對10kV“三供一備”接線的饋線自動化方案探討

1、對10kV “三供一備”接線的饋線自動化方案探討第 25 卷第 1 期2008年 2月供用電 47對10kV三供一備”接線的饋線自動化方案探討陳新 (深圳供電局 ,廣東深圳 518001)摘要:根據(jù)深圳特區(qū)10kV電纜網(wǎng)絡多采用”三供一備”接線的實際情況， 結合該接線的特點 ,初步提出一種自動化方案供探討 .介紹了”三供一備 ”接線方式及相應的配電自動 化方案 .具體闡述了其饋線自動化方案.該自動化方案實施后 ,可基本實現(xiàn)不間斷向用戶供電 ,并可節(jié)約投 資.關鍵詞-環(huán)網(wǎng)供電 ;環(huán)網(wǎng)開關柜 ;配電自動化中 圖 分 類 號 -TM727.2;TM727.4 文 獻 標 識 碼 :B 文 章 編 號

2、:10066357(2008)01004703在 2o 世紀 8o 年代后期 ,為適應深圳特區(qū)建設與發(fā)展 ,深圳配電網(wǎng)開始逐步采用環(huán)網(wǎng)開關柜 電纜環(huán)網(wǎng)供電 .從 2o 世紀 9o 年代開始 ,為進一 步提高供電可靠性 ,將電纜環(huán)網(wǎng)由開環(huán)向閉環(huán)供電發(fā)展,為減少安裝變電所 1OkV 出線開關柜的 數(shù)量，提高電纜及設備利用率，根據(jù)” N 1”原則, 率先在全國推出了 ” M供一備” （NM+1）的接 線方式 .深圳供電局結合深圳特區(qū)的特點 ,優(yōu)先 采用了 ”三供一備”（M-3）的接線方式.l ”三供一備 ”接線1.1 接線原理“三供一備 ”接線示意圖如圖 1 所示.從圖 1 可看出,w1,W2,W3

3、分別為由向用戶供電的環(huán) 網(wǎng)開關柜構成的電纜環(huán)網(wǎng)回路 （可滿負荷 ）與同一 個不接任何用戶的四進線單元環(huán)網(wǎng)柜 （備用電源 柜）各通過 3 回空載電纜線路連接在一起 ,形成一 組閉環(huán)網(wǎng)絡其中w1,W2,W3和w備4條電纜 線路的電源可取自不同變電所或同變電所的不同 主變壓器或 QkV母線.例如圖1中,w1,W2, W3分別由A變電所的I, H和皿段IOkV母線 供電,w備則由距末端用戶較近的B變電所供電, 作為前 3 條線路的公共備用電源 .正常運行時，斷路器QF1,QF2,QF3均合閘 供電,電纜線路 w1,W2,W3 所供電的各用戶環(huán) 網(wǎng)柜的環(huán)進 ,環(huán)出兩負荷開關均為合閘狀態(tài) ,由其 所接主供

4、線路供電（如圖1中，線路w1的負荷開 關18均為合閘狀態(tài)，斷路器QF1合閘，線路 w1 由 A 變電所 I 段母線供電 ）.備用電源的負 荷開關 912 均為分閘狀態(tài) .B 變電所出線斷路 器 QF 備為分閘的冷備用狀態(tài) （也可處于合閘的 量abcd 備用電源柜圖 1 ”三供一備 ”接線示意圖 熱備用狀態(tài) ）.當 WlW3 中任何一條線路主供電源計劃停 電時,通過倒閘操作 ,合上備用電源柜所接的相應 停電線路的單元負荷開關，轉由B變電所供電. 故障時，例如w1的用戶環(huán)網(wǎng)柜b與C間電 纜在k點接地時,QF1跳閘（大電流接地系統(tǒng)）. 手動操作將故障點兩端負荷開關 4和 5斷開后, 合上備用電源柜的

5、9和12再將QF1和QF備合閘, w1向a,b環(huán)網(wǎng)柜供電,w備向c,d環(huán)網(wǎng)柜供電.因 4 條線路電源取自變電所不同的 lOkV 母 線,同時停電幾率極小 ,故用一條空載線路 （w 備） 作為3條供電線路（WI,W2,W3）的公共備用電 源而實現(xiàn)閉環(huán) ,提高了供電可靠性 .1.2接線優(yōu)缺點分析為提高供電可靠性 ,一條獨立的電纜環(huán)路在由開環(huán)向閉環(huán)轉變時 ,需變電所再提供一個 1OkV 出線柜 ,電纜利用率也降低一半 .為緩解這矛盾,故研發(fā)了 ”三供一備 ”接線.48 供用電 2008年第 1期從圖 1 可看出,此接線實為 3 條閉式環(huán)網(wǎng)回 路的組合 （僅占用變電所 4 個 l0kV 出線柜 ）,比

6、 3條獨立的閉式環(huán)網(wǎng)回路 （共需要 6 個出線柜）節(jié) 省兩個出線柜 ,線路電纜利用率由 50（需 6 條 電纜供同樣負荷 ）提高到 75（需 4 條電纜供 3 條線路上的全部負荷 ）.為配電網(wǎng)建設與改造節(jié) 省了大量的投資 .另外 ,從運行方式上看 ,供電也 更加靈活 .所以該接線在深圳供電局得到了廣泛 應用 ,并逐步推廣到全國各兄弟局 .雖然采用了 ”供一備”接線，供電可靠性大 大提高了 ,但線路故障時需要查找故障點 ,去用戶 配電室進行倒閘操作 ,有時仍需停電數(shù)小時 .因 此,要真正做到對故障線路用戶不問斷供電,必須實施配電網(wǎng)自動化 .2l0kV 配電自動化的概念 10kV 配電自動化是指利

7、用現(xiàn)代通信和計算 機技術 ,對電網(wǎng)在線運行設備進行遠方監(jiān)視和控 制的網(wǎng)絡系統(tǒng) .主要包括配電管理系統(tǒng)自動化 (DMS),變電所自動化(SA),饋線自動化(FA), 用戶(需方管理)自動化(DSM)4個方面的內容. 配電管理系統(tǒng) (DMS 主站)是整個配電自動 化系統(tǒng)的監(jiān)觀 ,控制和管理中心 ,配有對整個配電 系統(tǒng)進行實時監(jiān)控的 SCADA 系統(tǒng)和一些其他控 制管理系統(tǒng) ,地理信息系統(tǒng)等 . 磧線自動化是指變電所 10kV 出線柜到用 戶設備之間的 l0kV 線路自動化 .主要功能有 : 數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控(SCADA)即遠動功能(遙信， 遙控,遙測三遙功能)；故障定位隔離及自動恢 復供電;無功補償

8、電容器組的自動投切控制. 變電所自動化可以是一個獨立自動化系統(tǒng) , 也町上與控制中心或 DMS 系統(tǒng)通信 ,下與饋線 自動化系統(tǒng)相聯(lián) ,成為酉己電系統(tǒng)的二級主站 .3 饋線自動化 饋線自功化主要分為一次設備 ,控制箱 ,通 信,FA控制(二級)主站及SCAD/VDMS配電管 理系統(tǒng) (一級)主站等個層次 .3.1 一次設備 深圳供電局 10kV 電纜線路的主要設備有 :l0 kV電纜,10kV環(huán)網(wǎng)柜,IOkV電纜分接箱，箱式變 電站等 .后兩項主要應用在架空線改造為電纜線 路中, ”三供一備 ”接線主要應用前兩項設備 .3.1.110kV 電纜因深圳供電局以前10kV系統(tǒng)采用中性點 不接地方式

9、 ,故從那時起 I0kV 電纜主要采用YJV22 8.7/15kV 3X3OOmm 電纜.現(xiàn)改為中 性點經(jīng)中值電阻接地方式 ,單相接地故障時 ,斷路 器跳閘不再帶電運行 ,故對絕緣電壓等級要求降 低,所以原 I0kV 電纜滿足要求 ,無須更換 .3.1.210kV環(huán)網(wǎng)開關柜深圳供電局率先在我國的10kV系統(tǒng)中采 用了電纜環(huán)網(wǎng)供電 ,當時環(huán)網(wǎng)柜尚無國內產品 ,全 部采用進口設備 ,這些設備按 IEC 標準,熱穩(wěn)定 電流標定為20kA(2s)后來國產產品出現(xiàn)，為 滿足本局要求生產出25kA(2S)的產品，且新上 用戶設備又按本局要求 ,環(huán)網(wǎng)柜的負荷開關都安 裝有電動操作機構 ,并加裝了零序電流互感

10、器 . 由于本局部分變電所的10kV母線短路容量已 經(jīng)超過20kA,所以除少部分滿足不了容量要求 的環(huán)網(wǎng)柜需要更換外 ,大多環(huán)網(wǎng)柜能滿足要求 ,不 必更換 .但無電動操作機構的環(huán)網(wǎng)柜需加裝電動 操作機構和零序電流互感器 .考慮到整個配電自 動化要求 ,還需加裝檢測相問故障的兩相電流互 感器或電流傳感器，其變比為600/5A（或600/1 A）,另外需安裝電壓互感器（采用V/V連接方式 即可）.若在環(huán)網(wǎng)柜內安裝困難 ,也可采用電壓傳 感器替代,變比為1ooo/10V.近兩年來，由于深 圳供電局對用戶由低壓側計量改為高壓側計量 , l0kV 環(huán)網(wǎng)柜需新增加計量單元柜 ,因此上述二 次設備的安裝空間

11、也較充裕 .3.2 控制箱控制箱使環(huán)網(wǎng)柜負荷開關與 SADA 監(jiān)控系統(tǒng) 的連接成為可能 .控制箱可參照環(huán)網(wǎng)柜尺寸配套安 裝在環(huán)網(wǎng)柜一邊 .控制箱內應裝有以下主設備 .1）饋線遠方終端（FTU或FA RTU）.它與 傳統(tǒng)的調度自動化中的 RTU 有所不同 ,它能夠 測量與記錄故障電流幅值與方向 ;能夠對操作電 源及開關進行監(jiān)控 .對于”三供一備 ”接線故障定 位,切除及恢復供電的最簡單方式 ,僅需監(jiān)測用戶 環(huán)網(wǎng)柜環(huán)進 ,環(huán)出兩單元及備用電源環(huán)網(wǎng)柜四進 線單元的零序電流值 ,即可滿足要求 .2）監(jiān)控設備 .用戶環(huán)網(wǎng)柜負荷開關應安裝 有電動操作機構 ,并設有防止誤操作的電氣連鎖2008年第 1期供用

12、電 49功能 ,可以實現(xiàn)遠方遙控 ,根據(jù)指令按時間順序選 擇性地操作 ,及時排除故障 ,控制電動操作機構自 動切換進線電源 ,有選擇性地分合閘 .3）不間斷供電備用電源 .為保證電網(wǎng)斷電 時,在幾小時內仍可不間斷地對負荷開關操作機 構及監(jiān)控裝置 ,開關接口及數(shù)據(jù)傳輸?shù)榷坞娮?設備供電 ,控制箱內應裝蓄電池直流電源作為備 用電源 .平時由電壓互感器二次側對其充電 .4）通信終端 .箱內應裝有光纖通信的通信 接口等通信單元 .3.3 故障隔離及恢復供電 圖 2 為電纜線路 Wl 故障及恢復供電的示意 圖.現(xiàn)以圖 2”三供一備 ”接線中的一回電纜線路 故障為例來說明故障處理的過程 .圖 2 線路

13、Wl 故障及恢復供電示意圖 正常運行時 ,Wl 的各負荷開關分合狀況同 本文 1.1 所述.當線路 k 點發(fā)生接地故障時 ,A 變電所出線 斷路器QF1跳閘后閉鎖（不設重合閘）,FA控制 主站通過各 FTU 發(fā)出的信息可判斷出故障點 . 因此時 a,b 兩環(huán)網(wǎng)柜 FTU 可檢測到故障電流 , 而 C,d 兩環(huán)網(wǎng)柜檢測不到 ,由此可確定故障區(qū)段 在 b,c 之間.然后自動斷開故障段兩端的負荷開 關 4 和 5,合上備用電源柜的負荷開關 9,12.最 后,A變電所的斷路器QF1合閘,恢復對a,b兩 環(huán)網(wǎng)柜供電；B變電所斷路器QF備合閘（冷備用 狀態(tài)時）,C,d兩環(huán)網(wǎng)柜改由B變電所供電.這 樣,故障

14、線路用戶停電時間可由以前的幾小時縮 短至60S,基本實現(xiàn)了不間斷向用戶供電.3.4 通信方式 由于深圳特區(qū)內高層建筑很多 , 所以不適宜 采用無線電通信 .根據(jù)市政電纜溝分布較廣的特 點,建議采用光纖通信 ,光纜與電纜溝同溝鋪設 .3.5FA饋線自動化控制主站FA 主站與 FTU 通信,完成故障點定位 ,自 動隔離，恢復供電,SCADA監(jiān)控等自動化功能. 鑒于深圳市區(qū)變電所較多 ,分布較廣且已有變電 所自動化系統(tǒng)和調度 SCADA 主站系統(tǒng)的現(xiàn)狀 , 可在就近的變電所設置FA主站作為二級主站， 與變電所自動化配合以節(jié)省投資 .4結語本文介紹了 ”三供一備”電纜網(wǎng)絡饋線自動化 方案,具體實施還需

15、要進行方案確定 ,FTU 等設 備的選擇 ,經(jīng)濟技術比較等 ,還有大量工作要做 . 以下以 FTU 控制箱的配置為例 ,予以簡略說明 . 深圳配電網(wǎng)每個電纜環(huán)網(wǎng)回路是按配電變壓 器總容量為 10000kVA 來組網(wǎng)的 ,由于每個用 戶環(huán)網(wǎng)柜所帶的配電變壓器容量不同 ,所以每個 回路環(huán)接的用戶環(huán)網(wǎng)柜數(shù)量亦不相同 ,少則二三 組 ,多則十幾組 .為節(jié)省投資 ,對一些配電容量較 小,且負荷性質并不重要的用戶環(huán)網(wǎng)柜 ,可不單獨 設置FTU.而是將附近二三個相鄰用戶環(huán)網(wǎng)柜 共用一個 FTU 控制箱 ,并根據(jù)兩側電纜長度及 安全運行狀態(tài)合理地確定 FTU 安裝點 .這樣, 當該區(qū)段發(fā)生故障被隔離時 ,在具體故障點確定 后,可手動恢復未裝 FTU 的非故障用戶