中壓配電網(wǎng)10kV線路接線方式及配電自動化

1、中壓配電網(wǎng)10kV接線方式及配電自動化摘要：配電網(wǎng)改造和配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)建設(shè)的目的在于提高配電網(wǎng)的可靠性。配電網(wǎng)接線方式的選擇是高水平配電 自動化系統(tǒng)的前提和重要基礎(chǔ)。該文從現(xiàn)實(shí)角度出發(fā)，探討了幾種適合我國實(shí)際的配電網(wǎng)架接線方式及它們的優(yōu)缺點(diǎn)，在 此基礎(chǔ)上著重介紹了如何實(shí)施配電網(wǎng)自動化。關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)位于電力系統(tǒng)的末端，直接與用戶相連，整個電力系統(tǒng)對用戶的供電能力和供電質(zhì)量最終都必須通過它來實(shí) 現(xiàn)和保障。中壓配電網(wǎng)的規(guī)劃、改造和建設(shè)已成為電力發(fā)展的一項(xiàng)十分重要的基礎(chǔ)工程，其中電網(wǎng)接線方式的選擇是一個 十分重要的問題。不同的城市電網(wǎng)，負(fù)荷密度、地理環(huán)境、配電變電站的保護(hù)方式、配電網(wǎng)的接地方式等是

2、不同的，因此 配電網(wǎng)的接線方式及自動化的實(shí)施應(yīng)因地制宜、各具特點(diǎn)。本文介紹了配電網(wǎng)的接線設(shè)計原則和配電自動化的實(shí)施原則， 并針對幾種典型接線方式探討了配電自動化的實(shí)施。1配電網(wǎng)接線方式設(shè)計原則目前正在進(jìn)行的城市電網(wǎng)建設(shè)改造工程，和即將實(shí)施的配電系統(tǒng)自動化建設(shè)工程，都要求對配電網(wǎng)的接線方式進(jìn)行 規(guī)劃設(shè)計，特別是配電系統(tǒng)自動化對一次系統(tǒng)接線方式的依賴性很強(qiáng)，它決定了配電系統(tǒng)自動化的故障處理方式。因此， 配電網(wǎng)的接線方式必須和配電系統(tǒng)自動化規(guī)劃緊密結(jié)合，一次系統(tǒng)接線方式必須滿足配電系統(tǒng)自動化的要求。配電網(wǎng)接線 方式設(shè)計應(yīng)遵循以下原則：便于運(yùn)行及維護(hù)檢修；優(yōu)化網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、降低線損；保證經(jīng)濟(jì)、安全運(yùn)行；節(jié)

3、約設(shè)備和材料，投資合理；適應(yīng)配電自動化的需要；有利于提高供電可靠性和電壓質(zhì)量；靈活地適應(yīng)系統(tǒng)各種可能的運(yùn)行方式。2配電自動化的實(shí)施原則注重投入產(chǎn)出。首先是先進(jìn)性與實(shí)用性的綜合考慮。先進(jìn)，即功能先進(jìn)，設(shè)備滿足使用要求、符合發(fā)展趨勢、不落 后；實(shí)用，對做好工作有較大幫助，對提高管理水平有較大意義，不搞“花架子”。此外，還要注意不同的地區(qū)要采用不 同的模式，如負(fù)荷密集程度、負(fù)荷重要性、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度、發(fā)展趨勢、售電收入等。合理的網(wǎng)架基礎(chǔ)。它包括多供電途徑的環(huán)狀網(wǎng)（或網(wǎng)格狀網(wǎng)）開環(huán)運(yùn)行，合理的設(shè)備容量和采用可靠的開關(guān)設(shè)備，靈 活的運(yùn)行方式，恰當(dāng)分段、恰當(dāng)聯(lián)絡(luò)，負(fù)荷密集區(qū)和重要區(qū)域設(shè)開閉所，以及合理的控制

4、和管理權(quán)限劃分。統(tǒng)一規(guī)劃、分步實(shí)施。系統(tǒng)規(guī)模較大，必須認(rèn)真規(guī)劃，盲目上馬會導(dǎo)致“推倒重來”的風(fēng)險，規(guī)劃負(fù)荷發(fā)展趨勢， 規(guī)劃體現(xiàn)高的投入產(chǎn)出，規(guī)劃反映不同地區(qū)的差異，首先實(shí)施網(wǎng)架基礎(chǔ)好，經(jīng)濟(jì)、社會效益明顯的區(qū)域，首先實(shí)施條件成熟，經(jīng)濟(jì)、社會效益明顯的功能。3中壓配電網(wǎng)接線方式比較和自動化的實(shí)施3.1架空線路的接線方式單電源輻射式接線。單電源輻射網(wǎng)是一種接線簡單清晰、運(yùn)行方便、建設(shè)投資較少的配電網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)線路或設(shè)備故障、 檢修時，用戶停電范圍大，系統(tǒng)供電可靠性較差。單電源輻射網(wǎng)主干線路一般要求分34段，每段線路配變裝接容量應(yīng) 控制在2.53MVA，供電半徑宜為35 km，如圖1所示。由于輻射網(wǎng)絡(luò)不存

5、在線路故障后的負(fù)荷轉(zhuǎn)移，可以不考慮線路 的備用容量，每條線路可滿載運(yùn)行，即正常最大供電負(fù)荷不超過該線路安全載流量。變電站畤線嘉路器一仁）分段開關(guān)6*T圖1單電源輻射式接線這種接線方式在實(shí)施配電自動化時可采用重合器、分段器如圖2所示，達(dá)到自動隔離和恢復(fù)供電要求，故障段指示 器需接入重合器經(jīng)變電站RTU系統(tǒng)，傳至調(diào)度端，可判斷故障段。DL-T變電站母線圖2重合器和分段器配合輻射網(wǎng)供電圖2中DL為變電站開關(guān)，L為配電室環(huán)網(wǎng)負(fù)荷開關(guān)，對于這種輻射網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可在變電站出線斷路器基礎(chǔ)上，增裝一 臺重合器（提供二次重合功能）與多臺分段器配合的方式，線路故障時由重合器切斷短路電流，既可解決重合器與分段器 的配合

6、需要，同時減少近區(qū)短路對主變的沖擊次數(shù)，縮短開關(guān)檢修周期。由于該系統(tǒng)存在一次故障全部跳閘無故障段的供 電可靠性的缺點(diǎn)，而且恢復(fù)非故障線路的時間較長，因此主要在市郊使用?！笆掷帧杯h(huán)網(wǎng)是目前城鎮(zhèn)配電網(wǎng)絡(luò)中普遍使用的一種接線方式，通過主干線路末端之間的直接聯(lián)絡(luò)，實(shí)行環(huán)網(wǎng)接 線，開環(huán)運(yùn)行，從而大大提高了供電可靠性如圖3所示。這種接線具有運(yùn)行方便、結(jié)線簡單、投資省、建設(shè)快等特點(diǎn)，但 該接線方式要求每條線路具有50%的備供能力，即正常最大供電負(fù)荷只能達(dá)到該線路安全載流量的1/2，以滿足配電網(wǎng)絡(luò)N-1安全準(zhǔn)則要求；一般每條線路配變裝接容量不超過10 MVA。圖3 “手拉手”環(huán)網(wǎng)接線在負(fù)荷密度不夠集中、投資

7、資金有限的條件下，對環(huán)網(wǎng)架空線路可采用重合器和電流式分段器配合實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)線路環(huán) 網(wǎng)自動化供電，如圖4所示，它能迅速可靠隔離故障和轉(zhuǎn)移負(fù)荷，操作簡單，運(yùn)行穩(wěn)定，是提高電網(wǎng)供電可靠性的經(jīng)濟(jì)有 效的技術(shù)手段。電源11 F圖4重合器、分段器配合環(huán)網(wǎng)供電假設(shè)：ST1、ST2重合一次，重合間隔為T1。S1檢測雙側(cè)電壓，任一側(cè)失壓，延時為T2合閘，不重合，其過電流動作比ST1、ST2快。L1、L2測到電流越限，由電流過零計數(shù)1次分閘，或檢測到電源側(cè)失壓，延時T3(T1 T2 T3)分閘，不重合。當(dāng)故障發(fā)生在K1處：出線斷路器檢測到故障電流斷開，如果是瞬時性故障，ST1重合成功，線路恢復(fù)供電；如果是 永久性故障

8、，ST1重合不成功再次開斷閉鎖，L1檢測到失壓T3分閘，故障被隔離；聯(lián)絡(luò)重合器S1檢測到失壓T2后合閘， 轉(zhuǎn)移供電成功。當(dāng)故障發(fā)生在K2處：出線斷路器檢測到故障電流斷開，L1檢測到電流越限，在電流過零時計數(shù)1次分閘，ST1重合 成功。S1檢測到失壓后延時T2合閘，如果是瞬時性故障，S1合閘成功；如果是永久性故障，S1檢測到故障電流，開斷 動作較ST2快，ST1斷開，ST2不動作；L2同樣檢測到越限電流，但隨后電流未過零，不計數(shù)，所以不分閘。3.2電纜的接線方式電纜單環(huán)網(wǎng)與架空線路“手拉手”環(huán)網(wǎng)接線方式一樣，都通過末端線路之間的直接連接，實(shí)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)接線，開環(huán)運(yùn)行如圖5所示。其主要特點(diǎn)是接線簡單、清

9、晰，運(yùn)行方便、靈活，當(dāng)環(huán)網(wǎng)線路中任一段電纜線路或環(huán)網(wǎng)單元故障時，單元供 電，大大提高了配電網(wǎng)絡(luò)供電可靠性。為了滿足N-1安全準(zhǔn)則要求，當(dāng)環(huán)網(wǎng)線路中可通過短時間的分段開關(guān)切換，很快恢 復(fù)環(huán)網(wǎng)的一回進(jìn)線出現(xiàn)故障時，另一回進(jìn)線應(yīng)承擔(dān)全部用電負(fù)荷，正常運(yùn)行時，每條線路應(yīng)留有50%備用容量，電纜線路 負(fù)載率較低。變電站1變電站2I圖5電纜單環(huán)網(wǎng)電纜單環(huán)網(wǎng)接線簡單、運(yùn)行靈活，有利于配電網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展和配網(wǎng)自動化建設(shè)。適用于供電可靠性要求高、負(fù)荷密度較 低、用電增長速度快的城市（鎮(zhèn)）配電網(wǎng)絡(luò)。電纜雙環(huán)網(wǎng)是電纜單環(huán)網(wǎng)的組合，利用二回電纜線路，可解決單環(huán)網(wǎng)供電方式中因電纜、變壓器及低壓設(shè)備故障造 成的較大面積停電問題

10、，如圖6所示。#1變壓器和#2變壓器在正常情況下各帶50%的負(fù)荷，且分別接在兩個不同的電源 系統(tǒng)中。這種接線具有很高的供電靈活性和可靠性，能最大限度地確保向用戶連續(xù)供電，滿足重要用戶雙電源供電要求。 在雙環(huán)網(wǎng)線路中，當(dāng)任一段電纜線路或環(huán)網(wǎng)單元發(fā)生故障或檢修時，低壓母聯(lián)合上，可保障用戶不間斷供電。變電站變電站1圖6電纜雙環(huán)網(wǎng)電纜雙環(huán)網(wǎng)具有接線完善、運(yùn)行靈活、供電可靠性高、但投資比單環(huán)網(wǎng)增加一倍，一般適用在城市（鎮(zhèn)）市中心區(qū) 繁華地段、雙電源供電的重要用戶或供電可靠性要求較高的配電網(wǎng)絡(luò)。雙電源雙丁形接線，此接線方式10 kV系統(tǒng)運(yùn)行靈活，操作簡單，如圖7所示。由于雙電源是通過斷路器而不是刀 開關(guān)接

11、至變壓器高壓側(cè)，單個分配電站的運(yùn)行方式改變，不會影響整個10 kV線路的運(yùn)行。10 kV系統(tǒng)因是兩個電源，有 備用線路，能夠保證不間斷供電。但變壓器及低壓系統(tǒng)無備用電源，不能保障供電的可靠性。此種接線方式盡量地減少了 電纜的使用量，減少了投資。胰電站母線lL0kv蛟電站母線if Ir】 “；Pirr珂 3#t330V f .I Jr Jc Jrrr rr圖7雙電源雙丁接線雙電源雙T形兩變壓器接線，這種接線方式既有T形接線的優(yōu)點(diǎn)，節(jié)省電力電纜的用量，運(yùn)行方式靈活，又可使變 壓器和低壓配電系統(tǒng)有備用，是一種高可靠性的接線方式如圖8所示。A變出站母城件圖8雙電源雙丁形兩變壓器接線針對上述幾種電纜接線

12、方式有2種較好的實(shí)施配電網(wǎng)自動化方案。環(huán)網(wǎng)電纜配電網(wǎng)絡(luò)中采用重合器、配合環(huán)網(wǎng)柜實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)自動化。它以分散的環(huán)網(wǎng)柜結(jié)合箱變構(gòu)成環(huán)形電纜配電網(wǎng) 絡(luò)，替代了建設(shè)集中的配電站，節(jié)省了占地面積。但要注意箱變的高壓熔絲保護(hù)和環(huán)網(wǎng)柜的限流熔斷器必須相互配合。這 種方案適合舊城區(qū)的改造，可以盡可能地利用原有的線路和設(shè)備。配電網(wǎng)絡(luò)中利用環(huán)網(wǎng)柜加裝FTU，并設(shè)置配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)，環(huán)網(wǎng)柜可以是戶外式也可以是戶內(nèi)式。環(huán)網(wǎng)柜一般有2 路出線和2路進(jìn)線分別接入環(huán)網(wǎng)柜兩側(cè)，數(shù)個環(huán)網(wǎng)柜連成1個供電環(huán)網(wǎng)。在各個環(huán)網(wǎng)的FTU通過通道（一般是光纖）與配 電網(wǎng)自動化系統(tǒng)相連。網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時，主站系統(tǒng)根據(jù)FTU送來的信息通過軟件運(yùn)算，

13、遙控環(huán)網(wǎng)柜的負(fù)荷開關(guān)，達(dá)到故障定位、隔離和恢復(fù)供電的目的。能在很短的時間內(nèi)隔離、恢復(fù)非故障段的供電。這種方案適合新城區(qū)的規(guī)劃。方案（1）與傳統(tǒng)開閉所環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的比較分析。10 kV環(huán)網(wǎng)柜組成的電纜環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，如圖9所示。傳統(tǒng)開閉所環(huán)網(wǎng)結(jié) 構(gòu)，如圖10所示。從兩圖中可以看出，由環(huán)網(wǎng)柜組成的電纜環(huán)網(wǎng)與傳統(tǒng)開閉所組成的電纜環(huán)網(wǎng)在城市電網(wǎng)改造，實(shí)施配 電網(wǎng)自動化方面有許多優(yōu)點(diǎn)。由圖9、圖10可以看出，兩路電源正常方式各供給3個環(huán)網(wǎng)柜，其出線可達(dá)到624回，相當(dāng)于兩個傳統(tǒng)開閉所（一 個傳統(tǒng)開閉所出線在12回左右）。兩路電源構(gòu)成“手拉手”環(huán)網(wǎng)完全滿足開閉所專供負(fù)荷專供負(fù)荷的功能，而且出線更 加分散，至用戶的電纜長度大大縮短。圖9環(huán)網(wǎng)柜組成的環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu).慨線L 2.常閉開美P&常分開美P! nvAV JUHXV mjrl? ,Aru 圖10傳統(tǒng)開閉所環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖9、10所示，環(huán)網(wǎng)柜每個區(qū)段控制14路出線，停電幾率??；開閉所每個區(qū)段控制7路，停電幾率大；同時因 環(huán)網(wǎng)柜分布分散，故障時停電面積小從而查找故障快、檢修時間短，故停電時用戶較少，大大提高了供電可靠