閘或閉鎖。
圖1中，QR1，QR2為變電所出線重合器，變電所設(shè)置故障區(qū)段指示器。FD1～FD5為V—T型重合式自動分段器，分段器上配置有故障檢測器(FDR)，可以人工設(shè)定x時限和y時限。x時限為分段器在前級開關(guān)合閘，而使其控制器得壓后延時合閘的時限。y時限，又稱故障探測時間，在分段器經(jīng)過x時限閉合有電壓時開始計時，若在y時限內(nèi)檢測到線路失壓，分段器就被鎖定在分閘狀態(tài)。FD1～FD2、FD4～FD5為常閉分段器，F(xiàn)D3為常開分段器。正常運行狀態(tài)下，當任一側(cè)的供電電源失去后，F(xiàn)D3的FDR開始計時，其時限整定值x′>(QR二次重合閘時間)+(分段器個數(shù))×(每一分段器的x時限)。重合器QR1、QR2整定為四分三合。
如圖1所示，當L2段發(fā)生故障時，變電所的QR1保護動作時間t秒后跳閘，為在瞬時故障時避免短時停電，將分段器失壓后自動分閘的短暫時延z適當延長，使一次快速重合限制在z時限內(nèi)完成。這樣，如果是瞬時故障，QR1快速重合后即恢復(fù)供電;如果是永久性故障，QR1重合于短路故障點，t秒后再一次跳閘，使分段器FD1、FD2因斷電而分閘，A段供電暫停。QR1在一定時間間隔后第二次重合，分段器FD1按預(yù)先設(shè)定的x時限合閘送電。L2區(qū)段故障依然存在，F(xiàn)D1關(guān)合在故障線路上而使QR1再度跳閘，L1區(qū)段又再度停電，F(xiàn)D1分段器又分閘，不過這時因為FD1的FDR在y時限內(nèi)檢測到又失去電壓，因而將FD1閉鎖在分閘狀態(tài)，待下次再得電時也不再自動重合。QR1第三次重合后，恢復(fù)L1段供電。FD1因處于閉鎖狀態(tài)，因而將有故障的L2段與電網(wǎng)隔離。此時，設(shè)置在變電所的故障區(qū)段指示器與QR1聯(lián)動，按時間的長短顯示出故障在L2段。
此時FD2仍處于分閘狀態(tài)，F(xiàn)D3在時限x′后閉合，延時x時限后FD2閉合到故障段，另一側(cè)QR2檢測到故障而跳閘。FD5、FD4依次斷開，F(xiàn)D3檢測到失壓閉合，F(xiàn)D2的FDR實際檢測到的y時限小于整定的y時限，因而FD2也閉鎖于分閘狀態(tài)，QR1再一次重合后，F(xiàn)D4、FD5依次延時x后閉合，然后FD3延時x也閉合，從而恢復(fù)對L3～L6的供電。
由上述動作過程分析可以看出時限x>y，如在x時限內(nèi)其得電時間大于y，則表明此段無故障，開關(guān)不會閉鎖。同時y時限必然大于故障開始時QR1與分段器延時分閘之和，即y>(t+z)。變電站內(nèi)QR1、QR2根據(jù)第二次合閘到再次跳閘的時間來判斷故障發(fā)生在哪一段，如x
這種控制模式采用V—T型分段器，不需要通信手段，通過檢測電壓加時限，經(jīng)多次重合即可實現(xiàn)故障自動隔離，投資比較少，且其數(shù)量可任意選定。但存在如下問題：
(1) 為隔離故障段，如A出線上任一段故障，波及到非故障段B出線，使非故障段也要短時停電;
(2) 當饋線較長，分段多時，逐級延時的時限也較長，對系統(tǒng)影響較大;
(3) 經(jīng)多次重合才能隔離故障，對配電系統(tǒng)和一次設(shè)備有一定的沖擊。
2 重合器就地隔離故障方式
采用重合器作為饋線分段開關(guān)，重合器具有切斷短路電流的能力和自身的保護和自動化功能，可實現(xiàn)饋線故障就地隔離，自動恢復(fù)非故障段供電。重合器重合次數(shù)和保護動作延時時間可以整定。如圖2所示，這種控制方式由變電站重合器QRx、QRy、及線路重合器QR1～QR5組成。QR1、QR2、QR4、QR5是常閉重合器，QR3是常開重合器。QR1、QR5、QR2、QR4控制器時刻監(jiān)視著電源側(cè)的電壓，一旦失壓，QR1、QR5在預(yù)先整定的延時后分閘并閉鎖;QR2、QR4在比QR1、QR5稍長的時延后改變其最小脫扣電流值(小于QR3的脫扣電流值)及到合閘閉鎖的動作次數(shù)。QR3的控制器時刻監(jiān)視這兩側(cè)的電壓，無論哪一邊失壓，將比QR2、QR4的動作時間又有稍長的延時后關(guān)合。
a.若L1段發(fā)生永久性故障，變電站重合器QRx重合一次不成功閉鎖，QR1、QR2、QR3同時檢測到失壓，如果失壓在QR1預(yù)定的時延內(nèi)沒有恢復(fù)，QR1分閘并閉鎖，稍后，QR2自動改變其最小脫扣電流，且改變其動作為一次合閘不成功閉鎖于分閘狀態(tài)，以便同QR3配合。再稍后，QR3合閘，僅QR1保持在打開位置，整個環(huán)路L2～L6由B側(cè)供電; b.若L2段發(fā)生永久性故障，QR1動作到分閘閉鎖，QR2、QR3檢測到失壓。QR2隨即脫離原狀態(tài)，如a.一樣，改變其最小脫扣電流及動作次數(shù)。QR3在比QR2稍長的時延后合閘于短路狀態(tài)，QR2上因流過短路電流而分閘，然后一次合閘不成功閉鎖，將L2段故障隔離，L3段由B側(cè)供電; c.若L3段發(fā)生永久性故障，QR2動作到分閘閉鎖，聯(lián)絡(luò)重合器QR3檢測到失壓，合閘于故障狀態(tài)，在預(yù)定的延時和操作次數(shù)(如可整定為兩分一合)后也閉鎖于分閘狀態(tài)，故障段由QR2、QR3隔離。L1、L2段由A側(cè)電源供電。
QR1、QR2(或QR4、QR5)的配合可通過整定t—I特性和動作電流來實現(xiàn)。如t-I特性和動作電流難以滿足配合要求，可整定QRx、QRy 四分三合，QR1、QR5三分兩合，QR2、QR4兩分一合。
采用重合器控制方式實現(xiàn)饋線自動化功能同方式1相同之處在于均不需要通信手段。重合器控制方式利用重合器多次重合及保護動作時限的相互配合就可實現(xiàn)故障自動隔離、自動恢復(fù)供電。它與方式1相比有很大的進步：通過整定線路上各重合器的動作特性，利用重合器本身切斷短路電流的能力，經(jīng)過短時停電就可將線路上某段故障隔離，減少了出線上開關(guān)的動作次數(shù)。但是重合器控制方式存在以下問題：
(1) 環(huán)路上重合器之間保護的配合靠延時來實現(xiàn)，分段越多，保護級差越難配合。
(2) 為與重合器保護級差相配合，變電站出線斷路器是最后一級速斷保護，分段重合器越多，出線開關(guān)速斷保護的延時就越長，對配電系統(tǒng)的影響也越大。
(3) 重合器具有切斷故障電流的能力，造價高，因此投資比較大。
由于以上原因，限制了重合器組網(wǎng)的使用范圍。
3 集中遠方監(jiān)控實現(xiàn)饋線自動化功能
如圖3所示，變電站出口采用自動重合器QR1、QR2，饋電線路上裝設(shè)常閉電動負荷開關(guān)FK1、FK2、FK4、FK5，聯(lián)絡(luò)開關(guān)裝設(shè)常開負荷開關(guān)FK3。負荷開關(guān)處裝設(shè)有遠方饋線終端裝置(FTU)它與配調(diào)中心通信傳送故障信息，由配調(diào)中心下發(fā)命令實現(xiàn)故障定位及恢復(fù)供電。QR1、QR2整定為兩分一合。變電站出口采用具有至少兩次重合閘的重合器(或斷路器)。這種控制方式中負荷開關(guān)必須與上一級自動重合器配合使用。在配電網(wǎng)中常用真空負荷開關(guān)構(gòu)成配電自動化系統(tǒng)。
以L2段發(fā)生永久性故障為例分析其動作過程：L2段故障后，重合器QR1重合失敗而形成閉鎖，位于FK1處的FTU檢測到兩次短路電流及失壓，F(xiàn)K2處的FTU只檢測到兩次失壓，沒有檢測到短路電流，控制中心通過通信系統(tǒng)得到這些數(shù)據(jù)后判定故障點在FK1、FK2之間。處理對策是斷開負荷開關(guān)FK1、FK2以隔離故障，閉合QR1以恢復(fù)L1段供電，閉合FK3以恢復(fù)L3段的供電。故障區(qū)域的供電將在維修人員排除L2段故障之后恢復(fù)。
這種控制方式除變電站使用重合器(或斷路器)，外全部使用負荷開關(guān)。由于負荷開關(guān)造價低且易構(gòu)成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，因而有著廣泛的應(yīng)用前景。但這種控制方式必須以高可靠性的通信系統(tǒng)為基礎(chǔ)，一旦通信出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)將陷入癱瘓。而如果線路上采用分段器，通信故障后分段器仍可利用整定x、y的時限實現(xiàn)故障隔離，因而可靠性更高。另一方面，這種控制方案的控制軟件較復(fù)雜，要求準確判斷出故障。
4 應(yīng)用實例
由以上分析可以看出，以現(xiàn)場控制設(shè)備智能機構(gòu)實現(xiàn)的控制方案通常經(jīng)過開關(guān)的多次重合才能實現(xiàn)，對電網(wǎng)沖擊比較大;而負荷開關(guān)配合通信系統(tǒng)雖能依次定位，但過分依賴于通信系統(tǒng)，可靠性不高。為此本文提出1種將兩種控制方式結(jié)合起來的控制方式，即遠方監(jiān)控與就地控制相結(jié)合的控制方式，并將此用于河北省行唐縣配電網(wǎng)。圖4為河北省行唐縣配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖，圖5為該配電網(wǎng)開關(guān)設(shè)備選擇及分布示意圖。
該控制方案在變電站出口裝設(shè)重合器，為躲過瞬時故障，重合器應(yīng)在分段器延時分閘z時限內(nèi)完成一次快速合閘，可整定為三次重合閘。饋線上裝設(shè)常閉電壓—時間型分段器，其動作特性仍由其x時限及y時限來確定。聯(lián)絡(luò)開關(guān)采用常開重合器，失壓后較長的整定的時限x′后閉合，可整定為兩次重合。這樣可以充分利用重合器的多次重合功能，與分段器配合實現(xiàn)就地隔離故障，同時作為遠方監(jiān)控的后備。而遠方監(jiān)控通過通信系統(tǒng)實現(xiàn)故障段的一次定位、隔離及恢復(fù)供電。為避免二者之間的沖突，在重合器及分段器的控制器中進行軟件接口設(shè)置。具體時限過程以圖5配網(wǎng)開關(guān)設(shè)備分布圖中故障點為例說明。
如圖6，若為瞬時故障，QO1在tk秒后快速跳閘，第一次快速重合后恢復(fù)供電;若為永久性故障則快速重合后tk秒又一次跳閘。由于z大于QO1快速重合間隔，因而分段器在QO1第二次跳閘之后延時z時限后分閘。在QO1的重合間隔tj內(nèi)，通信系統(tǒng)將故障信息傳送控制中心，故障檢測軟件通過判斷FD1流過兩次故障電流、兩次失壓，F(xiàn)D2有兩次失壓，無故障電流，因而判斷出故障段，下達遙控命令，拉開FD1并閉鎖，閉鎖QO3然后合上FD2。如通信正常，tj內(nèi)開關(guān)設(shè)備接受到遙控信息，則停止其控制器內(nèi)的計時裝置，終止其后的動作過程，否則按圖示時序完成故障判斷、隔離。該方案聯(lián)絡(luò)開關(guān)采用常開重合器，避免引起非故障段的短時停電。
5 結(jié)束語
綜上所述，該方案具有以下特點：
(1) 變電站出口裝設(shè)重合器，可充分利用它的多次重合功能，通過整定合適的重合間隔時間和延時分、合閘時間即可快速消除瞬時故障(一次重合);永久性故障采用一次定位并隔離故障;二次重合后恢復(fù)非故障段的供電。
(2) 聯(lián)絡(luò)開關(guān)運用常開重合器Q03，可避免Q01-FD1-Q03線段發(fā)生故障波及到Q02-FD3-Q03線段，Q03檢測到失壓閉合可切斷短路電流，對FD1-Q03線段故障再次重合閉鎖隔離故障，對Q01-FD1線段故障Q03再次重合可恢復(fù)對FD1-Q03線段供電。
(3) 遠方監(jiān)控與就地隔離控制方式在前幾種控制方式的基礎(chǔ)上取長補短，一方面借助于通信系統(tǒng)實現(xiàn)了準確快速一次定位，隔離故障;另一方面通信出現(xiàn)問題時可以使就地自動控制作為后備。除此而外，重合器和分段器均具有在桿下當?shù)赜眠b控器實施遙控分/合閘的功能。
參考文獻
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作者簡介
顧秀芳(1974-)，女，內(nèi)蒙古人，碩士，畢業(yè)于華北電力大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)，現(xiàn)從事配電網(wǎng)自動化方面的研究與教學(xué)工作。
（轉(zhuǎn)載）
