配電自動(dòng)化方案探討

1、配電自動(dòng)化方案探討馮建興 廈門(mén)興廈控電氣有限公司摘要 ：介紹了配網(wǎng)自動(dòng)化的方案；并分析各種方案實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配電、故障定位、測(cè)量、消除暫時(shí)性故障和隔離永久性故障、恢復(fù)非故障區(qū)段供電的過(guò)程。0 前言隨著電力系統(tǒng)的逐步改造，我國(guó)電網(wǎng)供電可靠率不斷提高，從1998年至今，城鄉(xiāng)電網(wǎng)供電可靠率由原來(lái)的99.81%提高到99.897%。而同時(shí)，經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，人們對(duì)供電的可靠性的要求亦越來(lái)越高?，F(xiàn)如今，配電網(wǎng)設(shè)備市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)是：量大，智能化、數(shù)字化程度高，據(jù)報(bào)道我國(guó)“十五”計(jì)劃中，將提高電網(wǎng)裝備水平、改善電網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)管理列為五大戰(zhàn)略重點(diǎn)之一。 “十五” 計(jì)劃中城網(wǎng)建設(shè)改造也提出了提高中

2、壓配電網(wǎng)監(jiān)控自動(dòng)化、信息和用電管理水平，提高運(yùn)營(yíng)管理效率的目標(biāo)。農(nóng)村電網(wǎng)由于處于電網(wǎng)的末端，對(duì)配網(wǎng)自動(dòng)化的要求也逐漸引起大家的重視。本文以abb公司產(chǎn)品為基礎(chǔ)就環(huán)網(wǎng)供電模式介紹了目前一些不帶遠(yuǎn)程配電管理系統(tǒng)的配網(wǎng)自動(dòng)化方案及其功能特點(diǎn)，并推薦介紹了帶簡(jiǎn)單通信的高效率方案供參考。1 配網(wǎng)自動(dòng)化的概述經(jīng)過(guò)幾年的電網(wǎng)改造，國(guó)內(nèi)大部分配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已從輻射型供電模式改進(jìn)為雙電源的手拉手或多電源的網(wǎng)格型環(huán)網(wǎng)供電模式。于是環(huán)網(wǎng)供電模式的配網(wǎng)自動(dòng)化方案的應(yīng)用就顯得更為廣泛。配網(wǎng)自動(dòng)化方案具有自動(dòng)配電、故障定位、測(cè)量、消除暫時(shí)性故障和隔離永久性故障、恢復(fù)非故障區(qū)段供電的功能，并應(yīng)具有逐步升級(jí)功能，最終可達(dá)到整個(gè)

3、系統(tǒng)完全自動(dòng)化及遠(yuǎn)控。配電自動(dòng)化設(shè)備主要有重合器、斷路器或分段開(kāi)關(guān)及配套的控制器，考慮到經(jīng)濟(jì)方面的因素，更多的采用重合器配分段開(kāi)關(guān)。各開(kāi)關(guān)均應(yīng)能直接從電網(wǎng)中通過(guò)pt獲取工作電源，為保證在失電情況下的操作不受電網(wǎng)影響，各控制器還應(yīng)配有充電器和蓄電池。本文中采用的重合器、分段開(kāi)關(guān)及其配套控制器均以abb公司產(chǎn)品為例，重合器配置相應(yīng)的控制器為pcd2000，分段開(kāi)關(guān)配置相應(yīng)的控制器為rec523，簡(jiǎn)單介紹了單機(jī)模式（不上后臺(tái)）的配網(wǎng)自動(dòng)化方案。2 配網(wǎng)自動(dòng)化的方案21 電壓-時(shí)間型方案 該電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)假定為如圖所示開(kāi)環(huán)環(huán)網(wǎng)供電模式：r1、r2、r3為自動(dòng)重合器，s1、s2為自動(dòng)分段開(kāi)關(guān)。正常供電情況下

4、r3處于分閘狀態(tài)， r1、r2和s1、s2處于合閘位置。一、各自動(dòng)化設(shè)備的整定參數(shù)如下：開(kāi)關(guān)整定：1）重合器r1、r2、r3整定值設(shè)定為：重合閘次數(shù)設(shè)定為2次，動(dòng)作順序?yàn)閛-t1-co-t2-co后分閘閉鎖；r1、r2整定值設(shè)定為：電源側(cè)失電則經(jīng)t1時(shí)間后分閘閉鎖；nop開(kāi)關(guān)r3整定值設(shè)定為：兩側(cè)失電則經(jīng)t4時(shí)間后，重合器將進(jìn)行合閘。2）分段開(kāi)關(guān)s1、s2設(shè)定為：設(shè)定其感測(cè)到一側(cè)有電時(shí)延時(shí)合閘；開(kāi)關(guān)感測(cè)到電源電壓至合閘時(shí)間為t1；兩側(cè)失去電壓時(shí)分閘，感測(cè)到失壓到分閘的時(shí)間t3；開(kāi)關(guān)合閘后經(jīng)時(shí)間t2內(nèi)檢測(cè)到失壓，則在失壓時(shí)分閘閉鎖。實(shí)際上，t1、t2、t3、t4等時(shí)間長(zhǎng)短均可按需要設(shè)定，須注意各

5、時(shí)間之間的配合關(guān)系（t3 t1t2，t2t1，t1+t2+t3t4）。二、各段故障時(shí)各開(kāi)關(guān)的動(dòng)作順序l 正常供電狀態(tài)r1、r2、s1、s2處于合閘位置，r3處于分閘位置。圖一l 段故障瞬時(shí)性故障由變電站斷路器的一次重合閘動(dòng)作恢復(fù)；發(fā)生永久性故障時(shí)，變電站斷路器經(jīng)重合不成功后跳閘。r1感知失電后，經(jīng)延時(shí)t3分閘并閉鎖，從而故障被隔離。s1開(kāi)關(guān)則因失電而跳開(kāi)，r3感測(cè)一側(cè)失電經(jīng)t4時(shí)間后合閘，之后s1感知一側(cè)帶電，經(jīng)過(guò)t1后合閘，于是段恢復(fù)供電。l 段故障發(fā)生故障時(shí)，重合器由于故障電流通過(guò)分閘，開(kāi)關(guān)s1感測(cè)到失壓經(jīng)t3后自動(dòng)跳開(kāi)。瞬時(shí)性故障則在r1的一次重合閘成功后，開(kāi)關(guān)s1得電合閘而恢復(fù)。永久性

6、故障時(shí)r1重合閘一次不成功后跳閘。經(jīng)過(guò)t2后，r1第二次重合閘不成功，重合器r1分閘閉鎖。而重合器r3感測(cè)到一側(cè)失電t4后合閘。然后，s1開(kāi)關(guān)感側(cè)到得電經(jīng)t1后合閘。此時(shí)，由于故障仍然存在，重合器r2分閘，并重合閘一次。s1開(kāi)關(guān)在t2時(shí)間內(nèi)感測(cè)到故障，同時(shí)重合器因故障而跳閘，該段再次失電，s1開(kāi)關(guān)分閘閉鎖，隔離故障區(qū)。 t2后，重合器r3第二次重合閘成功，恢復(fù)段供電。l 段故障發(fā)生故障時(shí)，重合器由于故障電流通過(guò)分閘，開(kāi)關(guān)s1感測(cè)到失壓經(jīng)t3后自動(dòng)跳開(kāi)。瞬時(shí)性故障則在r1的一次重合閘成功后，開(kāi)關(guān)s1得電合閘而恢復(fù)。永久性故障時(shí)在r1的一次重合閘成功后，開(kāi)關(guān)s1得電合閘，又因故障仍然存在，重合器再

7、次分閘，s1在感知故障后t3內(nèi)分閘閉鎖，故障被隔離。之后重合器r1在第二次重合閘時(shí)合閘成功。于是恢復(fù)段供電。開(kāi)關(guān)r3在感知一側(cè)失電t4后，自動(dòng)合閘，并因故障的存在，重合閘不成功閉鎖，故障被定位。l 其它各段方案與段類(lèi)似。該方案采用自動(dòng)重合器、分段開(kāi)關(guān)及其配套控制器和電壓互感器等設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)，投資成本相對(duì)較低；方案可根據(jù)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)增加分段點(diǎn)，只需對(duì)相應(yīng)開(kāi)關(guān)的整定值適當(dāng)調(diào)整。22 電流-計(jì)數(shù)型方案該電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)假定為如圖所示開(kāi)環(huán)環(huán)網(wǎng)供電模式：r1、r2、r3為自動(dòng)重合器，s1、s2為自動(dòng)分段開(kāi)關(guān)。重合器r3位網(wǎng)點(diǎn)開(kāi)關(guān)。正常供電情況下r3處于分閘狀態(tài)， r1、r2和s1、s2處于合閘位置。圖二一、各自動(dòng)

8、化設(shè)備的整定參數(shù)如下：開(kāi)關(guān)整定：1）重合器r1、r2設(shè)定為：重合閘次數(shù)為2次，重合閘順序設(shè)定為o-t1-co-t2-co后分閘閉鎖； r1、r2電源側(cè)失電時(shí)延時(shí)跳閘閉鎖，電源側(cè)得電延時(shí)自動(dòng)合閘，過(guò)電流或接地故障時(shí)保護(hù)跳閘。2）重合器r3設(shè)定為：重合閘次數(shù)為2次，重合閘順序設(shè)定為o-t1-co-t2-co后分閘閉鎖；兩側(cè)帶電時(shí)開(kāi)關(guān)不合閘，兩側(cè)僅有一側(cè)帶電時(shí)延時(shí)t3合閘，過(guò)電流或接地故障時(shí)保護(hù)跳閘，其保護(hù)啟動(dòng)值應(yīng)小于重合器r1、r2的啟動(dòng)值。3）分段開(kāi)關(guān)s1、s2設(shè)定：設(shè)定其感測(cè)到過(guò)電流或接地故障時(shí)啟動(dòng)計(jì)數(shù)器功能；在t1時(shí)間內(nèi)感測(cè)到故障則計(jì)數(shù)器記錄1次，設(shè)定其在計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)達(dá)1次后延時(shí)t2后分閘閉鎖

9、；若在t1時(shí)間內(nèi)故障電流消失，則計(jì)數(shù)器復(fù)位，該開(kāi)關(guān)不動(dòng)作。t1、t2、t1、t2等時(shí)間須注意各時(shí)間之間的配合關(guān)系（t1t1t2t1+ t2t1+t1）合閘；在過(guò)電流或接地故障時(shí)向上一級(jí)發(fā)出保護(hù)閉鎖信號(hào)，并在本開(kāi)關(guān)未收到任何保護(hù)閉鎖信號(hào)時(shí)延時(shí)t1（t2t1t1）跳閘。3）其它分段開(kāi)關(guān)設(shè)定：過(guò)電流或接地故障時(shí)向上一級(jí)發(fā)出保護(hù)閉鎖信號(hào)，并在本開(kāi)關(guān)未收到任何保護(hù)閉鎖信號(hào)時(shí)延時(shí)t1（t2t1t1）跳閘。各相鄰兩臺(tái)分段開(kāi)關(guān)的控制器之間連接通訊線，不需任何自動(dòng)化管理系統(tǒng)。通訊線可采用光纖通訊、電力線載通訊系統(tǒng)、無(wú)線電、電話線或手機(jī)等。配置及連線圖如圖所示。二、各段故障時(shí)各開(kāi)關(guān)的動(dòng)作順序之一暫時(shí)性故障由重合器

10、一次重合閘動(dòng)作恢復(fù)。發(fā)生永久性故障時(shí)，重合器一次重合閘不成功，則感知故障的每臺(tái)開(kāi)關(guān)給鄰近的上一級(jí)開(kāi)關(guān)發(fā)出該故障的保護(hù)閉鎖信號(hào)。但故障發(fā)生點(diǎn)的上級(jí)分段開(kāi)關(guān)僅感知故障并發(fā)出信號(hào)而未收到任何故障信號(hào)，于是這臺(tái)開(kāi)關(guān)將經(jīng)t1跳閘；重合器重合閘不成功后經(jīng)t2后進(jìn)行第二次重合閘成功，系統(tǒng)部分無(wú)故障區(qū)恢復(fù)供電。而nop（常開(kāi)點(diǎn)）環(huán)網(wǎng)單元的負(fù)荷開(kāi)關(guān)在一側(cè)失電情況下延時(shí)t2一段時(shí)間后合閘；由于故障仍然存在，另一臺(tái)出線斷路器保護(hù)跳閘，之后，如前所述原理，故障上一級(jí)開(kāi)關(guān)分閘后故障區(qū)域被隔離，斷路器第二次合閘成功，系統(tǒng)所有無(wú)故障區(qū)恢復(fù)供電。整個(gè)故障定位、隔離及恢復(fù)供電僅在較短時(shí)間內(nèi)完成。三、各段故障時(shí)各開(kāi)關(guān)的動(dòng)作順序之

11、二各開(kāi)關(guān)的設(shè)定值按先前第一點(diǎn)設(shè)定外，可對(duì)各控制器rec523增加一設(shè)定：各分段開(kāi)關(guān)因故障向上一級(jí)發(fā)出保護(hù)閉鎖信號(hào)用于閉鎖上級(jí)開(kāi)關(guān)，故障上級(jí)的開(kāi)關(guān)因故障而分閘的同時(shí)，向下一級(jí)開(kāi)關(guān)發(fā)出跳閘指令，促使下一級(jí)開(kāi)關(guān)一并分閘。同樣，各相鄰兩臺(tái)分段開(kāi)關(guān)的控制器之間連接通訊線，不需任何自動(dòng)化管理系統(tǒng)。則各段故障時(shí)各開(kāi)關(guān)的動(dòng)作順序按如下所述：暫時(shí)性故障由重合器一次重合閘動(dòng)作恢復(fù)。發(fā)生永久性故障時(shí)，故障上級(jí)的開(kāi)關(guān)與先前動(dòng)作順序不變，在重合器一次重合閘不成功后，這臺(tái)開(kāi)關(guān)將經(jīng)t1跳閘；此時(shí)，此開(kāi)關(guān)開(kāi)始向下一級(jí)（即故障下級(jí)開(kāi)關(guān)）發(fā)出跳閘指令，故障下級(jí)開(kāi)關(guān)跳閘，故障在最短時(shí)間內(nèi)被隔離；重合器經(jīng)t2后進(jìn)行第二次重合閘成功，

12、系統(tǒng)部分無(wú)故障區(qū)恢復(fù)供電。而nop（常開(kāi)點(diǎn)）環(huán)網(wǎng)單元的負(fù)荷開(kāi)關(guān)在一側(cè)失電情況下延時(shí)t2一段時(shí)間后合閘；由于故障已經(jīng)被隔離，系統(tǒng)所有無(wú)故障區(qū)恢復(fù)供電。整個(gè)故障定位、隔離及恢復(fù)供電僅在極短時(shí)間內(nèi)完成。該方案實(shí)現(xiàn)故障定位、隔離及非故障段的恢復(fù)供電極為方便，故障定位時(shí)間短、準(zhǔn)確率高，且接線及參數(shù)設(shè)定簡(jiǎn)單可靠，可無(wú)限增加或減少分段點(diǎn)而無(wú)需改變?cè)_(kāi)關(guān)的設(shè)定值。若將分段開(kāi)關(guān)換為斷路器，則故障定位、隔離及非故障段的恢復(fù)供電的時(shí)間短，效率及可靠性更高。網(wǎng)絡(luò)逐步升級(jí)方便，更易于實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)監(jiān)控自動(dòng)化和配網(wǎng)自動(dòng)化管理系統(tǒng)。24 簡(jiǎn)單通信型方案（閉環(huán)）該電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)假定為如圖所示閉環(huán)環(huán)網(wǎng)供電模式（無(wú)網(wǎng)點(diǎn)開(kāi)關(guān)nop）：變電站

13、出線斷路器具有自動(dòng)重合閘功能，其余各分段點(diǎn)均為自動(dòng)分段開(kāi)關(guān)。正常供電情況下出線斷路器和各分段開(kāi)關(guān)均處于合閘狀態(tài)。分段開(kāi)關(guān)選用方向過(guò)流和方向接地保護(hù)。一、各自動(dòng)化設(shè)備的整定參數(shù)如下：開(kāi)關(guān)整定：1）出線斷路器設(shè)定為：重合閘次數(shù)為2次，重合閘順序設(shè)定為o-t1-co-t2-co后分閘閉鎖；過(guò)電流或接地故障時(shí)保護(hù)跳閘。2）分段開(kāi)關(guān)設(shè)定：過(guò)電流或接地故障時(shí)向上一級(jí)發(fā)出保護(hù)閉鎖信號(hào)，并在本開(kāi)關(guān)未收到任何保護(hù)閉鎖信號(hào)時(shí)延時(shí)t1（t2t1t1）跳閘。各相鄰兩臺(tái)分段開(kāi)關(guān)的控制器之間連接通訊線，不需任何自動(dòng)化管理系統(tǒng)。通訊線可采用光纖通訊、電力線載通訊系統(tǒng)、無(wú)線電、電話線或手機(jī)等。配置及連線圖如圖所示。圖四二、各

14、段故障時(shí)各開(kāi)關(guān)的動(dòng)作順序暫時(shí)性故障由重合器一次重合閘動(dòng)作恢復(fù)。發(fā)生永久性故障時(shí)，重合器一次重合閘不成功，則感知故障的每臺(tái)開(kāi)關(guān)給鄰近的上一級(jí)開(kāi)關(guān)發(fā)出該故障的保護(hù)閉鎖信號(hào)；但故障發(fā)生點(diǎn)兩側(cè)的分段開(kāi)關(guān)僅感知故障并發(fā)出故障保護(hù)閉鎖信號(hào)而未收到任何故障保護(hù)閉鎖信號(hào)，于是該兩臺(tái)負(fù)荷開(kāi)關(guān)在重合器第一次重合閘不成功后分閘狀態(tài)下延時(shí)跳閘，從而隔離了故障。同時(shí)重合器第二次重合閘成功，系統(tǒng)所有無(wú)故障區(qū)恢復(fù)供電，整個(gè)故障定位及隔離僅數(shù)秒時(shí)間。該方案實(shí)現(xiàn)故障定位、隔離及非故障段的恢復(fù)供電極為方便，故障定位時(shí)間更短、準(zhǔn)確率高，可無(wú)限增加或減少分段點(diǎn)而無(wú)需改變?cè)_(kāi)關(guān)的設(shè)定值，并且接線及設(shè)定簡(jiǎn)單、可靠。若將分段開(kāi)關(guān)換為斷路器

15、，則故障定位、隔離及非故障段的恢復(fù)供電的時(shí)間、效率及可靠性更高。網(wǎng)絡(luò)逐步升級(jí)方便，更易于實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)監(jiān)控自動(dòng)化和配網(wǎng)自動(dòng)化管理系統(tǒng)。25 重合器方案 該電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)假定為如圖所示開(kāi)環(huán)環(huán)網(wǎng)供電模式：r1r5為自動(dòng)重合器。正常供電情況下s3處于分閘狀態(tài)， r1、r2、r4、r5處于合閘位置，r3處于分閘位置。一、各自動(dòng)化設(shè)備的整定參數(shù)如下：開(kāi)關(guān)整定：重合器r1r5第一整定值設(shè)定為：重合閘次數(shù)設(shè)定為2次，動(dòng)作順序?yàn)閛-t1-co-t2-co后分閘閉鎖，重合器r3r5第二整定值設(shè)定為：一次跳閘即分閘閉鎖；重合器配置pcd2000和環(huán)網(wǎng)控制模塊lcm，有三種模式：1）分段重合器模式，正常情況下，開(kāi)關(guān)采用第一整

16、定值，電源測(cè)失電則經(jīng)t1時(shí)間后分閘閉鎖，r1、r2采用此設(shè)定值；2）中間重合器模式，正常情況下，開(kāi)關(guān)采用第一整定值，電源測(cè)失電則重合器將設(shè)定值切換到第二組設(shè)定值，同時(shí)，改變到一次跳閘即分閘閉鎖，r4、r5采用此設(shè)定值；3）聯(lián)絡(luò)重合器模式，正常情況下，開(kāi)關(guān)采用第一整定值，兩側(cè)失電則經(jīng)t2時(shí)間后，重合器將設(shè)定值切換到第二組設(shè)定值并合閘，同時(shí)，改變到一次跳閘即分閘閉鎖，nop開(kāi)關(guān)r3采用此設(shè)定值；4）各重合器的設(shè)定值在開(kāi)關(guān)合閘狀態(tài)下，經(jīng)t3后，恢復(fù)到第一設(shè)定值，即正常設(shè)定值。實(shí)際上，t1、t2、t3等時(shí)間長(zhǎng)短均可按需要設(shè)定，須注意各時(shí)間之間的配合關(guān)系（t1 t2，t1 t2，t1+t2 t2，t3時(shí)

17、間另定）。二、各段故障時(shí)各開(kāi)關(guān)的動(dòng)作順序l 正常供電狀態(tài)r1、r2、r4、r5處于合閘位置，r3處于分閘位置。圖五l 段故障瞬時(shí)性故障由變電站斷路器的一次重合閘動(dòng)作恢復(fù)；發(fā)生永久性故障時(shí)，變電站斷路器經(jīng)重合不成功后跳閘。r1感知失電后，經(jīng)延時(shí)t1分閘并閉鎖，從而故障被隔離。r4、r3開(kāi)關(guān)則因失電整定值自動(dòng)切換到第二整定值，r4開(kāi)關(guān)保持在合閘位置，r3失電后經(jīng)t4時(shí)間后合閘，于是段恢復(fù)供電。之后，各開(kāi)關(guān)恢復(fù)整定值至正常設(shè)定值，以備下一次故障時(shí)正常工作。l 段故障瞬時(shí)性故障由重合器r1的一次重合閘動(dòng)作恢復(fù)；發(fā)生永久性故障時(shí)，重合器由于故障電流通過(guò)，r1重合閘兩次后跳閘。r4、r3開(kāi)關(guān)則因失電整定值

18、自動(dòng)切換到第二整定值，r4開(kāi)關(guān)保持在合閘位置，r3經(jīng)t4時(shí)間后合閘。由于故障仍然存在，重合器在第二整定值的保護(hù)下，先于r3分閘并閉鎖，于是故障備隔離，同時(shí)恢復(fù)段供電。l 段故障瞬時(shí)性故障由重合器r1的一次重合閘動(dòng)作恢復(fù)；發(fā)生永久性故障時(shí)，重合器由于故障電流通過(guò)，r4重合閘兩次不成功跳閘閉鎖。r3開(kāi)關(guān)則因失電整定值自動(dòng)切換到第二整定值，經(jīng)t4時(shí)間后合閘，合在故障段，重合器迅速分閘并閉鎖，于是故障段備隔離，同時(shí)恢復(fù)段供電。l 其它各段方案與段類(lèi)似。該方案采用自動(dòng)重合器實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)自動(dòng)化的方案相當(dāng)迅速、簡(jiǎn)便，故障影響面小、沖擊次數(shù)少、恢復(fù)供電時(shí)間快，而且可靠性極高。鑒于國(guó)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)大多采用舊網(wǎng)改進(jìn)做成手拉手環(huán)網(wǎng)供電，站內(nèi)斷路器多為一次重合閘，若將站內(nèi)保護(hù)裝置改成pcd2000，基于重合器和其控制器