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(luò)多采用”三供一備”接線的實(shí)際情況， 結(jié)合該接線的特點(diǎn) ,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(yīng)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(shí)施后 ,可基本實(shí)現(xiàn)不間斷向用戶供電 ,并可節(jié)約投 資.關(guān)鍵詞-環(huán)網(wǎng)供電 ;環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜 ;配電自動化中 圖 分 類 號 -TM727.2;TM727.4 文 獻(xiàn) 標(biāo) 識 碼 :B 文 章 編 號

2、:10066357(2008)01004703在 2o 世紀(jì) 8o 年代后期 ,為適應(yīng)深圳特區(qū)建設(shè)與發(fā)展 ,深圳配電網(wǎng)開始逐步采用環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜 電纜環(huán)網(wǎng)供電 .從 2o 世紀(jì) 9o 年代開始 ,為進(jìn)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(guān)柜的 數(shù)量，提高電纜及設(shè)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(jié)合深圳特區(qū)的特點(diǎn) ,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(guān)柜構(gòu)成的電纜環(huán)網(wǎng)回路 （可滿負(fù)荷 ）與同一 個不接任何用戶的四進(jìn)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(luò)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(yùn)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(jìn) ,環(huán)出兩負(fù)荷開關(guān)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(fù)荷開 關(guān)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(fù) 荷開關(guān) 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(dāng) 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(yīng) 停電線路的單元負(fù)荷開關(guān)，轉(zhuǎn)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(diǎn)接地時,QF1跳閘（大電流接地系統(tǒng)）. 手動操作將故障點(diǎn)兩端負(fù)荷開關(guān) 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(shí)現(xiàn)閉環(huán) ,提高了供電可靠性 .1.2接線優(yōu)缺點(diǎn)分析為提高供電可靠性 ,一條獨(dú)立的電纜環(huán)路在由開環(huán)向閉環(huán)轉(zhuǎn)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(shí)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(dú)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(fù)荷 ）提高到 75（需 4 條電纜供 3 條線路上的全部負(fù)荷 ）.為配電網(wǎng)建設(shè)與改造節(jié) 省了大量的投資 .另外 ,從運(yùn)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(yīng)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(diǎn) ,去用戶 配電室進(jìn)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(shí)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(jī)技術(shù) ,對電網(wǎng)在線運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)方監(jiān)視和控 制的網(wǎng)絡(luò)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(nèi)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(jìn)行實(shí)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(shè)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(yuǎn)動功能(遙信， 遙控,遙測三遙功能)；故障定位隔離及自動恢 復(fù)供電;無功補(bǔ)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(dú)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(shè)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(shè)備 深圳供電局 10kV 電纜線路的主要設(shè)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(yīng)用在架空線改造為電纜線 路中, ”三供一備 ”接線主要應(yīng)用前兩項設(shè)備 .3.1.110kV 電纜因深圳供電局以前10kV系統(tǒng)采用中性點(diǎn) 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(diǎn)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(yùn)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(guān)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(dāng)時環(huán)網(wǎng)柜尚無國內(nèi)產(chǎn)品 ,全 部采用進(jìn)口設(shè)備 ,這些設(shè)備按 IEC 標(biāo)準(zhǔn),熱穩(wěn)定 電流標(biāo)定為20kA(2s)后來國產(chǎn)產(chǎn)品出現(xiàn)，為 滿足本局要求生產(chǎn)出25kA(2S)的產(chǎn)品，且新上 用戶設(shè)備又按本局要求 ,環(huán)網(wǎng)柜的負(fù)荷開關(guān)都安 裝有電動操作機(jī)構(gòu) ,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(jī)構(gòu)的環(huán)網(wǎng)柜需加裝電動 操作機(jī)構(gòu)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(nèi)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(cè)計量改為高壓側(cè)計量 , l0kV 環(huán)網(wǎng)柜需新增加計量單元柜 ,因此上述二 次設(shè)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(fù)荷開關(guān)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(nèi)應(yīng)裝有以下主設(shè)備 .1）饋線遠(yuǎn)方終端（FTU或FA RTU）.它與 傳統(tǒng)的調(diào)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?qū)Σ僮麟?源及開關(guān)進(jìn)行監(jiān)控 .對于”三供一備 ”接線故障定 位,切除及恢復(fù)供電的最簡單方式 ,僅需監(jiān)測用戶 環(huán)網(wǎng)柜環(huán)進(jìn) ,環(huán)出兩單元及備用電源環(huán)網(wǎng)柜四進(jìn) 線單元的零序電流值 ,即可滿足要求 .2）監(jiān)控設(shè)備 .用戶環(huán)網(wǎng)柜負(fù)荷開關(guān)應(yīng)安裝 有電動操作機(jī)構(gòu) ,并設(shè)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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(jī)構(gòu)自 動切換進(jìn)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(nèi)仍可不間斷地對負(fù)荷開關(guān)操作機(jī) 構(gòu)及監(jiān)控裝置 ,開關(guān)接口及數(shù)據(jù)傳輸?shù)榷坞娮?設(shè)備供電 ,控制箱內(nèi)應(yīng)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(cè)對其充電 .4）通信終端 .箱內(nèi)應(yīng)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(fù)供電 圖 2 為電纜線路 Wl 故障及恢復(fù)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(fù)供電示意圖 正常運(yùn)行時 ,Wl 的各負(fù)荷開關(guān)分合狀況同 本文 1.1 所述.當(dāng)線路 k 點(diǎn)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(shè)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(diǎn) . 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(fù)荷開 關(guān) 4 和 5,合上備用電源柜的負(fù)荷開關(guān) 9,12.最 后,A變電所的斷路器QF1合閘,恢復(fù)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(shí)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(nèi)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(diǎn),建議采用光纖通信 ,光纜與電纜溝同溝鋪設(shè) .3.5FA饋線自動化控制主站FA 主站與 FTU 通信,完成故障點(diǎn)定位 ,自 動隔離，恢復(fù)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(diào)度 SCADA 主站系統(tǒng)的現(xiàn)狀 , 可在就近的變電所設(shè)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(jié)語本文介紹了 ”三供一備”電纜網(wǎng)絡(luò)饋線自動化 方案,具體實(shí)施還需

15、要進(jìn)行方案確定 ,FTU 等設(shè) 備的選擇 ,經(jīng)濟(jì)技術(shù)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?cè)萘繛?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(fù)荷性質(zhì)并不重要的用戶環(huán)網(wǎng)柜 ,可不單獨(dú) 設(shè)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(cè)電纜長度及 安全運(yùn)行狀態(tài)合理地確定 FTU 安裝點(diǎn) .這樣, 當(dāng)該區(qū)段發(fā)生故障被隔離時 ,在具體故障點(diǎn)確定 后,可手動恢復(fù)未裝 FTU 的非故障用戶