混合型分布式10kV線路饋線自動化系統(tǒng)技術分析

王俊融 歐家祥 楊婧 宋強 張俊瑋

摘要 配電網是電力系統(tǒng)中重要的組成部分，隨著10kV饋線電纜化水平的提高，混合分布式饋線也越來越常見。對此，文章首先對電力電纜電氣特性分析以及混合型分布式線路發(fā)展趨勢分析進行介紹，然后對混合線路作業(yè)設備進行分析，并以一種新型饋電線組法 FG（ feedergroup）為研究對象，對其自動化關鍵技術進行詳細探究。

【關鍵詞】混合饋電線 消弧開關 FG設計

1 電纜電氣特性分析

電力系統(tǒng)中電纜的種類有很多，常見的有SR氣體絕緣電力電纜、橡皮絕緣電力電纜、高壓充油電力電纜、油浸紙絕緣電力電纜、超導電纜、交聯(lián)聚乙烯電力電纜等，其中交聯(lián)聚乙烯電力電纜的應用范圍最為廣泛。不同種類的電纜，由于制作工藝的不同，因此與普通架空線路相比，在電容和電感方面有很大區(qū)別。電纜線路之間的相間距遠<架空線路之間的相間距，因此電纜單位長度較小，因此很多電力電纜的阻抗角也遠<架空線路阻抗角。由于電纜具有小電感特性，在電纜運行過程中容易出現短路電流、負載分配不合理等問題，同時還會對繼電保護的配置造成不良影響。在電力電纜中，纜心與纜心以及纜心與護套之間的間距較小，因此電纜單位長度的電容往往遠>架空線路單位長度的電容，而較大數量級的分布電容會造成線路中產生較大容性電流，在較長電纜線路的運行過程中必須注重分布電容所產生的容性電流對于保護配置所造成的影響。

2 混合型分布式線路發(fā)展趨勢分析

隨著科學技術的發(fā)展，電纜相互連接將逐漸替代架空線路，在這種形式下很多電纜.架空混合線路逐漸轉入地下，在電纜改造和應用中逐漸形成電纜.架空混合線路。供電方案設計中混合線路發(fā)展趨勢越來越強，并逐漸得到廣泛推廣和應用。由于混合線路的結構不同，通常情況下需根據變電站所在地形因素進行規(guī)劃和設計，同時在混合線路建設中還需進行實地勘察研究，從而得出最終的設計方案。

混合型的分布式饋線自動化系統(tǒng)規(guī)劃設計中，控制要求主要包括以下幾點：

（1）具有選擇性的快速切除故障，能實現早于饋線出口保護動作，進一步提高供電可靠性;

（2）架空線需實現重合閘功能，而電纜型線路由于切除后不進行重合閘，所以不會對電纜造成二次沖擊;

（3）直接將故障隔離在故障區(qū)段，不影響非故障區(qū)段的供電恢復;

（4）保護功能完全下放到FTU/DTU，在不需要配電主站、子站配合下，進行故障隔離和負荷轉移，使饋線故障的處理具有更高的可靠性和快速性;

（5）實現不依賴于通訊的分布式饋線自動化系統(tǒng)，有通訊時能實現選擇性的故障切除功能;無通訊時依然能實現故障的快速隔離，但失去了選擇性，同時恢復時間會加長。

3 混合線路作業(yè)設備

3.1 電纜及其附件

電網系統(tǒng)運行中電纜系統(tǒng)是由多種構件組成的，包括柔性旁路電纜、終端、連接器等。在對連接器及終端安裝時，為了有效提高安裝效率和安裝質量，可采用快速插撥連接方式，連接器與終端的絕緣性能會對整個電纜系統(tǒng)造成較大影響，而其也是電纜系統(tǒng)運行中的薄弱部件。在電纜系統(tǒng)中連接器以及終端可通過應力錐對電纜連接的關鍵位置進行有效控制，確保界面場強能均勻分布。另外，對于電纜主絕緣層，可采用三元乙丙橡膠真空注橡成型，這樣能確保界面保持一定的正壓強，此外，電纜外屏蔽采用不銹鋼材料制作而成，采用防水密封結構以及對立自鎖裝置，能有效提升中間接頭與終端之間的連接便利性。

3.2 消弧開關

消弧開關是由多個設備鎖組成的，包括消弧管、機械聯(lián)動裝置以及開關斷口;用于開斷連接旁路電纜與旁路負荷開關之間線路的電容電流的主要作用是滅弧。在對電纜與架空線路進行帶電連接時，這一連接過程可看作為在架空線路上對容性負荷實施分合閘操作，對于同一電壓等級的電纜，如果長度和截面積越大，則電容數值也比較大，因此在對電纜與架空線路進行連接或斷開時，電壓倍數的變化與上述參數均有一定的關聯(lián)。根據相關研究表明，如果電容達到0.45A，則電弧電流的幅度和頻率就會突然增加，同時其暫態(tài)能量也會有所增加，另外，如果電容達到0.5A，綜合考慮現如今我國配網電纜實際情況，必須立即采用消弧開關作業(yè)方式。

3.3 旁路負荷開關

旁路負荷開關具有移動便捷、安裝簡單以及可靠性高等優(yōu)勢，因此旁路負荷開關被廣泛應用于旁路電纜的切換過程中。在旁路負荷開關的應用中，為了保證其能正常運行，必須確保旁路負荷開關分合指示清楚、明顯。另外還需注意，無論采用哪種合閘方式都應在合閘后立即閉鎖。

4 混合型分布式系統(tǒng)關鍵技術

4.1 FG的設計

FG是由4條區(qū)域變電站（Z/S）的饋電線所組成的，每條饋電線來自于不同的區(qū)域。FG設計特征主要體現在以下4點：

（1）通常情況下，一個FG包含有4條來自不同區(qū)域變電站的饋電線，并且其中3條為帶負載的饋電線。

（2）根據FG的設計要求，每條負載饋電線上可帶有7.2MVA負荷，并且通過常開開關（N/O）與切換中心相連接，如圖l所示，其中，Z/SACB18的常開開關為Sw.4HS/S.Z/SBCB33的常開開關為Sw.5HS/S，Z/SCCB12的常開開關為Sw.6HS/S。另外，如果其中一條饋電線出現故障問題，則可將空載饋電線Z/SDCB48作為備用線，并投入使用。

（3） FG的備用容量為25%，因此其網絡利用效率能達到75%。

（4）在區(qū)域變電站實際運行過程中，如果發(fā)生故障問題，比如Z/SA，并且多個區(qū)域的變壓器停電，負荷減少，則通過采用閉合Sw.4HS/S或打開Z/SACB18等操作，可通過FG，將饋電線Z/SACB18上的7.2MVA負荷調轉給Z/SD。

在電力電纜實際運行過程中，如果發(fā)生故障問題，則必須及時進行故障識別、隔離，并采取有效措施恢復供電穩(wěn)定性，而所有處理過程均由SCADA系統(tǒng)執(zhí)行完成，整個處理過程為Imin以內。具體操作如下：

（1）故障識別：Z/SBCB33發(fā)生跳閘事故，在同一條饋電線上，Be、Bd、Be和BfS/S沒有顯示出接地故障;BaS/S和BbS/S顯示接地故障;Sw.3BbS/S和w.lBcS/S的EHT2914連接出現故障等等。

（2）故障隔離：通過遙控裝置打開Sw.3Bb S/S和S、vlBcS/S開關。

（3）供電恢復：開關Sw.5HS/S閉合;Z/SBCB33重合閘;保證所有負載正常供電。4.2混合饋電線組的設計

通過上文可知，FG的設計及應用優(yōu)勢十分明顯，但在電力系統(tǒng)實際運行過程中，如果發(fā)生故障問題，依然會產生較為短暫的停電時間，通過實現饋電線全自動化，能將停電時間控制在Is左右?；旌橡侂娋€組的設計形式，能有效結合閉路網絡設計理念，同時還能集合FG設計形式的有點，有效解決停電時間問題，其結果形式如圖1所示。

HFG設計的特征主要體現在以下幾點：

（1）其是由3條閉合環(huán)路以及1條空載饋電線所組成的;

（2）網絡利用效率的計算方式如式（1）計算得出：

（3）在電力系統(tǒng)實際運行過程中，如果A環(huán)路發(fā)生故障問題，則可通過線路保護實現故障隔離，而閉合環(huán)路的應用優(yōu)勢體現在其能有效避免停電;

（4）如果在區(qū)段負荷最高峰時，某環(huán)路A發(fā)生故障問題，則會造成較為嚴重的后果，在這種情況下，Z/SACB承受平時最大負荷的150%，持續(xù)時間在Is以內;

（5）如果Z/SACB超載，則在計算機控制下，轉換開關可立即發(fā)出動作，將Z/SACB超載全過程控制在Is以內;

（6）配電網中區(qū)域變電站間的負荷傳輸能充分發(fā)揮效用（75%+75%），同時空載饋電線承擔100%的負荷傳輸，另外，網絡分支能將剩余的50%的負荷傳遞至FG;

（7）通過對FG進行優(yōu)化設計轉變?yōu)镠FG，不需要對網絡進行過多優(yōu)化設計，只需將現有的（開關-CB-開關）環(huán)路單元（RMU）替換為（CB-CB-CB） RMU;

（8）饋電線的設計負載在最大值的75%以內，主要原因在于閉合環(huán)路的負荷平衡具有不可控特征，負荷平衡在很大程度上受到電纜參數和變電站的負載的影響，而這也是閉合環(huán)路的主要不足。

5 結束語

綜上所述，通過采用FG混合分布式饋線自動化形式，能有效提高配電網安全性，同時還能有效提升網絡利用效率。在混合分布式饋線自動化的應用過程中，能有效解決電纜故障斷電問題，由此可見，采用混合型分布式線路饋線自動化系統(tǒng)，有利于提高配電網利用效率，同時還具有在區(qū)域變電站間提供靈活的負荷傳輸能力，因此能有效滿足新時期電力質量需求，值得推廣和應用。

參考文獻

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