綜合配電自動化終端的設計及實現(xiàn)

摘 要 配網(wǎng)運行經(jīng)驗表明，配網(wǎng)故障一般位于分支線路上，主線路發(fā)生故障的概率不高。針對目前配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的結(jié)構和特點，從配網(wǎng)改造和建設實際出發(fā)，提出一種綜合配電自動化終端設計方案，在分支線路配置集繼電保護、無功補償、無源自供電、多種通信接口功能于一體的配電自動化終端，快速隔離配網(wǎng)故障和動態(tài)改善配網(wǎng)電能質(zhì)量，解決失電時配電終端設備工作和斷路器操作的電源問題，實現(xiàn)提高供電可靠性和供電質(zhì)量的目的。

引言

配網(wǎng)是整個電力系統(tǒng)的末端，直接面向終端用戶，供電可靠性和供電質(zhì)量要求越來越高。目前國內(nèi)配網(wǎng)基礎設施和結(jié)構相對比較薄弱;供電質(zhì)量較差，電壓水平低，網(wǎng)損率高;配電自動化程度還較低。配網(wǎng)的總體水平已不能滿足終端用戶日益增長的用電需求，大規(guī)模的配網(wǎng)自動化改造和建設正在積極展開。

配網(wǎng)自動化是建立在信息化的基礎上，將配電系統(tǒng)在線數(shù)據(jù)和離線數(shù)據(jù)、配電網(wǎng)數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)、電網(wǎng)結(jié)構和地理圖形進行信息集成，構成完整的自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)配電網(wǎng)及其設備正常運行及事故狀態(tài)下的監(jiān)測、保護、控制以及用電和配電管理的自動化，最終實現(xiàn)以大幅度提高供電可靠性、改善電能質(zhì)量為目標的對配電系統(tǒng)在線的、準實時的閉環(huán)控制[1]。配電自動化終端作為配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的重要基礎部分，要求其功能完善、工作可靠、擴展簡單以及維護方便。

本文在分析典型配電自動化方案基礎上，結(jié)合配網(wǎng)運行實際，提出一種配電自動化終端方案，以期能夠解決配網(wǎng)當前存在的實際問題。

典型配電自動化方案分析

考慮到各地方配電網(wǎng)的復雜性，不失一般性，配電網(wǎng)可以以如下拓撲示意：

圖一中，變電站的10kV出線配置斷路器和相應的保護，主線路上采用分段開關分段，各分支線路采用負荷開關的配置，所有開關均帶電動分、合閘功能。由于分段開關和負荷開關均不能開斷短路電流，因此不配置保護。故障區(qū)段查找、隔離以及恢復供電目前大致有兩種方案：

其一，依靠自動化開關設備反復配合動作來自動實現(xiàn)。在故障情況下，由變電站出線斷路器配置的保護切除故障，這時會造成全線失電，然后分段開關、負荷開關由于失壓而跳閘，然后再由變電站的斷路器合閘后，依次合負荷開關和分段開關來檢測故障點，當然還存在斷路器再次跳閘、再次合閘的可能，造成對負荷(尤其是變壓器)的多次沖擊，停電時間長。

其二，依靠分布在分段開關上的FTU采集故障信息，通過通信網(wǎng)絡上傳調(diào)度集中控制，通過遙控將故障隔離并恢復非故障區(qū)段供電。該方案減少了開關的反復動作，提高了設備運行安全，自動化程度高，對通信系統(tǒng)依賴很強。

已有的配網(wǎng)自動化方案[2~7]都是集中在配網(wǎng)主網(wǎng)架的故障隔離和網(wǎng)絡重構上，從理論上來說，這些方案都具有可行性，但在實際應用中都遇到了許多問題，導致系統(tǒng)并不能發(fā)揮其應有的效果，如：通信方式及通信系統(tǒng)穩(wěn)定性、故障判別元件的靈敏度配合、環(huán)境適用性、電源的可靠性等方面或多或少存在問題，應用的效果并不好。

綜合配電自動化終端設計

根據(jù)配網(wǎng)系統(tǒng)實際運行的統(tǒng)計，故障一般位于分支回路上，主回路上發(fā)生故障的概率并不大，而改造配網(wǎng)的出發(fā)點應該是能夠?qū)嶋H解決問題，如果能將分支線路的故障快速切除，將可以解決配網(wǎng)大部分的問題，即故障快速隔離、提高供電可靠性。

配網(wǎng)供電質(zhì)量較差，改善供電質(zhì)量的通常做法是在配網(wǎng)上安裝無功補償裝置。為了能夠減少電力用戶內(nèi)部各條配電線路的電能損耗，提高配網(wǎng)的功率因數(shù)，采用分散無功補償方式比較合適，即在分支線路公用配變低壓側(cè)、用戶的配電母線上安裝無功補償裝置。

考慮到上述情況，筆者提出分支線路配置集保護測控、無功補償、無源自供電、多種通信接口功能于一體的配電自動化終端。

首先，將分支線路的負荷開關更換為真空斷路器，為分支線路配置專門的保護。

在分支回路故障情況下，由分支線路斷路器切除故障，可以實現(xiàn)保護級的故障隔離。已有的配網(wǎng)自動化無論采用何種方案，故障隔離均不可能達到保護級(也就是能在1s內(nèi)隔離故障)，一般的時間為幾十秒或數(shù)分鐘，而采用此方案，故障切除可以在1s內(nèi)可靠完成，大大縮短了停電時間，提高了供電可靠性。

分支線路配置保護大大簡化了保護配合，所有分支回路的保護獨自整定，不需要和其他回路配合，如果分支回路下還有分支(如開閉所)，則可以同下面的分支回路的保護進行時間上的配合即可，變電站的線路出線保護只需要同所有分支回路保護的最長延時配合，有一定級差即可，保護整定和配合都非常簡單。

分支線路配置保護減少了對線路負荷的沖擊，分支斷路器切除分支回路故障后，變電站線路保護元件返回，如果分支回路帶重合閘，僅對該分支存在沖擊的可能(合閘到永久故障)，提高了設備運行安全。

其次，分支線路配置集成靜止無功發(fā)生器SVG，實現(xiàn)分支線路動態(tài)無功補償。

SVG并聯(lián)于電網(wǎng)中，相當于一個可變的無功電流源，通過調(diào)節(jié)逆變